计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

多电平三相电压源逆变器结构优化设计

目前多电平三相电压源逆变器被广泛应用于高压、大功率电子设备中,为解决传统三相电压源逆变器运行中出现的直流侧电容电压失衡问题,基于空间矢量调制开关直流电源对逆变器结构进行优化设计。建立多电平三相电压源逆变器等效模型,利用60°坐标的空间矢量调制算法实现空间矢量调制,利用电容电压平衡算法充分考虑不同矢量间的切换顺序,实现电容电流平衡。实验结果表明,对比传统方法,该方法调制多电平三相电压源逆变器输出线电压波形畸变率为0.18%,电容点电压波动可控制在3 V以内,优于对比方法,具有更好的应用性能。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

三相电压源逆变器功率管开路故障诊断方法

本文全面探讨了三相电压源逆变器(VSI)的基本工作原理、开路故障的特征及其影响,以及这种故障的诊断方法。首先,介绍了三相逆变器的概念和工作原理,接着分析了逆变器在正常工作状态下的性能,如输出波形的质量、效率和散热情况。通过具体案例研究,展示了如何应用这些理论和技术来诊断和解决实际中的开路故障。案例分析突出了综合运用多种诊断工具和策略的重要性,以及进行定期维护和监测的必要性。本文的研究不仅为三相逆变器的故障诊断提供了实用指南,也为电力电子领域的工程师和研究人员提供了宝贵的理论和实践知识。

电压源型逆变器对弱电网系统稳定性和风电场输出有功功率相关性的影响

电压源型逆变器的应用可能会在风电场并网系统中引起次同步振荡事故,严重影响电力系统安全稳定运行。为了研究电压源型逆变器和风电场输出有功功率对电网稳定性的影响,本文建立了一个基于阻抗的并网系统模型,分析了影响输出有功功率与系统稳定性相关性的主要因素。结合PSCAD/EMTDC时域仿真实验,分析了影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素。结果表明,影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素包括:电压源型逆变器的内环、外环和锁相环参数。而且在不同的风电场输出有功功率下,电压源型逆变器控制回路参数与系统稳定性之间的相关性是不同的。

基于改进双闭环的V2G并网逆变器直流母线电压控制

V2G双向功率变换器处于放电模式即作为并网逆变器使用时,具有非线性、强耦合、负载扰动大等特性,传统的PI双闭环控制难以取得很好的控制效果。针对直流母线电压控制易受多源干扰影响的问题,提出了一种自抗扰模型预测功率控制。模型预测功率控制作为功率内环,自抗扰控制作为电压外环;使用在工程中更具意义的线性自抗扰控制技术,并进行降阶处理,降低了系统的复杂度;对传统PI双闭环、模型预测功率控制以及以自抗扰模型预测功率控制进行了对比研究。仿真结果验证了所提出的改进双闭环控制策略在多源扰动下的暂态性能更好,抗扰性能更强。

准Z源逆变器的低谐波含量梯形调制优化策略

针对准Z源逆变器谐波污染和功率器件电压应力高的问题,提出一种基于梯形波的优化策略。该调制策略通过选取合适的梯形化率,在保证直流电压利用率的同时大幅降低准Z源逆变器输出电流的总谐波畸变率,从而提高电能质量。此外,选取梯形波作为调制波能有效降低准Z源网络中电容及功率器件的电压应力。采用MATLAB/Simulink软件对所提出的调制策略进行仿真分析,以确保其正确性和有效性。最后,通过RT-LAB实验平台对基于梯形波的调制策略进行进一步验证。

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar tran⁃sistors,IGBT)损耗较高的缺点,建立永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。

一族具有直流链电压箝位的高升压比Y源逆变器

针对耦合电感型阻抗源逆变器出现的直流链电压尖峰问题,在传统Y源逆变器的基础上,引入新型吸收回路,提出一族具有直流链电压箝位的高升压比Y源逆变器拓扑结构。对拓扑的工作模态和关键器件的电压、电流进行了详细分析,并给出电容和二极管的电压应力。相比其他耦合电感型阻抗源逆变器,所提逆变器在相同的电压增益下,具有更小的直通占空比,从而增大了调制比范围,提高了直流链电压利用率,且具有输入电流连续、元件电压应力较低等优点。搭建一台200 W实验样机,验证了理论分析的正确性以及所提逆变器的优越性。

LC滤波型电压源逆变器无模型预测电压控制策略

为解决传统模型预测控制在参数失配时预测误差增大的问题,该文提出一种适用于LC滤波型电压源逆变器的无模型预测电压控制策略。该策略建立了基于电压和电流双梯度的查询表,通过计算和存储上一时刻应用矢量作用下的电压和电流梯度,并结合当前时刻的采样值,实现未来时刻电压和电流的无模型预测;进一步重构状态空间预测方程,根据应用矢量作用下的电压和电流梯度实时更新未应用矢量的梯度值,保证了梯度的准确性;使用电压和电流双目标的价值函数进行跟踪评估,进而选取下一控制周期最优的矢量。该方法不依赖于任何系统参数、计算简单,且消除了传统无模型预测中梯度更新停滞现象,改善了输出电压性能。最后通过实验验证了所提方法的有效性和优越性。

低直流链电压尖峰的二极管辅助型优化Y源逆变器

耦合电感的引入使阻抗源逆变器的升压能力得到进一步提高,并改善了传统Z源拓扑中调制比与直通占空比之间的约束关系。然而,漏感的存在导致逆变器出现直流链电压尖峰,恶化了开关器件的工作条件,限制了逆变器的功率等级。为解决上述问题,以优化型Y源逆变器为研究对象,提出一种低直流链电压尖峰的优化Y源拓扑结构,利用无源吸收回路确保逆变器状态切换时直流链电压的平滑过渡,消除了直流链电压尖峰。此外,新提出拓扑继承了优化型Y源逆变器的所有优点,并且在相同的直通占空比下,具有更高的升压能力。最后,通过对比二者的仿真和实验结果,验证了新拓扑在升压能力和抑制电压尖峰方面的优越性能。

一族具有直流链电压尖峰抑制的T源逆变器

针对于T源逆变器因漏感导致的直流链电压尖峰问题,通过对T源阻抗网络进行优化并调整各元件的位置,提出低直流链电压尖峰T源逆变器拓扑族。该文对新提出拓扑的工作模态进行详细分析,进而推导出各元件的电压、电流应力。此外,通过与传统T源逆变器在升压比方面进行对比,证明出在相同的直通占空比和耦合电感匝数比情况下,低直流链电压尖峰T源逆变器拥有更好的升压能力。最后,研制一套180 W的低直流链电压尖峰T源逆变器实验装置,实验结果验证了理论分析的正确性及所提拓扑结构在拥有高电压增益的同时能够提高输入电源利用率、抑制直流链电压尖峰的有效性。

一种改进的高增益无电压尖峰分裂Y源逆变器

在分布式可再生能源发电系统中,Y源逆变器YSI(Y-source inverter)拓扑已被应用于实现灵活地升降压。然而在系统需要高电压增益时,Y源逆变器的调制因数和升压占空比相互制约的缺陷导致其电压质量和直流母线利用率大大降低。此外,在考虑漏感的影响时,YSI会产生由感应电流突变引起的电压尖峰。鉴于此,提出一种改进型分裂Y源逆变器ISYSI(improved split Y-source inverter),通过把分裂源结构与Y源阻抗网络相结合并且加入电压钳位单元,不仅能有效解决上述问题,还可以显著提高系统电压增益,同时消除二极管寄生电容和Y源阻抗网络漏电感谐振引起的电压振荡。对ISYSI进行详细的理论分析,仿真与实验结果验证了该逆变器的可行性。

基于滑模观测器的电压源逆变器无模型预测控制

对参数敏感是模型预测控制主要缺点之一。无模型预测控制使用超局部模型代替常规逆变器模型,避免了系统参数对模型的影响,具有较高参数鲁棒性,但是需要使用大量历史电压电流采样数据,导致动态特性较慢。本文提出一种基于超局部模型和滑模观测器的无模型预测控制方法,提升系统参数鲁棒性的同时,保持了良好的动态性能。首先分析参数变化对常规模型预测控制的影响,在无模型预测控制基础上提出一种基于滑模观测器的集总扰动观测方法,并详细研究了滑模观测器的稳定性分析方法和离散化方法。实验结果对比表明,本文所提方法可将稳态电流THD由10.44%降到8.75%,且动态响应时间可由1.094 ms减小至0.754 ms。

弱电网下电压源型逆变器多机系统交互影响及失稳机理研究

在高比例可再生能源并网的背景下,新型电力系统的建设和安全高效运行与大规模并网逆变器的动态特性密切相关。目前针对电压源型逆变器并网系统的研究大多将多机系统视为单机系统展开分析,实际上,电压源型逆变器多机间存在着交互作用且不容忽视,因此该文对多机系统展开了研究。该文从外环控制的角度出发,建立了电压源型逆变器单、双机系统小信号模型,采用特征值分析、参与因子理论和电磁暂态仿真分析相结合的方式,对比分析了定功率因数控制、混合控制策略、交流侧恒定电压控制3种不同外环控制策略对双机系统的影响,揭示了定功率因数控制的失稳机理。研究的结果和结论表明:电压源型逆变器多机系统采用混合控制策略并网更有利于功率向外输送;交流侧恒定电压控制方式的响应速度主要受到有功控制环节积分增益的影响;定功率因数控制受限于无功调节能力不足和控制环节的延时,在弱电网下稳定性较差。

电压源型逆变器的RISE控制

为提高电压源型逆变器的性能,针对其存在的动态未建模、参数不确定和负载扰动等不利因素,提出改进的误差符号积分鲁棒(robust integral of the sign of the error,简称RISE)控制策略.首先,根据电路理论建立包含匹配干扰和不匹配干扰在内的系统模型;其次,通过引入辅助状态变量,将不匹配干扰转移至控制通道,从而得到等价的集总干扰;再次,设计改进的RISE控制,其中的积分鲁棒项可处理集总干扰,使系统获得渐近跟踪性能;最后,通过仿真验证该文改进RISE控制的优越性.仿真结果表明:相对于双环比例积分(proportional integral,简称PI)控制、传统RISE控制,改进RISE控制的阶跃响应性能更出色、d轴电压暂态波形更平滑、抗负载扰动能力更强、稳态性能更优异.

一种低电压应力和电感电流纹波的准Z源逆变器调制策略

准Z源逆变器相较于传统Z源逆变器有着结构简单、输入电流连续等优点,但基于简单升压控制的准Z源逆变器,存在功率器件电压应力大、准Z源网络电容电压大及电感电流纹波高的不足。选取简单升压控制中三相正弦调制信号最大值和最小值的平均值为均值信号,在三相正弦调制波中注入均值信号并用于准Z源逆变器的调制策略,这种调制策略能有效降低功率器件和电容的电压应力以及电感电流纹波。利用MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB实验平台对这两种调制策略应用在准Z源逆变器上的综合性能进行对比,在理论研究基础上验证了所提调制策略的可行性和优越性。

Quasi-Z源逆变器PMSM系统直流环节电压控制方法

目前,Z源逆变器电机系统直流环节电压参考值由电机电流和转速计算得到,但电机电流变化时电压参考值会产生非必要波动,影响电机稳定运行。为降低参考电压波动对系统的影响,提出了一种直流环节参考电压线性计算方法,介绍了直流环节电压控制原理,并说明了推导方法。与一般方法相比,线性控制方法摆脱了电流波动对直流环节电压的影响。

嵌入式三相电压源逆变器(VSI)设计

按照嵌入式系统设计方法,设计了一个嵌入式三相电压源逆变器,介绍了处理器和嵌入式操作系统的选择,给出了硬件结构图和软件设计方法。实验结果证明,嵌入式系统设计方法完全可以应用于电力电子领域。

基于频域无源性的并网逆变器前馈相位补偿策略

针对基于频域无源性设计的LCL型并网逆变器接入弱电网后可能会引发高频段谐波振荡问题,设计一种改进的并网逆变器前馈相位补偿策略。首先对LCL型并网逆变器的无源性及并网系统的相角裕度进行分析;然后提出一种改进的并网逆变器控制策略,通过附加超前相位补偿的PCC点电压前馈策略,保证系统无源性以及输出阻抗的相角裕度,避免发生高频段的谐波振荡,提高弱电网条件下并网逆变器系统的稳定性;最后通过仿真验证了所提方法的有效性。