三相并网逆变器直接功率控制和直接功率预测控制的对比

根据三相并网逆变器的动态数学模型,详细推导和分析并网逆变器各电压矢量对有功功率变化和无功功率变化的影响。根据有功功率变化与无功功率变化的曲线去选择最佳的电压矢量,使三相并网逆变器输出的有功功率和无功功率脉动较小。在此基础上,提了一种基于新开关表的直接功率控制。同时,采用一种新的直接功率预测控制,该控制策略与空间矢量脉宽调制相结合,实现有功功率和无功功率的解耦控制与功率因数任意可调。最后对直接功率控制和直接功率预测控制进行对比实验。实验表明了方案的可行性和正确性。

三相并网逆变器改进型直接功率预测控制

在三相并网逆变器数学模型基础上,提出了一种基于空间矢量调制的改进型直接功率预测控制,该控制方法在同步旋转坐标系下实现。由于控制系统实际延时两拍,需对下一拍的输出功率和电流进行预估,然后得到两拍后达到目标功率所需要的输出。采用2倍于控制频率的采样频率,准确计算出下一拍的并网功率、电流,同时采用邻域平均通过2次采样计算得到电感辨识值,提高辨识精度,据此计算下一个载波周期三相逆变电路的输出。利用MATLAB/Simulink搭建电路和控制模型进行仿真验证,并通过实验进一步验证,所提出的控制方法具有良好的动静态特性。

基于滤波电感在线估算的并网逆变器直接功率预测控制

三相并网逆变器的直接功率预测控制建立在精确数学模型基础上,对滤波电感参数比较敏感。针对直接功率预测控制这一特点,提出了一种在线估算的直接功率预测控制。将在线估算出来的滤波电感进行直接功率预测控制。仿真结果表明:基于电感在线估算的直接功率预测使功率有很好的静、动态特性;同时使输出电流正弦度良好,谐波含量小。从而验证了该方案的可行性和正确性。

无锁相环三相DC/AC变流器直接功率预测控制

以三相DC/AC变流器为研究对象,给出了一种无锁相环直接功率预测控制方法,能实现对并网功率的无差拍控制,并且为降低锁相环对控制性能的影响,实现无锁相环控制。根据采样控制导致的两拍延时,采样控制频率为载波频率两倍,精确计算得到下一拍的变流器状态量,然后针对给定功率参考值根据公式直接计算得到三相变流电路的输出。推导得到控制系统设定的频率与电网频率的偏差对所提出控制方法的性能没有影响,论证了无锁相环的可行性。最后构建了三相并网变流器Simulink仿真模型和实验样机,利用Simulink中的Embedded Coder模块实现控制系统仿真模型到DSP硬件控制系统C语言程序的转换,通过仿真和实验验证了控制方法的有效性。

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。

三电平NPC整流器预测直接功率控制研究

提出了一种适用于三电平NPC整流器的预测直接功率控制策略,将系统有功功率、无功功率和中性点电压作为控制目标,既不需要滞环比较器也不需要开关表,提高了输入电流质量,也实现了有功功率、无功功率和中性点电压的平滑调节。最后,通过Matlab/Simulink仿真结果验证了所提预测直接功率控制策略的可操作性和有效性。

不平衡电网电压下精简矩阵变换器扩展直接功率模型预测控制

针对精简矩阵变换器(RMC)传统直接功率预测控制在电网电压不平衡工况下网侧电流畸变严重、输入功率和直流侧输出电压存在较大波动的问题。该文提出一种适用于RMC的扩展直接功率预测控制方法。推导分析不平衡输入电压下有功功率和无功功率的二倍频波动表达式,利用1/4电网周期延迟法提取电网电压、电流正负序分量,采用扩展瞬时功率理论重新构建瞬时功率的参考值,实现网侧功率和直流电压纹波波动的自抑制,最后搭建一台实验样机对所提方法进行了验证。实验结果表明,电网电压不平衡下所提方法使直流侧输出电压、有功功率和无功功率波动相较传统直接功率预测得到了有效抑制,实现了RMC网侧电流正弦且单位功率因数运行,验证了所提出方法的有效性和正确性。

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。

模型预测直接功率控制光伏储能双向DC-DC变换器研究

光伏储能系统中广泛应用双向DC-DC变换器,良好的动态响应性能是电路高效稳定工作的关键。为了减小处理器的计算量,优化变换器动态性能,提出了一种模型预测直接功率控制方法。分析双向DC-DC变换器工作原理,建立了直接功率控制代价函数,使得预测的功率直接跟踪给定参考功率。直接功率控制避免了代价函数中多目标优化权重的选择,使得处理器的计算过程更加简化。仿真和实验测试验证了提出的模型预测直接功率控制的良好稳态性能,且相比于传统的PI控制具有更快的响应速度和更小的超调量。

光伏并网逆变器模型预测直接功率控制方法研究

根据瞬时功率理论,建立了光伏并网逆变器在旋转dq坐标系下的功率预测模型。采样并网电压、电流后,利用该模型能够直接预测出并网输出的有功功率和无功功率。然后,利用模型预测控制方法,选用预测功率与给定功率误差的绝对值之和作为价值函数,根据功率预测模型,选择最优空间电压矢量,设计了光伏并网逆变器的模型预测直接功率控制策略。该控制策略无需使用PWM调制模块和内环电流控制,计算量小,易于实现。在光照强度稳定、变化等条件下,对控制系统的性能进行了仿真。结果表明,并网逆变器能够跟踪光照变化快速输出有功、无功功率,具有较好的动、静态性能,验证了所提出的控制策略的有效性。

基于双矢量模型预测直接功率控制的双馈电机并网及发电

模型预测直接功率控制(MPDPC)以其原理简单、动态响应快和控制目标灵活等优点在并网变换器控制中得到了广泛关注。它利用系统模型来预测下一时刻的有功功率和无功功率,通过枚举比较得到使给定功率和反馈功率之间误差最小的电压矢量,相比传统的基于矢量表的直接功率控制具有更好的动态和稳态性能。为了进一步提高稳态性能并降低采样频率,提出一种基于双矢量的改进模型预测直接功率控制,即把一个控制周期分配给一个非零矢量和一个零矢量,通过优化非零矢量的作用时间来进一步减小功率脉动。通过合理安排矢量作用顺序甚至可以获得比传统MPDPC更低的开关频率而且稳态性能更好。在15 k W双馈风力发电系统上的仿真结果表明,相比传统MPDPC,所提出的双矢量MPDPC能够以更低的采样频率实现快速平滑的并网同步和灵活的有功、无功控制,并且开关频率更低,具有较大的实用价值。

STATCOM预测直接功率控制中参数自适应辨识方法

预测直接功率控制技术可以在静止坐标系下,实现有功功率和无功功率的解耦控制,将预测直接功率控制应用到带蓄电池储能系统的静止同步补偿系统(static synchronous compensator/battery energy storage system,STATCOM/BESS)的STATCOM侧,可以实现对有功功率和无功功率的解耦控制,但预测直接功率控制方法依赖于准确的数学模型,而实际系统中STATCOM的数学模型参数容易发生改变,为实现对STATCOM侧等效电路参数的在线辨识,在静止坐标系下建立了STATCOM的最小二乘格式的数学模型,采用带遗忘因子的递推最小二乘法对参数进行在线辨识,自适应修正控制模型的参数,降低输出电流的畸变率,提高补偿精度。最后通过仿真和实验,验证所提的自适应参数辨识方法,可以有效的辨识STATCOM侧的等效电路参数。

电压型PWM整流器模型预测直接功率控制

对电压型PWM整流器进行了数学建模,然后在两相静止坐标系下建立了预测功率模型,在此基础上提出了优化的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)策略。该方法用电网电压矢量作为基本控制矢量,利用功率预测模型和功率误差最小原则,得出目标控制电压矢量公式,结合空间矢量脉宽调制实现模型预测功率控制。同时针对实际系统中的一步延迟设计了延时补偿方案。此外,在系统中引入重复控制对每个采样周期系统的有功、无功功率进行优化。仿真和实验验证了表明所提出的方法的可行性。

单相并网变换器预测直接功率控制策略研究

针对单相并网变换器,通过二阶广义积分构造与电网电压、并网电流正交的虚拟电压、电流分量来形成αβ坐标系下的两相系统。将αβ坐标系下的两相系统变换到按电网电压定向的dq旋转坐标系下。推导两相系统在αβ坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,在此基础上简要分析单相并网变换器的矢量控制原理。根据瞬时功率理论和预测方法推导两相系统在dq旋转坐标系下的功率预测模型,根据此模型提出一种预测直接功率控制策略。搭建1kW的样机,对矢量控制和预测直接功率控制进行研究。实验表明预测控制方案的可行性和正确性,与矢量控制相比,预测直接功率控制具有更快的功率响应。

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。

双馈异步风力发电机优化预测直接功率控制

提出了一种双馈异步风力发电机(DFIG)的优化预测直接功率控制(P-DPC)策略。讨论了P-DPC的基本原理,分析了常规P-DPC策略中的电压矢量选择原则,其中电压矢量作用时间可能出现负值,并产生较多低次电流谐波,对此研究了优化的电压矢量选择和作用时间处理方法。对优化P-DPC、常规P-DPC、传统基于查询开关表的DPC及矢量控制策略进行了仿真与实验的对比研究,结果证明,优化P-DPC在无需旋转坐标变换和空间矢量脉宽调制情况下实现了固定开关频率,具有良好的稳态性能,同时也继承了传统DPC的优异动态性能,表明了本文所提优化P-DPC方法在DFIG风电系统中应用的可行性和有效性。

基于预测直接功率的双PWM一体化控制策略

传统双PWM变换器采用整流器和逆变器独立控制,直流侧需加入大电容来稳定负载的突变而导致的电压波动,大电容引入对系统性能、寿命、体积都有着不同程度的影响。提出一种基于预测直接功率控制(P-DPC)的PWM整流器控制策略,在双PWM独立控制的同时,引入整流器和逆变器的功率信息,补偿到整流器控制回路中,实现协调控制。Matlab/Simulink仿真实验表明这种方法控制结构简单、易于实现,能在稳定直流电压的情况下大大减小直流侧电容,提高系统的动态响应性能。

单相电压型PWM整流器预测直接功率控制

将预测直接功率控制用于单相电压型脉宽调制(PWM)整流器,通过二阶广义积分器(SOGI)构造与电网电压、电流正交的虚拟电压、电流分量来形成α,β坐标系下的两相系统。建立了单相PWM整流器在两相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。推导和分析了旋转坐标系下的瞬时功率模型。利用此瞬时功率模型来预测单相PWM整流器的控制电压进而产生触发脉冲控制变换器。该策略具有控制系统结构简单、开关频率固定、功率响应速度快、可实现功率解耦控制等特点。1 kW样机的实验结果表明了该方案的正确性和可行性。

非理想条件D-STATCOM预测直接功率控制研究

将预测直接功率控制(P-DPC)策略引入配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的控制研究中,电网电压不对称时,公共连接点(PCC)处的二倍频的瞬时功率脉动会导致D-STATCOM的输出电流总谐波畸变率(THD)增大。详细分析了电网电压不对称度与谐波含有率的关系,提出通过瞬时对称分量法提取各电气采集量的正序分量计算瞬时功率反馈值,再根据正序等效电路推导出所需的功率预测模型。由正序功率控制代替全功率控制,实现对补偿电流幅值和相位的控制。不仅抑制了谐波的产生,且消除了电网负序电压对装置的过流威胁。最后利用仿真和实验验证了该方法的有效性和实用性。

重复控制在模型预测直接功率控制中的应用

为了实现模型预测直接功率控制中对功率的准确跟踪,将重复控制应用在三相电压源型PWM整流器的模型预测中。在两相静止坐标系下,基于虚拟磁链定向,通过空间矢量脉宽调制实现开关频率的恒定。利用功率给定值与实测值的误差平方和最小构建目标函数,选出使系统运行于最优状态的控制电压矢量。通过重复控制将每一个控制周期的误差输入信号进行累加来反馈修正,从而实现功率实测值对功率参考值的准确无误跟踪,达到消除静差的目的。仿真和实验验证了该方法的可行性。