结合矢量和直接功率控制的双馈风电机组研究

介绍了一种新型的结合矢量和直接功率控制的双馈风电机组控制策略,该控制策略实施在双馈风电机组的转子侧,控制器设计的目标是同时获取矢量控制和直接功率控制的优势。首先对双馈风电机组的矢量控制和直接功率控制进行分析,建立了两者之间的数学联系,然后对两者控制架构进行融合设计了新型控制器。新型控制器相对于矢量控制器具有响应快速、鲁棒性高和易于实施的优势,而相对于直接功率控制,具有较小的谐波输出、功率波动等优点。最后,基于MATLAB/Simulink平台对新型控制方法进行了仿真研究。仿真结果表明,在新型控制下机组具有较好的稳态和动态性能,优于传统的矢量控制和直接功率控制。

基于三矢量的PWM整流器改进模型预测直接功率控制方法

为解决传统模型预测直接功率控制存在的开关频率不恒定、计算量大、共模电压大问题,设计了一种三矢量模型预测直接功率控制方法。该方法通过在单个控制周期内输出三个不同电压矢量,克服了传统方法因连续多个周期输出相同电压矢量造成的开关频率不恒定问题;同时,在两相静止坐标系中,通过优化空间电压矢量图划分方法,采用两个代价函数确定电网电压矢量所在扇区,将算法的遍历次数从27次降至10次,克服了传统方法计算量大的问题;此外,通过去除两个冗余零矢量PPP与NNN,将共模电压抑制在Udc/3以内。最后搭建了5kW实验样机进行实验验证,仿真与实验结果表明,该方法可以有效降低计算量,输出谐波和共模电压抑制效果优于传统方法。

高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

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。

并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制

分布式电源可独立运行,也可并网运行,但为了实现分布式电源的高效利用,一般要并网,通过变换器方式是分布式电源接入电网的主要方式之一.本文探讨了并网逆变器的控制技术策略.并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制在一定程度上改善了在采用单矢量模型预测直接功率控制时输出电压矢量固定、网侧电流畸变率高、无功功率脉动大等问题,但双矢量模型预测直接功率控制在两个矢量均为有效矢量时输出矢量的幅值不可调,且仅对无功功率实现了无差拍控制,有功功率脉动仍较大.针对这些不足,在其基础上提出了一种并网逆变器的三矢量模型预测直接功率控制策略,该控制策略将两个有效电压矢量与一个零电压矢量作用在一个控制周期内,使输出矢量方向与幅值均可调,且采用有功、无功功率无差拍控制的方式来计算矢量作用时间,进一步提高了控制精度.仿真和实验结果表明,相比单矢量、双矢量模型预测直接功率控制,并网逆变器采用三矢量模型预测直接功率控制的电流谐波含量更低,功率脉动较小,鲁棒性更强.

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。

直接功率控制的三相空间矢量脉宽调制整流器离散域建模

为了在常规的电压定向控制基础上省去电流内环和交流电压传感器,提高系统的动态响应,将空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)与直接功率控制相结合,在推导系统数学模型的基础上,对电压外环调节器、功率内环调节器、SVPWM调制模块、系统时钟、采样频率、数据位数、坐标变换模块等参数进行了设计,在Simulink和基于现场可编程门阵列的高速数字信号处理平台上分别搭建了连续域和离散域模型,并进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,该方法提高了系统的动态响应速度,实现了高功率因数运行。

三相PWM变换器矢量控制与直接功率控制研究

对三相PWM变换器的矢量控制与直接功率控制(DPC)进行对比研究。阐述了三相PWM变换器的基本原理,推导数学模型,采用电网电压定向的矢量控制方案;通过分析三相PWM变换器电压矢量在不同扇区对电网侧输入有功、无功功率的影响,制定开关表,得到基于滞环控制的DPC方案。构建基于XC2785单片机的实验平台,实验结果表明,三相PWM变换器的矢量控制与DPC均能实现直流母线电压稳定、功率因数可调的控制目标,矢量控制稳态性能较优,而DPC动态响应较快。

基于空间矢量的PWM整流器直接功率控制

为克服传统型直接功率控制开关频率不固定的缺点,提出了一种基于空间矢量调制的三相Boost型PWM整流器直接功率控制策略(DPC-SVM)。用虚拟磁链估计器代替电压传感器,运用瞬时功率理论,估算虚拟磁链来计算有功和无功功率,采用电压外环和功率内环的控制方式,并做了仿真研究。研究和分析表明,DPC-SVM的应用使系统具有结构和算法简单、动态响应快、高功率因数、开关频率固定和低谐波等特性。

电网谐波条件下基于复矢量的单相V2G系统直接功率控制

为实现在单相电网电压畸变条件下车网互联(V2G)系统的灵活直接功率控制,首先将复矢量引入电网谐波条件下的单相瞬时功率计算,分析了电网电压畸变时的单相有功功率与无功功率的成分。在建立单相V2G系统复矢量信号模型的基础上,设计复数控制器实现了功率稳定与并网电流谐波抑制2个独立目标的控制,并采取功率前馈控制改善了系统动态性能。最后,搭建了3.5 k V·A单相V2G系统的MATLAB/Simulink仿真模型与实验系统,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性以及所提控制方案的有效性。

基于空间矢量调制的直接功率控制PWM整流器研究

分析了PWM整流器基于空间矢量调制的直接功率控制(DPC-SVM)的原理,对三相控制系统的各个部分进行了详细的阐述。该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环。利用Matlab/SimuLink软件建立系统模型进行仿真研究,得到了各个电气量的实时波形。仿真结果表明,该方法控制效果优异,电流畸变小,具有良好的动静态性能,系统能够很好地实现有功功率和无功功率的控制,同时确保输入侧功率因数为1,方案切实可行。

基于空间矢量的直接功率控制策略

将直接功率控制应用于三相PWM整流器中,采用PWM空间矢量调制代替传统的开关逻辑表控制,避免了因开关频率不固定给整流器造成的不良影响。文章推导了该控制系统基于虚磁链的功率估算式,分析了功率调节器参数设计,研究了有功和无功功率调节器之间的相互耦合影响关系。仿真结果表明,在三相不平衡电压情况下,该控制方法具有功率因数高、电流谐波小、动态性能好等优点。

直接功率控制中的矢量表理论和实验研究

基于矢量表的直接功率控制由于其结构简单、动态响应快、参数鲁棒性好和无需电流内环整定等优点而得到了国内外学者的广泛关注。开关矢量表的建立是直接功率控制中的核心研究内容,目前文献中已经出现了各种各样的矢量表,但在扇区划分和矢量选择上并不统一,对矢量表建立的内部机理也阐述的比较模糊。因此,有必要对矢量表的建立机理进行详细的分析,研究众多矢量表方案的联系和区别并对它们各自的性能进行比较。本文采用数学推导和几何图示的方法对直接功率控制中矢量表建立的机理进行了详细研究,分析得出了六种可行的矢量表,其中三种已经在现有文献中有报道,而另外三种尚未见诸文献。本文以六种矢量表中两种矢量表为例进行了仿真和实验研究,二者均可实现有功和无功的解耦控制,而且具有相似的动态响应,但稳态性能有所差异。仿真和实验结果验证了本文的矢量表建立理论的有效性。

基于空间矢量的定频直接功率控制系统研究

直接功率控制是三相电压型PWM整流器的一种有效控制策略,开关表作为直接功率控制的功率内环,根据瞬时功率差值变化决定开关状态。为了克服基于开关表的传统直接功率控制开关频率不固定、有功功率和无功功率解耦效果不理想的缺点,本文在分析PWM整流器模型和瞬时功率基础上提出了一种基于空间矢量调制的电压型PWM整流器直接功率控制方法。该控制结构由PI调节器和空间矢量调制模块组成,除了具有传统直接功率控制结构简单、功率因数高、动态响应好和电流畸变小的优点外,通过空间矢量调制,还具有开关频率固定、便于滤波电感设计的优点。通过Matlab/Simulink软件仿真和实验结果验证了控制方法的正确性和可行性。

一种用于三相电压型PWM整流器的新型三矢量模型预测直接功率控制

三矢量模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)已应用于三相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,在理想电网条件下取得了良好的控制效果;但是在电网不平衡条件下,常规三矢量MPDPC存在网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大等问题。为此,提出一种新型三矢量MPDPC策略,采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,以新型瞬时有功和无功功率误差构成目标函数,通过求解目标函数最优的方式来选择矢量和计算矢量占空比。在电网不平衡条件下,以三相电压型PWM整流器为研究对象,对传统MPDPC策略和新型MPDPC策略进行了仿真与实验测试。结果表明:与传统MPDPC策略相比,采用新型MPDPC策略时网侧电流谐波含量低,并消除了新型瞬时有功和无功功率中的2倍频振荡分量。

三电平PWM整流器直接功率控制

在给出了三电平电压型PWM整流器数学模型的基础上,结合瞬时功率理论,推导了输入有功、无功和整流器矢量的关系,提出了一种应用于三电平PWM整流器的直接功率控制(DPC)方法。该方法不仅能够实现系统对有功、无功的直接控制,而且能够避免矢量切换时相电压、线电压幅值的过高跳变,同时有效地控制了中点电位的平衡。仿真和实验结果表明此方法算法简单,实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制(direct power control,DPC)的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVA120智能功率模块,设计50 kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10 kHz、5μs的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC-SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。

固定开关频率三电平PWM整流器直接功率控制

以三电平电压型PWM整流器的数学模型为基础,结合瞬时无功理论,推导了瞬时功率和三电平整流桥开关矢量之间的关系,提出了一种固定开关频率的三电平PWM整流器的直接功率控制方法。该方法基于空间电压矢量调制,实现了动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制。相对于传统的开关表bang-bang控制方式的直接功率控制,该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计。实验结果表明该控制策略实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

三相电压型并网逆变器滑模变结构直接功率控制

建立了三相电压型并网逆变器数学模型,在此基础上提出了一种基于滑模变结构的三相电压型并网逆变器直接功率控制策略,详细论述了控制策略原理及设计过程。该控制策略将滑模变结构控制器、直接功率控制和空间矢量脉宽调制技术相结合,不需要同步速旋转坐标变换即可实现恒定的开关频率,具有良好的稳态性能和快速的动态特性。在一台3kVA的并网逆变器样机上进行了实验研究,结果证明了所提出的滑模变结构直接功率控制策略的正确性和有效性。

基于虚拟磁链直接功率控制的光伏并网逆变器控制策略研究

将基于虚拟磁链直接功率控制策略VF?DPC(virtual-flux-linkage direct power control strategy)应用于光伏并网电压源型逆变器。引入虚拟磁链的概念并用于计算瞬时有功和无功功率,结合空间矢量SVM(Space Vector Modulation)技术,构成固定开关频率三相并网逆变器DPC控制策略。该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计,降低了对控制器和A/D采样的要求。仿真和实验结果表明实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。