比例-谐振控制器在单级式太阳能并网逆变器中的应用

单级式太阳能逆变器在提高效率和降低成本方面具有优势,比例-谐振电流控制器在消除静态误差方面具有优势.针对采用比例-谐振电流控制器的单级式太阳能并网逆变器,设计了电流主令形成方法和控制器参数整定方法.仿真和原理样机试验都证实了所设计的方法的有效性.

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例-积分-谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例-积分-谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下DFIG风力发电系统的并网控制。并网控制器由同步旋转坐标系中的比例-积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子d-q轴电压的交流分量,使其分别实现对电网d-q轴电压直流、交流分量的精确跟踪。该比例-积分-谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点。仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪。

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。

直流微电网中光伏发电系统的比例-积分-谐振控制

直流微电网带动单相交流逆变负载时,直流电压会产生2倍频的周期波动,进而造成联网的光伏发电系统输出功率产生周期波动,无法持续处于最大功率输出点,从而间接降低了其发电效率。为解决上述问题,在分析直流电压周期扰动时的光伏发电系统输出功率特性的基础上,提出了光伏发电系统输出电流的比例-积分-谐振控制策略,比例-积分调节器用于电流的稳态无静差控制,而谐振控制器用于抑制周期扰动。详细分析了所提出方法的稳态误差、稳定性,各控制参数变化对电流控制性能以及直流电压波动抑制效果的影响,给出了各参数选取原则。仿真和实验结果验证了理论分析结果与所提出方法的正确性和可行性。

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。

单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制

提出了单相PWM整流器比例-谐振控制(PR)与无延迟前馈补偿控制的策略。系统由比例-谐振控制器、快速的相角估计器和无延迟前馈补偿器组成。与传统的PI控制器和多频率比例-谐振电流控制器相比,该比例谐振控制器结构简单,能显著减少控制延迟时间。通过理论分析,提出的用电网电压和电流的估计值与单步预测值来实现的无延迟前馈补偿器,可避免因延时引起的不良影响、测量噪音及补偿过程中产生的电网电压谐波分量。仿真分析与实验结果验证了系统具有较好的稳态性能和更好的抗扰性能。

基于改进比例谐振控制的三相四桥臂有源电力滤波器研究

在有源电力滤波器电流内环控制环节,为了实现对交流量的稳态无误差跟踪,以及对主要特征次谐波和低次谐波进行充分补偿,针对谐振控制器可以无静差地跟踪交流参考量以及PI控制可以无静差地跟踪直流量的特性。采用了一种基于静止坐标系下的比例-积分-多频谐振控制策略,对含量较高的主要特征次谐波和低次谐波进行选择性补偿,有效的降低了系统的总谐波畸变率。最后,通过仿真和实验对比分析了上述控制策略的可行性。

基于不连续调制的单相LC逆变器控制策略研究

为了降低单相逆变器的开关损耗,提高逆变器效率与功率密度,以单相全桥LC型逆变器为研究对象,基于统一调制法提出一种不连续调制策略,在保持两相差模调制信号不变的前提下,通过调整共模调制信号,实现a相桥臂与b相桥臂的开关器件处于交替不动作的状态,从而降低了开关损耗。然后在建立单相全桥LC型逆变器数学模型的基础上,利用幅频特性曲线,对单环路比例-谐振(PR)控制器的参数设计方法展开研究,实现在输入电压扰动与负载电流扰动下,逆变器输出电压对给定电压的精确跟踪。最后进行实验验证,实验结果表明,与传统单极性调制策略相比,所提单相不连续调制策略能够有效降低功率器件的开关损耗,同时所设计的单环路PR控制器能够实现高品质、高精度的电压输出。

永磁同步电机的自适应预测比例–积分–谐振电流控制

考虑数字控制系统一个采样周期输入延时和驱动器功率管非线性特性的影响,为增强永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)电流环稳定性和提高电流控制精度,提出一种自适应预测比例–积分–谐振控制(Adaptive predictive proportional-integral-resonant,APPI-RES)策略.该方法能够在电机电阻和电感参数不确定的条件下,预测电流控制误差和未知周期电压扰动,将所得预测量执行反馈控制,实现了对系统输入延时和相电流谐波的有效补偿.最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性.

不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变换器的协同控制

建立了不平衡电网电压下双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)网侧变换器的数学模型,讨论了交流输入电抗对瞬时有功功率的影响,在此基础上,提出4种可供选择的网侧变换器协同控制目标。为了验证网侧、转子侧变换器协同控制策略的有效性,提出静止αβ坐标系中比例?谐振控制器,使网侧变换器正、负序电流无需分解调节,并构建了DFIG网侧变换器的不平衡控制系统。仿真和实验研究结果表明,所提网侧、转子侧变换器协同控制策略可实现风电机组更为优化的不对称故障穿越(不间断)运行控制;所设计的网侧、转子侧变换器P-R电流控制方案不仅能够在稳态不平衡电网下提供精确的电流调节,而且在瞬态不平衡下体现优良的动态响应特性。

阻感性负载下单相离网逆变器稳定性分析与控制

独立运行的单相全桥逆变器通常工作于电压源模式,将直流源侧能量传送至交流负载侧。由于负载的多样性,系统具有复杂的动态特性。阻感性负载(如电机、空调等)连接至逆变器交流输出时,系统出现振荡失稳现象。首先,建立单相逆变器系统数学模型,并结合比例-谐振(PR)控制器特征对模型进行线性化处理,得出了单相逆变器系统的输出阻抗表达。其次,采用阻抗比判据方法,绘制阻抗比的奈奎斯特曲线,确定了系统不稳定运行的拒绝域,从而解析性地得到了感性负载、控制系数、滤波电容等对拒绝域的影响。结果表明,在实际运行参数范围内,随逆变器的比例系数、滤波电感的减小,或者滤波电容、滤波电感串联电阻的增大,阻感性负载下的单相逆变器趋于稳定,可得到稳定的输出电压波形。

一种离网型风力发电系统的不平衡控制策略

研究一种不平衡负载下离网型双馈电机的定子端与转子端变换器协调控制策略。在系统数学模型的基础上,对转子端变换器提出了一种直接电压控制方案,为了提高系统的动态响应和鲁棒性,设计了一种基于扩张状态观测器的转子电流控制方案,即通过扩张状态观测器估计系统总扰动,并以前馈方式消除该扰动。针对负载不平衡问题,通过在定子端采用三相四脚变换器对定子电流的零、负序分量进行补偿,消除了不平衡负载对双馈感应电机的不利影响,改善了发电系统的电能质量。为了减少控制器的计算负担,对定子端变换器交流侧的电流采用比例-谐振(PR)控制,有效地避免了繁琐的正、负序分离计算,简化了控制算法。仿真和实验结果验证了该方案的正确性及可行性。

低开关频率对并网逆变器控制环节的影响及补偿方法

为了防止大功率并网逆变器网侧LCL滤波器所导致的谐振问题,通常采用无源阻尼方法进行谐振抑制。但是传统的无源阻尼方法未考虑数字延时对系统稳定性的影响,通过在离散域和连续域建模结合奈奎斯特稳定判据分析,得出采用准比例-谐振(QPR)控制时,低开关频率下的数字延时角会导致无源阻尼方法在谐振频率附近出现负穿越。这个特性会导致电流环不能稳定运行,并进一步得出QPR控制下的无源阻尼系统稳定性不受电网阻抗变化的影响。为了保证低开关频率下电流环的稳定性,提出采用具有低通特性的超前环节补偿QPR控制器谐振频率相位滞后的方法,给出了超前补偿的设计步骤。最后,仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。

三相LCL光伏并网逆变器的新型入网控制策略

针对基于状态变量反馈的有源阻尼来抑制LCL滤波器谐振的方法会额外增加系统成本和控制复杂度的问题,在系统前向回路中串联陷波滤波器以阻尼LCL的谐振峰,确保系统稳定。入网电流控制采用比例-谐振调节器,减小系统稳态误差并且提高动态响应速度。系统仿真结果验证了该方法的可行性,仿真结果表明陷波器阻尼同样具有理想的阻尼效果,且与PR控制器结合,提高了并网波形的质量。

应用在高压直流输电系统中的混合型有源滤波器稳定性分析及控制方法

分析了混合型有源滤波器HAPF(hybrid active power filter)在高压直流系统应用时的稳定性问题,其中HAPF采用H桥级联变换器与LC滤波器组合的方案,对高压直流系统的特征谐波电流进行滤波。为了分析在电网阻抗变化时HAPF出现的谐波谐振现象,对HAPF进行了阻抗建模,基于阻抗模型的分析结果,采用了具有延时补偿功能的谐振调节器对阻抗特性进行修正,并从提高稳定性角度提出了相应的控制参数设计方法。阻抗模型分析结果表明,控制系统延时产生的负阻尼是引发稳定性问题的主要原因,采用改进后的控制方法可以将延时产生的负阻尼修正为正阻尼,能够有效避免谐波谐振。在PSCAD中进行仿真建模,并通过阻抗扫描验证了有源滤波器的阻抗特性。仿真案例证实了控制方法的有效性。

基于双主动桥输入输出电流协调控制的二次纹波电压抑制策略

单相电力电子变压器(PET)隔离级传输二次脉动功率较少且不可控,使其直流侧出现较大幅度的二次纹波电压,将影响系统供电质量以及供电可靠性。在传统双主动桥(DAB)降阶等效模型中加入开关电阻、变压器磁化电感和铜耗电阻,提升了二次脉动功率传输的准确性;在DAB控制中,电流内环采用比例-积分-谐振(PIR)控制,并引入低压直流侧二次纹波电流前馈,使高低压直流侧二次脉动功率向负载侧稳定传输,高低压直流侧二次纹波电压幅值显著减小;为加快控制器动态响应速度,对控制器关键参数进行优化设计,最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。

不平衡电压下双馈风力发电机转子侧PIR控制

传统双闭环PI控制通过正负序分解来消除电网电压不平衡状态下双馈风力发电机内的磁场倍频分量,控制较为复杂。在分析不平衡电压下双馈发电机运行特性的基础上,针对转子电流中的二倍频分量,提出了一种基于比例-积分-谐振(PIR)控制器的矢量控制策略,可以有效地抑制二倍频分量,从而节省了负序控制器,使控制器设计简单。同时,使用Matlab/Simulink对上述控制策略进行仿真验证,仿真结果表明了所提策略可以提高DFIG在电网电压不平衡条件下的稳定性。

地铁辅助逆变器新型控制策略研究

提出一种基于准比例-谐振控制与陷波器的新型地铁辅助逆变器控制策略,通过理论分析,实现在α-β坐标系下的输出电压谐波消除;并实现在输出电压存在不对称、谐波干扰等情况下的高精度锁相控制。通过软件仿真及硬件试验验证,该控制策略可有效抵抗非线性负载及单相负载对地铁列车中压母线(3N380 V)的干扰,实现逆变器无静差运行,符合我国地铁运营节能、高效的目标。

四象限变换器数字控制仿真研究

本文建立了四象限变换器数学模型,以此数学模型为基础设计了变换器的电压电流双闭环控制器,其中电流环采用网侧电流直接控制。为了实现电流环的零静态误差跟踪,电流环控制器使用了准比例-谐振控制器。为抑制电网谐波影响,控制上使用输入电网电压前馈,使得系统具有更好的动态性能和稳定性。Matlab/Simulink仿真结果证明了控制方法的有效性。

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。