四开关空间矢量脉宽调制控制算法及母线电容电压不平衡问题的研究

三相四开关逆变器采用"五段式"空间矢量脉宽调制(SVPWM)方案可有效减小电机的转矩脉动,而四开关逆变器的母线电容电压不平衡将直接影响SVPWM的效果,导致电机三相电流不平衡,使电机的转矩脉动加剧。在深入分析四开关逆变器SVPWM原理的前提下,分析了直流母线电压不平衡对电机运行的影响,提出了一种有效的补偿办法。仿真结果表明,补偿后的异步电机VVVF系统具有较好的性能。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测电流控制

多电平有源中点钳位(ANPC)逆变器具有功率器件电压应力小、电流谐波低和器件损耗可调控等优点,被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC(4L-ANPC)逆变器的控制与调制研究相对较少,现有的调制方案实现复杂,中点电压(NPV)控制难度较大。因此,该文针对三相4L-ANPC逆变器,提出一种改进的有限集模型预测电流控制(FS-MPCC)算法,避免了复杂的调制过程。首先,使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优;其次,对参与第一步寻优的大矢量划分扇区,使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优,得到目标电压矢量并作用于逆变器;最后,仿真和实验结果表明,与传统的FS-MPCC相比,所提方法在降低系统计算负担的同时,还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

可控串补晶闸管阀触发控制的电容电压增量控制算法

根据TCSC的数学模型 ,研究了电容电压增量的特点和性质 ,提出了电容电压增量控制的触发算法。该算法中控制量计算所用的参数均取自TCSC装置本身固定参数和运行参数的实测值 ,与TCSC安装位置和电力系统的运行方式无关。采用该算法的TCSC在实现阻抗控制的同时 ,可以对次同步分量快速调制 。

基于电容电荷平衡的DC/DC变换器的数字控制算法

利用电容电荷平衡原理来推导出直流/直流变换器的动态控制算法。介绍了变换器在负载电流突变和输入电压突变时的最优算法模型,详细分析了如何减少输出电压的波动以及缩短恢复时间以提高变换器的动态响应。试验结果验证了这两种算法的有效性,在25W、400kHz的同步整流Buck变换器中,应用该控制算法使得直流/直流变换器的动态响应达到最优。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

电网电压不平衡下基于超级电容储能的柔性多状态开关多目标控制策略

当电网电压不平衡时,传统电压电流控制策略下含柔性多状态开关(flexiblemulti-stateswitch,FMSS)的交直流混合配电网交流侧易发生有功和无功功率波动、并网电流畸变以及直流侧直流母线电压波动等电能质量问题。基于此,首先分析了含FMSS的交直流混合配电网拓扑及电压不平衡特性,并提出一种基于超级电容储能的FMSS多目标控制策略。该方法通过调整调节系数D,实现FMSS在输出电流平衡、有功功率和无功功率恒定不同控制目标间的灵活切换。同时利用直流侧超级电容储能系统吸收不平衡功率以稳定直流母线电压,实现电网电压不平衡条件下FMSS的多目标控制。最后利用MATLAB/Simulink仿真软件和硬件在环实验平台搭建含FMSS的交直流混合配电网模型,验证了所提策略的有效性和可行性,确保了交直流互联系统的安全可靠运行。

基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法

基于MMC(模块化多电平换流器)的SCES(超级电容储能系统)是解决大规模可再生能源并网问题的关键技术之一,但超级电容的差异性将导致SOC(荷电状态)不一致,从而影响储能容量利用率。针对此问题,提出一种基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法,通过储能功率的改变和子模块电容电压平衡实现各级SOC均衡。在PSCAD/EMTDC中搭建双端输电系统验证所提控制策略的可行性和有效性。结果表明:所提出的SOC均衡策略大幅减少了控制器的数量,简化了控制系统;采用状态排序与增量投切的电容电压平衡控制策略可以在SOC均衡的同时有效减少IGBT开关次数,降低了开关损耗。

最值函数算法下MMC电容电压优化平衡控制策略

现行的MMC-HVDC工程中,换流器的电容均压大多采取排序类算法,但此算法下,每个控制周期重新排序后,都会对子模块进行大量的重新投切,子模块的投切状态更改频繁。针对现行MMC-HVDC工程中排序算法高额开关频率的问题,采用基于最值函数的电容电压平衡控制算法,根据NLM调制方式的特性,对当前周期与上一周期上、下桥臂子模块投切数量的变化Δn,排序后不需要再重新投切当前桥臂需要投切的子模块数,而是只选择电容电压最大或最小的Δn个子模块,改变其投切状态,以及对需要更改投切状态的子模块进行调换,并根据投切数量的变化,将子模块的投切分为三种工作模式,针对不同的投切情况,完成子模块电容电压的平衡控制。经仿真验证,在最值函数算法下,子模块的投切频率明显降低,电容电压虽有一定程序的波动,但仍在可控范围内。

采用载波移相调制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的底层控制策略,研究载波移相调制(carrier phase-shift modulation,CPSM)方法及相应的直流电容电压平衡控制策略。首先,以桥臂为单位设计CPSM策略,推导出保证桥臂输出特性不变的约束条件;其次,从理论上分析控制子模块直流电容电压的原理,揭示出桥臂的能量自然平衡状态,进一步提出电容电压的附加平衡控制。在10 kVA实验室样机上进行的稳态和动态实验,验证了所提控制策略的有效性。CPSM结合电容电压附加平衡控制方法,可以使各子模块的开关频率确定,不引起额外的开关损耗,并能够避免计算量过大的问题。

H桥级联型整流器直流电压平衡控制改进算法

直流母线电压平衡控制是H桥级联型整流器(CHBR)主要的研究问题。为此在建立CHBR的数学模型基础上,分析了一种基于比例-积分(PI)调节器的CHBR直流电压平衡控制算法,并针对其不能空载运行的问题展开研究,利用相量图法揭示了该方法在空载时失控的内在机理;同时根据分析的结果提出了改进算法。改进算法的主要特点是通过使各功率单元的交流侧电压基波相位保持相同来实现空载条件下的电压控制,它不仅适用于直流电压给定值相同或者不相同的CHBR控制,同时也易于扩展到多单元的CHBR。对所提的算法进行了仿真研究,并搭建两单元CHBR的实验样机,对文中提到的改进算法进行了实验验证。实验结果表明了改进算法的有效性,同时也验证了改进算法和原算法在空载运行特性上的差异。

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程。指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗。针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上。对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率。使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率。

H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法

H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)直流侧电容电压的波动,会引起系统直流侧母线电压不平衡,从而影响系统的可靠运行。针对该问题,在直流侧电容电压三级平衡控制策略的基础上,采用比例谐振(PR)控制器对全局平均直流电压进行控制,以提高控制效果;采用自抗扰控制器(ADRC)对相间直流电压进行平衡控制,实现对外界扰动的动态补偿;采用上下平移每个功率单元调制波的方法,实现相内直流电压平衡控制,并配合载波相移调制策略(CPS-PWM),易于FPGA数字实现。实验结果表明,提出的控制方法是有效的,且具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。

级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法

直流侧各模块电容电压的稳定控制是保证级联H桥静止无功发生器(static var generator,SVG)正常运行的重要条件。推导了级联H桥SVG与电网交换的有功功率数学模型,得出了相间与相内各模块吸收有功功率的关系,总结了相内各模块直流侧电容电压不均衡的原因。为解决由脉冲延时造成的级联H桥SVG直流侧电容电压不平衡,提出了在全局调制信号的基础上叠加一个与补偿电流同向的有功电压来动态调节各模块有功功率的方法,并运用有功–无功解耦全局控制策略保证SVG设备实时无功补偿。仿真结果验证了所提方法的有效性。

阶梯波调制法链式STATCOM直流电容电压平衡控制

为提高采用阶梯波调制法的链式静止同步补偿器(STATCOM)输出电压和输出电流的波形质量,提出一种直流侧电容电压平衡控制策略。分析导通方式、工作模式和电容电压变化量的关系,总结出链节的四种工作区间(A、B、C、D)及各个区间导通角与电压变化量的数值关系。根据单个采样点电容电压的排序结果在各个区间选择导通方式,使电压越高的链节在A和D区间电压上升程度越小,在B和C区间电压下降程度越大,从而将电容电压向平均值调整,在调整过程中不改变各个链节的导通角、调制比等参数。为避免锁相环误差引起的工作模式判断不准确问题,根据两个相邻采样点电容电压大小和变化量判断装置的工作模式(容性、感性)。三相11电平链式STATCOM的实验结果验证了控制策略的可行性和有效性。

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。

一种级联H桥型静止无功发生器电容电压平衡控制策略

为解决级联H桥型静止无功发生器的电容电压平衡问题,该文在载波移相脉宽调制基础上,分析了调制波幅值与电容电压变化量的关系,提出了调制波增补量法,即在保证总调制波幅值恒定及各H桥调制度小于1的前提下,根据同一相中各电容电压与其平均值的误差为各H桥调制波引入增补量,从而实现电容电压的平衡。通过Simulink数值仿真分析与实验验证,表明该文提出的调制波增补量法具有良好的电容电压平衡能力,且对静止无功发生器(static var generator,SVG)输出电流影响不明显。该方法控制参数少,避免了繁琐的排序运算,易于数字控制器实现,具有良好的实用推广价值。

一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法

为了满足高速列车轻量化、高速化的发展需求,以多电平变流器为核心的电力电子变压器取代笨重的工频牵引变压器成为当前电力牵引传动系统领域的研究热点。本文以电力电子变压器的牵引传动系统前端级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,提出了一种适用于单相任意单元数级联H桥变流器的通用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。并给出了各个基本矢量作用时间的计算方法,通过优化矢量作用顺序,使得该调制算法引起的网侧电流畸变较小,各功率器件开关切换次数一致,并且该调制算法本身不会引起直流侧电容电压不平衡。针对其他原因引起的电容电压不平衡问题,提出了一种基于叠加补偿分量调节冗余基本矢量作用时间的SVPWM方法,使得该调制方法具有电容电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的可行性及直流侧电容电压平衡控制的有效性。

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。