不平衡电网下电流源型PWM整流器改进型无差拍控制

三相电流源型PWM整流器运行在电网电压不平衡情况下,引起直流侧及网侧电流存在大量低次谐波,势必对后级变换器供电稳定性、安全性等存在不利影响。针对该问题,首先建立整流器数学模型,推导出不平衡电网下直流侧电压和网侧电流表达式,揭示出系统直流侧和网侧电流产生低次谐波的机理。其次,根据瞬时功率理论设计内环电流参考指令,并利用无差拍控制实现网侧电流对参考电流的跟踪。然而传统无差拍控制存在延时问题,将影响网侧电流的跟随性能,造成电能质量下降。为解决该问题,提出了网侧电流内环改进型无差拍控制,利用两步预测法补偿系统延时。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证所提控制策略的正确性与有效性。结果表明,所提方法能有效抑制直流侧和网侧电流低次谐波,实现网侧电流正弦化和直流侧电压稳定输出。

面向电流源型PWM整流器的双矢量模型预测直接功率控制

电流源型脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)整流器因其网侧存在LC滤波器,系统的控制难度增加。传统直接功率控制策略下的整流器功率波形存在脉动,因模型预测控制具有卓越的动态特性以及直观的控制规律,采用模型预测直接功率控制(Model predictive direct power control,MPDPC)对传统控制策略进行改进。首先建立了三相PWM整流器的数学模型,给出了每个采样周期内的功率变化率,并推导出相邻采样周期之间的功率关系,然后给出基于单矢量的模型预测直接功率控制策略,提出了基于双矢量的模型预测直接功率控制策略,并优选出两个电流矢量,计算在一个采样周期内的作用时间,并对其进行修正。最后,在Matlab/Simulink仿真软件验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统设计

为了解决目前大功率充电系统所存在的电池电压匹配、充电效率等方面的问题,采用三相电流源型整流器(CSR)作为充电系统拓扑结构。采用间接电流控制策略对网侧电压信号进行延迟修正,从而实现网侧单位功率因数控制。在传统恒压-恒流(CC-CV)充电策略基础上,依据电池电化学特性,提出一种基于模糊推理控制策略的CC、CV充电模式切换算法。采用频域法对CV充电模式下的控制环路传递函数进行分析,并考虑数字时间延迟对系统的影响;利用MATLAB/SISO设计工具,分别对电流内环和电压外环控制器的零点位置与环路增益进行优化,以提高系统的整体性能。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性与可行性。

面向电流源型PWM整流器直流侧电压的多环路控制策略

三相电流源型PWM整流器作为低压直流配电系统有源前端时,因网侧LC滤波环节和直流侧电容的存在使系统控制难度增加。首先,在同步旋转坐标系下建立电压定向数学模型,通过控制网侧电流d轴与q轴分量,完成系统有功、无功功率的独立控制;其次,基于相量法提出一种电容电流补偿方法,仅构建电容电压前馈通道,实现间接电流控制策略下功率因数校正;然后,采用电容电压反馈有源阻尼法对网侧LC谐振进行抑制,详细分析反馈增益对系统稳定性的影响;此外,该文通过在内环引入直流侧电感电流反馈以及阻尼因子,进一步改善系统性能;之后,利用频域法与根轨迹法对整个控制环路进行分析,辅助Matlab/SISO设计工具,在离散域中直接优化设计控制器零点位置与环路增益;最后,通过仿真和实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。

离散化状态反馈解耦控制的三相电流源型PWM整流器控制策略

三相电流源型PWM整流器(Current Source Rectifier,CSR)是一种多变量、强耦合的非线性对象,这种复杂对象的控制较为困难。三相CSR通常都采用双级环路控制结构的直接电流控制方式,但常用的直接电流控制方式都存在一些问题,本文提出采用离散化状态反馈解耦控制器对该对象进行控制,可以解决其控制问题。文中分析了三相CSR数学模型及直接电流控制原理,讨论了离散化状态反馈解耦控制方法,搭建了这种控制方法的仿真模型,仿真结果说明了本文所提方法的优势,其控制效果要好于传统的PID控制方法。

电流源型PWM整流器带容性负载的解耦控制方法

应用于不间断电源(UPS)时,三相电流源型整流器(CSR)因其直流输出端存在大电容而使得数学模型的阶数提高,增加了控制器的设计难度。针对带电容性负载的PWM型CSR建立了dq旋转坐标系中的数学模型,通过将d轴定向于交流滤波电容电压矢量,使得数学模型简化为相互解耦的直流侧和交流侧模型,进而可实现直流侧和交流侧的独立控制。进一步提出了在直流侧采用状态反馈控制来稳定直流母线电压,在交流侧引入虚拟阻抗进行网侧电流有源阻尼的控制方法,消除直流侧和交流侧之间由PWM调制过程所产生的相互影响,实现了直流侧和交流侧的解耦控制。基于40k V·A的UPS仿真和样机实验结果表明,该方法具有良好的动态性能和稳态性能。

电流源型PWM整流器交直流侧解耦控制策略研究

三相电流源型整流器CSR(current source rectifier)作为恒压源输出时,直流侧并联大电容,使系统建模复杂度及控制难度大大增加,针对这一问题,将d轴定向于交流侧电容电压,简化d-q坐标系下动态数学模型。为抑制谐振和直流侧电压谐波,首先设计了一种交流侧采用虚拟电阻的有源阻尼控制,直流侧采用状态反馈控制的策略。通过整定状态反馈系数回馈状态变量来控制输出变量,提高系统的动态响应特性及直流稳压性能;利用高通滤波器,降低直流侧低频信号对交流侧的影响;因直流侧LC低频滤波特性,抑制了交流侧高频信号的影响,从而实现交直流侧的独立解耦控制。其次,调节q轴开关分量来实现网侧单位功率因数运行。最后采用Matlab/Simulink仿真验证该控制策略的合理性和可行性。

基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统设计

为了解决目前大功率充电系统所存在的电池电压匹配、充电效率等方面的问题,采用三相电流源型整流器（CSR）作为充电系统拓扑结构。采用间接电流控制策略对网侧电压信号进行延迟修正,从而实现网侧单位功率因数控制。在传统恒压-恒流（CC-CV）充电策略基础上,依据电池电化学特性,提出一种基于模糊推理控制策略的CC、CV充电模式切换算法。采用频域法对CV充电模式下的控制环路传递函数进行分析,并考虑数字时间延迟对系统的影响;利用MATLAB/SISO设计工具,分别对电流内环和电压外环控制器的零点位置与环路增益进行优化,以提高系统的整体性能。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性与可行性。

一种实现电流型PWM整流器直流侧电压波动抑制的控制方法

三相电流源型脉宽调制整流器发生负载突变时,将导致直流侧输出电压波动。针对该问题,提出一种自抗扰控制与无差拍预测控制级联的综合控制策略。首先,建立整流器在两相静止坐标系下离散化数学模型,电流内环引入无差拍控制策略实现对网侧电流的快速跟踪。为降低控制延时带来的影响,将控制算法预测至k+2时刻并利用算术迭代过程消掉k+1时刻电流,从而提高了网侧电流控制精度以及降低了电流谐波含量。此外,外环引入自抗扰控制直流侧输出电压,通过扩张状态观测器实时估计系统扰动量并加以补偿,克服了传统比例积分控制器参数控制裕度不足和抗干扰能力差等问题。最后,通过MATLAB/Simulink软件以及6 kW实验样机对所提控制策略进行验证。结果表明,系统负载在突增、突减变化时,其输出电压波动能有效抑制在22 V以内,同时保证满载运行时网侧电流总谐波畸变率低至1.98%。

单桥电流源型整流器SHE-PWM控制技术研究

介绍了一种单桥电流源型整流器,运用特定谐波消除技术消除其5次和7次谐波。对SHE-PWM调制时器件的开关角度进行了具体的分析,并得出了各种情况下全部开关角度的数据。实验研究结果证明,这种拓扑结构及调制方案具有很高的实用价值。

一种新型三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法

针对三相电压型PWM整流器启动瞬间产生较大的冲击电流,致使系统稳定性、可靠性降低的问题,在整流器前端加入预充电电路,对预充电电路软启动过程和整流器启动过流的原因进行了详细分析,再对2种无预充电电路的母线电压缓给定方法和2种预充电电路结合母线电压缓给定方法抑制启动冲击电流的作用机理进行了对比分析,最终提出了预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制的最优抑制方法,最后通过搭建4种母线电压缓给定方法的仿真模型和30 kW整流器实验样机进行了验证。结果表明,采用预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制启动的整流器有效地抑制了冲击电流,网侧电流启动无过冲现象,直流侧母线电压无超调。

谐波振荡抑制式电流源型整流器模型预测控制策略

电流源型整流器(current source rectifier,CSR)具有短路保护和降压能力等特点,可应用在直流微电网、数据中心和电机驱动等领域。电流源型整流器的交流侧采用LC二阶滤波器,传统控制器的设计面临着谐波振荡及参数整定难题。为此,提出一种面向谐波振荡抑制的模型预测控制方法。对影响谐波振荡现象的直流电流与滤波电容电压进行研究,提出预测方法;在此基础上,建立价值函数,并提出相对应的模型预测控制策略(model predictive control,MPC),通过该控制方案,CSR能够得到较好的稳态表现及动态响应,在运行于单位功率因数的同时,可以抑制谐波振荡现象的发生。最后,使用MATLAB搭建仿真模型,对所提控制策略的有效性进行验证。

基于IGCT串联的电流源型融冰装置

针对冬季输电线路覆冰问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)串联的电流源型直流融冰装置及其控制方法。该融冰装置采用电流源型整流器拓扑,兼有直流侧融冰与交流侧无功补偿的功能。所提控制方法首先采用瞬时功率理论分解交流侧的瞬时有功、无功,根据融冰功率与交流侧无功补偿需求分别进行有功、无功双环解耦控制。为节约装置成本、减少传感器使用,提出一种不依赖电容电压传感器的控制方法,通过网侧电压、电流的差分计算得到LC滤波器的电容电压。为抑制高频谐波对控制系统的不良影响,引入虚拟电阻控制单元对LC滤波器的高频谐波进行前馈抑制。最后,考虑具体应用场景设计1台交流侧电压10 kV、最大融冰电流1000 A的融冰装置样机,通过实验验证了所提技术方案和控制方法的有效性。

电流型PWM整流器有源阻尼控制的参数设计

三相电流型PWM整流器交流侧存在LC滤波环节,该环节用来滤除网测电流谐波并且辅助开关器件换流,但是LC滤波环节存在谐振尖峰,且该尖峰会引发网侧电流畸变。针对该问题,本文提出了一种新的PWM整流控制策略,即通过有源阻尼抑制谐振尖峰,并且运用解耦控制消除耦合项对系统性能造成的影响。通过建立内外环系统框图并且对系统框图进行分析,给出了内外环控制器参数的设计方法。通过搭建实验平台,证实本文所提出方法的实用性。

电流型PWM整流器低电压应力空间矢量PWM(SVPWM)研究

为了有效降低三相电流型PWM整流器(CSR)功率管的电压应力,提高CSR运行可靠性,在详细分析了三相CSR功率管换相过程基础上,提出了基于空间矢量(SVPWM)的三相CSR低电压应力控制新方案。该方案通过实时调整矢量合成顺序,使原本不处于自然换相的功率管处于自然换相状态,从而降低了三相CSR功率管的电压应力。另外,由于采用了SVPWM控制,使得三相CSR具有电流利用率高、开关损耗小、动态响应快等优点。因此,新方案特别适合于大功率三相CSR变流系统的设计。理论分析和试验结果证明了方案的正确性。

基于αβ坐标系的电流型PWM整流器有源阻尼控制

三相电流型PWM整流器交流侧常采用LC滤波器来滤除谐波和辅助开关器件换流,但LC滤波器具有谐振特性,存在谐振尖峰,当控制量或负载变化时,会引起系统暂态振荡以及网侧电流谐波畸变。针对上述问题,提出了一种基于αβ坐标系的电感电压反馈的有源阻尼控制方法。该方法的实现不需要进行锁相环控制和dq坐标解耦,电感电压反馈的有源阻尼控制可以有效抑制LC滤波器谐振尖峰。最后通过MATLAB仿真和实验验证了所提方法的有效性和实用性。

三相电压源型PWM整流器控制方法的发展综述

控制技术对提高三相电压源型PWM整流器性能非常重要。介绍了三相电压源型PWM整流器的双闭环直接电流控制方式,全面地概述了三相电压源型PWM整流器控制方法的发展历史与现状,按控制理论发展规律把这些方法进行了科学分类,这些控制方法可分为传统线性/非线性控制、现代非线性控制及智能控制等三个发展阶段,分析了这些方法的工作原理及优、缺点。展望了PWM整流器控制策略的发展趋势。

静止坐标系下电流型PWM整流器电流环控制策略研究及其参数设计

通过分析三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)在两相静止坐标系中的数学模型,利用瞬时功率理论建立电压定向的CSR功率控制策略。为了有效抑制整流器输入侧LC滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。采用频域法对电流内环开环传递函数进行研究,针对静置坐标系下电流内环在动态响应和稳定性方面的限制,提出电流内环级联滞后补偿控制方法。详细研究电流内环比例谐振控制器及各参数对其性能的影响,并根据性能指标要求确定系统参数。利用根轨迹分析滤波电感变化对电流内环稳定性影响,并明确有源阻尼反馈增益与系统鲁棒性的关联性,最后对控制器进行离散化处理以实现数字控制。仿真和在60 kVA三相CSR样机实验结果表明,所提出的控制方法能够实现良好的动、静态性能,单位功率因数以及有效抑制网侧电流畸变。

基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器控制策略综述

三相电压源型PWM整流器交流侧每相通过LCL滤波器代替单电感滤波器接入电网,可以由较小的电感电容达到较好的滤波效果。但是电容支路的引入,将使传统的控制策略很难达到优良的控制效果。本文以三相电压源型PWM整流器为例给出了LCL滤波器的数学模型,并对基于LCL滤波器三相电压源型PWM整流器的直接功率控制、三闭环控制和无差拍控制的控制策略进行分析和比较。最后,展望了基于LCL滤波器的PWM整流器控制策略的研究热点和研究方向。

基于间接电流控制的电流型PWM整流器

针对电力电子装置给电力系统带来谐波污染和功率因数下降的问题,建立了三相电流型PWM整流器在abc坐标系下的数学模型,并在该坐标系下通过控制三相电流型PWM整流器交流侧电流的基波和相位,进而间接控制网侧电流的间接电流。通过仿真和实验验证,该控制策略完全可以实现网侧电压电流单位功率因数,且直流侧电流趋于稳定。