A novel current vector decomposition controller design for six-phase permanent magnet synchronous motor

The vector control algorithm based on vector space decomposition （VSD） transformation method has a more flexible control freedom, which can control the fundamental and harmonic subspace separately. To this end, a current vector decoupling control algorithm for six-phase permanent magnet synchronous motor （PMSM） is designed. Using the proposed synchronous rotating coordinate transformation matrix, the fundamental and harmonic components in d-q subspace are changed into direct current （DC） component, only using the traditional proportional integral （PI） controller can meet the non-static difference adjustment, and the controller parameter design method is given by employing intemal model principle. In addition, in order to remove the 5th and 7th harmonic components of stator current, the current PI controller parallel with resonant controller is employed in x-y subspace to realize the specific harmonic component compensation. Simulation results verify the effectiveness of current decoupling vector controller.

Adaptive Hysteresis Current Vector Control of Synchronous Servo Drives with Different Tolerance Areas

Control methods of hysteresis current vector control of permanent magnet synchronous servo drive fed by voltage source inverter are examined. Detailed description of the control methods in stationary reference frame with circle, square and hexagon shape tolerance area using adaptive solutions is presented. The theoretical considerations are supported by simulation results.

Symbolic Computation and Graphic Presentation of Magneto-Static Field and Its Associated Vector Potential for a Steady Looping Current

With the advent of Computer Algebra System (CAS) such as Mathematica [1], challenging symbolic longhand calcula-tions can effectively be performed free of error and at ease. Mathematica’s integrated features allow the investigator to combine the needed symbolic, numeric and graphic modules all in one interactive environment. This assists the author to focus on interpreting the output rather than exerting the efforts of relating the scattered separate modules. In this note the author, utilizing these three features, explores the magneto-static field and its associated vector potential of a steady looping current. In particular by deploying the numeric features of Mathematica the exact value of the vector potential of the looping current conducive to its 3D graph is presented.

Simplified Model Predictive Current Control for Dual Three-phase PMSM with Low Computation Burden and Switching Frequency

Finite-control-set model predictive control(FCSMPC)has advantages of multi-objective optimization and easy implementation.To reduce the computational burden and switching frequency,this article proposed a simplified MPC for dual three-phase permanent magnet synchronous motor(DTPPMSM).The novelty of this method is the decomposition of prediction function and the switching optimization algorithm.Based on the decomposition of prediction function,the current increment vector is obtained,which is employed to select the optimal voltage vector and calculate the duty cycle.Then,the computation burden can be reduced and the current tracking performance can be maintained.Additionally,the switching optimization algorithm was proposed to optimize the voltage vector action sequence,which results in lower switching frequency.Hence,this control strategy can not only reduce the computation burden and switching frequency,but also maintain the steady-state and dynamic performance.The simulation and experimental results are presented to verify the feasibility of the proposed strategy.

MHD Equilibrium with Reversed Current Density and Magnetic Islands Revisited:the Vacuum Vector Potential Calculus

The solution of Grad-Shafranov equation determines the stationary behavior of fusion plasma inside a tokamak. To solve the equation it is necessary to know the toroidal current density profile. Recent works show that it is possible to determine a magnetohydrodynamic （MHD） equilibrium with reversed current density （RCD） profiles that presents magnetic islands. In this work we show analytical MHD equilibrium with a RCD profile and analyze the structure of the vacuum vector potential associated with these equilibria using the virtual casing principle.

基于负载观测器的PMSM预测电流控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)预测电流控制系统在线优化计算负担大和抗负载扰动性能不足的问题,提出了一种基于负载转矩观测器的PMSM预测电流控制策略。首先,基于离散空间矢量调制构建虚拟电压矢量,并利用无差拍的思想对备选电压矢量控制集进行优化,降低电压矢量寻优的计算负担。然后,为了提高系统的抗负载扰动能力,设计降阶观测器对负载转矩进行实时观测,并将负载转矩观测值按比例前馈至电流环,补偿由负载转矩变化引起的电流波动。仿真结果表明,所提电压矢量寻优策略在保证控制效果的同时有效降低了计算负担,降阶观测器的引入明显提高了系统的抗负载扰动能力。

双馈风力发电机的双矢量快速预测电流控制策略与分析

双馈风力发电机采用双矢量模型预测电流控制策略时,相较于单矢量模型预测电流控制扩展了备选电压矢量范围,但将滚动优化次数增大两倍,导致计算量增大从而影响其实用性。针对此问题,在双矢量模型预测电流控制策略的基础上提出一种基于双矢量的快速预测电流控制算法。首先利用有效电压矢量以及合成电压矢量的运动轨迹将电压平面划分为6个扇区,各扇区又细分6个子扇区;其次通过判断参考电压矢量所在扇区,选择下一时刻最优的第1矢量和第2矢量;最后,合成新的电压矢量,实现对系统的运行控制。并通过仿真与实验验证,结果表明所提方法在显著降低算法复杂度的同时保留了双矢量模型预测的良好控制性能。

频率自适应的构网型变流器宽频带谐波电压抑制策略

传统构网型变流器在复杂电网阻抗、非线性负载的应用场景下的输出电压会存在较大谐波而不满足电能质量要求。然而,传统构网变流器的控制目标在于维持基波电压幅值和频率的稳定,公共耦合点谐波电压的问题被忽略。为了提升构网变流器对谐波电压的抑制能力,该文提出了一种宽频带的谐波电压消除策略。该策略在主要的谐波电压频率范围内均保持足够的增益,且与基波控制解耦。此外,所提策略不依赖于自适应谐振控制器、重复控制器中的谐波电压频率提取环节而对频率变化的谐波电压进行抑制,简化了控制器结构,使其便于工程实施。该文推导的构网变流器的小信号分析和阻抗模型也证明了所提策略在和基波控制解耦的同时有效地提升了谐波电压抑制能力。最后,通过实验验证了理论分析的准确性和有效性。

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。

非隔离型低压柔性潮流转供装置共模电流直接闭环抑制策略

非隔离型低压柔性潮流转供装置具有可主动调节配电网潮流、改善电能质量等功能,因其高效率、低成本、高功率密度等优势受到了高度关注。但多端变流器脉宽调制及动态耦合效应会产生复杂共模环流,影响系统安全稳定。为了克服这一难题,提出一种基于开关周期平均共模电压直接调制的共模环流指定谐波闭环抑制策略。首先,建立非隔离型柔性潮流转供装置的精准共模电路模型,分析阻抗和主导次共模环流特性,揭示了开关周期平均共模电压和共模环流的关联性;其次,通过双侧变流器零矢量协调分配实现了等效平均共模电压的精准调节,在不影响差模电流动态调节的基础上实现了指定次共模环流的闭环抑制调控;最后,通过实验验证了该方法的可行性和有效性。

Research on Parallel Interleaved Inverters with Discontinuous Space-Vector Modulation

Parallel converter can significantly increase the capacity of the converter and improve the power quality of AC side, but the circulation which can lead to high switching loss and even damage the devices will easily exist in the direct parallel converters. In this paper, the average model of parallel interleaved inverters system to analyze the circulation current is shown, and the cross current is relevant to DC-bus voltage and the overlap time of zero vectors in the switching period. Based on this observation, a discontinuous space vector modulation without using zero vectors (000) is eliminate and suppress the zero-sequence current to entire system. Finally, the effectiveness of modulation strategy is verified by the simulations in this paper.

低复杂度永磁同步电机三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略

针对传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三矢量模型预测电流控制(three-vector model predictive current control,TV-MPCC)存在开关频率不固定和计算复杂的问题,提出一种固定开关频率TV-MPCC策略。利用前一周期的零电压矢量和参考电压矢量所在扇区来快速筛选所需最优电压矢量和次优电压矢量,避免了无效枚举计算,从而降低了开关频率和计算复杂度。引入系统d和q轴电流差参数,计算各电压矢量的作用时间,确保电压矢量作用时间恒大于零和开关频率固定。以三相两电平电压型逆变器驱动的表贴式PMSM为被控对象,通过仿真和实验对传统TV-MPCC策略和所提三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略进行对比研究,仿真和实验结果表明,所提策略在保证系统稳态和动态性能的基础上,在固定和降低开关频率的同时,降低了计算复杂度。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

船舶永磁同步推进电机的优化I/f起动控制方法

为解决高转矩与高转动惯量的船舶推进电机在开环I/f控制中转速和转矩波动大、电机易失步、效率低的问题,提出一种I/f控制改进方法。通过建立转矩角观测器,调节给定电流矢量的幅值,使其跟随负载转矩变化,提高系统鲁棒性。同时,将电机运行状态推进至接近最大转矩电流比状态,提高电机的运行效率;通过瞬时有功功率调节电流矢量的角速度,降低电磁转矩波动,加快电机的转速收敛过程。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真实验,实验结果表明该方法可以显著提高推进电机运行效率和稳定性。

基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。

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。

船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制

船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压非理想的相位差而诱发电流冲击,进而导致岸电与船电电源切换失败。因此,该文首先提出船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制策略,其实施于锁相环确定的船电两相同步旋转坐标系中,可在无预同步的前提下完成岸电变流器无冲击自整步并入船电系统,同时通过幅频电压-矢量电流级联闭环完成对船舶岸电变流器输出电压幅值和频率的有效调控。然后,建立构网型电流矢量控制数学模型,并基于此分析控制带宽对控制系统相位稳定裕度、电压跟踪能力以及对负载电流的抗扰能力。最后,通过Satrsim MT 8020硬件在环测试,验证了所提构网型电流矢量控制策略的有效性。

基于MCS-SBL算法的配电网故障定位方法

配电网拓扑结构复杂,传统方法往往需要大量测点信息且难以实现快速有效的故障定位,本文提出基于少量测点信息的故障定位方法。首先,利用等效原理建立一个欠定的故障节点电压方程;其次,利用多重测量向量模型的贝叶斯压缩感知算法求解方程,根据重构稀疏电流矩阵的非零元素位置求解故障区域,实现故障定位;最后,在IEEE33节点配电系统上进行仿真实验,结果表明,所提方法仅需要少量测点的故障前后正序电压分量便可有效定位故障,计算速度较快,并且基本不受故障类型、过渡电阻的影响,同时适用于单故障和多重故障的场景,具有较强的抗噪能力。

期望扇区三矢量模型预测电流控制

三矢量模型预测电流控制需要依次计算6扇区电压矢量的作用时间,再由价值函数选取期望电压矢量,存在计算量大的缺点。本文提出一种基于期望扇区的三矢量模型预测电流控制,以快速确定期望电压矢量。首先,建立d-q轴的三矢量电流模型,给出其三矢量作用时间;然后,令预测电流为期望电流,可以获得期望电压矢量,并利用Clark变换得到α-β轴的期望电压矢量;最后,利用反正切函数求得期望电压矢量角度,确定期望电压矢量所在的期望扇区,得到期望三矢量及其作用时间。仿真和实验表明,该方法能够保持很好的控制系统性能。同时,该方法只需一次计算期望电压矢量角度即可确定期望三矢量及其作用时间,比传统三矢量方法有效缩短了算法执行时间约60%。

基于新型VLMZVM的ANPC型三电平并网逆变器环流抑制方法

为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位(ANPC)型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制(VLMZVM)策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产生机理和影响因素,通过检测零序环流状态,实时选择虚拟大矢量或实际大矢量合成方法来抑制零序环流,并提出区分奇偶扇区的矢量分配方法快速选择合成矢量。实验结果验证了新型VLMZVM策略能在电流突变、参数不一致、全功率因数范围都具有很好的环流抑制效果。