基于VSG控制的NPC型三电平并网逆变器研究

随着新能源的大规模并网,在逆变装置大比例接入时,由于缺乏同步发电机的惯性和阻尼,电网呈现出低惯性、欠阻尼的特点,容易受到冲击,稳定性差。而虚拟同步发电机(VSG)控制可以解决这个问题。为此,提出了一种基于虚拟同步发电机的NPC型三电平并网逆变器控制策略,相比传统两电平逆变器VSG控制策略,其可以显著提高电能输出质量。首先,建立VSG的小信号模型,分析转动惯量J和阻尼系数D对系统输出有功特性和频率的影响;其次,结合有功闭环传递函数,采用波特图和根轨迹进行稳定性分析;最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证所提控制策略的可行性和有效性。

NPC型三电平并网逆变器内外管不均压分析及抑制

中点箝位型三电平拓扑(3L-NPC)由于其箝位二极管的单向箝位性,易造成桥臂中内外管的电压不均衡,使得内管电压超过半边母线电压,威胁其完全运行。针对该问题,本文对3L-NPC并网逆变器在正常运行、并网待机及故障停机3种典型工况下的内外管不均压机理进行了全面详尽的分析,指出回路中器件杂散参数、内外管结电容的充放电电流不对称、回路LC振荡是造成不均压的主要原因,并据此提出一种简单可靠的解决方案,该方案能够有效抑制各种工况下的内管过压问题,实验结果可验证理论分析的正确性及所提方案的可行性。

NPC型三电平并网逆变器模型预测功率控制研究

根据NPC型三电平逆变器的特点,本文提出一种新型模型预测功率控制,可以提高电流跟踪的速度和精度。首先对NPC型三电平逆变器进行建模,然后在两相静止坐标系下建立预测功率的模型,在此基础上提出了模型预测直接功率控制。该方法用电压矢量作为基本控制矢量,利用电压矢量误差最小的价值函数实现功率控制。并针对实际系统中存在延迟的情况,设计了延时补偿的控制方法。为了进一步解决NPC三电平逆变器的中点不平衡问题,通过侧电容和下侧电容电压的差值,通过选择小矢量实现中点电位平衡控制,实验结果验证了本文提出的新型模型预测直接功率控制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。

NPC型三电平永磁同步风力发电并网逆变器模型预测控制满足低电压穿越要求研究

在风力发电中低电压穿越要求为:当电网电压降落的时候,风力发电机不脱网且能够稳定电网电压和频率。风力发电机需要较高的功率和电压等级。因此,多电平中中点箝位型三电平逆变器非常适合这种设备。和其它控制方法相比,模型预测控制具有动态响应快和跟踪性能好的优点,但是工作频率低。为了能够满足低电压穿越的要求,提出一种模型预测控制方法实现NPC三电平逆变器的风力转换。所提模型预测控制也能够实现NPC逆变器中点平衡控制,通过选择冗余小矢量实现。仿真和实验验证了所提算法正确性。

基于滑模观测器的三电平风力发电并网逆变器无差拍优化模型预测控制

针对中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器系统,提出了一种基于滑模观测器的无差拍可优化有限控制集模型预测控制策略。为了降低电网电流谐波量及有功和无功功率的独立控制,采用了基于幂次函数的滑模观测器,实现对电网电压和耦合项进行实时性观测;以滑模观测器为基础,结合空间电压矢量位置信息,提出了基于电流无差拍的优化有限控制集模型预测控制,减少了控制计算量;通过基于中点不平衡电压补偿的性能代价目标函数,提高了控制系统的性能。仿真结果表明了该控制策略的可靠性和有效性。

适用于弱电网的三电平并网逆变器模型预测控制

弱电网下并网逆变器的鲁棒性较差、谐波较大,而模型预测控制十分依赖系统参数,这限制了其在弱电网中的应用。针对以上问题,提出适用于NPC(二极管中点钳位)型三电平并网逆变器的数据驱动型V-MFPC(基于虚拟电压矢量的无模型预测控制)策略。首先通过不同的开关序列构造大量虚拟电压矢量,然后利用代价函数预选降低控制算法的计算负担,最后选择合适的开关序列寻优抑制中性点电压波动。仿真结果表明,所提策略能有效抑制中性点电压波动和并网电流谐波,并具有较好的参数鲁棒性。

NPC型三电平逆变器的永磁同步电机PWM预测控制

由于对中、高容量逆变器的需求越来越大,二极管箝位型(Neutral Point ClamPed,NPC)三电平逆变电路应用越来越广泛。和两电平逆变电路相比,中点电位偏移与电流波动是三电平逆变器应用中的主要难题。中点电位偏移与波动可能导致输出电压波形畸变以及开关元件的损耗。本文提出了一种PWM预测控制,通过对永磁同步电机的电流状态变量进行离散化,计算出当前时刻所需要的作用控制电压,结合中点抑制SVPWM调制算法。该方法电流响应速度快,电压利用率高,并且开关损耗降低,能抑制中点电位偏移,对于NPC型三电平逆变器驱动永磁同步电机的研究和应用具有较好的参考意义。

NPC型三电平逆变器SVPWM优化与仿真

中点箝位型（neutral point clamped，NPC）拓扑为三电平逆变器中最广泛使用的，提出一种三电平SVPWM转化为两电平的SVPWM简化算法，极大减少了运算量，易于工程实现。通过Matlab—Simulink仿真验证并设计搭建20kW光伏并网逆变器验证了控制算法的正确性和工程可行性。

NPC三电平整流器的混合参数自适应控制

为降低中点箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平整流器的电流谐波,在dq同步旋转坐标系下推导出带中点电压耦合项的NPC三电平整流器数学模型,并分析中点电压对电流控制的影响。对模型中的中点电压耦合项和交流侧等效电阻会增大电流谐波及无法通过常规方法进行准确估计的问题,设计一种混合参数自适应的迭代学习控制方法,以进行解耦控制并消除不确定参数的影响。通过构造Lyapunov函数和理论推导验证控制方法的稳定性。在整流器硬件平台上进行试验验证,结果表明,所设计的控制方法可有效降低电流谐波。

三电平逆变器同步不连续空间矢量调制输出电流优化策略

以中点钳位型三电平逆变器为研究对象,对同步不连续空间矢量调制展开研究,提出一种平均误差电流矢量幅值最小的输出电流优化策略。首先对同步不连续调制开关序列构成原则进行研究,根据各参考矢量所处区域将调制度进行分段,对空间矢量平面进行合理划分。其次依据同步性与对称性原则,确定各调制度区段内的备选开关序列,并将零电平钳位状态开关序列加入备选序列,扩充了备选开关序列集合。最后计算各开关序列对应的平均误差电流矢量幅值,以平均误差电流矢量幅值最小为原则,确定线性调制范围内的最优作用开关序列。仿真与实验结果表明,该优化调制策略能有效降低输出电流谐波畸变率,实现对逆变器输出电流质量的优化。

三电平NPC牵引变流器无传感器矢量控制策略研究

针对三电平二极管钳位型(NPC)牵引变流器在感应电机无传感器矢量控制中的应用,基于空间矢量调制算法(SVPWM),引入大小不同的中性点电压偏移阈值,在不同的阈值下对矢量作用时间采用滞环控制和主动控制相结合的方法,解决了中性点电压平衡问题。在全阶磁链状态观测器获取电机转速信息基础上,优化了矢量控制中电流内环控制架构,控制参数易于整定。在分析死区时间影响的基础上,提出了基于三电平SVPWM控制的实时死区补偿方法,具有实现简单、代码量少的优点。通过仿真和电机拖动实验,验证该控制策略的适用性和有效性。

基于预测控制的三电平风力发电系统研究

提出一种由二极管整流器、升压变换器以及中点钳位逆变器组成的新型功率变换拓扑。该拓扑用于永磁同步风力发电系统。发电侧升压变换器实现最大功率跟踪和稳定直流侧电压。网侧中点钳位型逆变器平衡直流侧电容电压和向电网输送功率。提出一种模型预测实现系统的完整控制,该预测控制采用2个独立的价值函数,通过价值函数最小化实现机侧和网侧分开控制。仿真和实验验证了所提方法的正确性。

非理想电网环境下三电平并网逆变器控制

针对大规模分布式新能源并网导致各类非理想电网环境,而传统并网逆变器控制性能无法满足并网要求的问题,以分布式并网系统中的二极管箝位型(Neutral point clamped, NPC)三电平并网逆变器为研究对象,在进行非理想电网环境特征分析和逆变器模型建立的基础上,提出了一种基于广义滑动离散傅里叶变换(General sliding discrete Fourier transform,GSDFT)非理想信号提取的并网逆变器双闭环控制策略。通过对传统SDFT算法进行了改进,设计了能快速提取特征次谐波分量和负序分量的GSDFT算法,能在保证非理想信号提取的同时减少计算时间;接着设计了基于非理想信号提取的并网逆变器双闭环控制策略,改善了非理想电网环境下的并网电流控制性能。

基于60°坐标系的改进三电平逆变器中点电压调制策略

中点电压不平衡直接影响逆变器输出电压波形的质量以及器件的寿命。针对NPC型三电平逆变器中点电压不平衡问题,对传统的虚拟空间矢量调制方法进行改进,设计了一种改进的虚拟空间矢量脉冲宽度调制(improved virtual space vector pulse width modulation,IVSVPWM)方法。首先,定义了新的虚拟矢量,目的是降低共模电压幅值;然后,对扇区小三角形区域进行划分,计算了虚拟矢量的作用时间,设计了空间矢量的作用顺序;最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,对传统的虚拟空间矢量脉冲宽度调制(virtual space vector pulse width modulation,VSVPWM)方法和本文设计的IVSVPWM方法进行比较。结果表明本文设计的方法具有更好的中点电压平衡效果。

基于三相四线制三电平有源滤波器的简化三维空间矢量调制策略研究

三相四线制中点箝位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平四桥臂有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)采用三维空间矢量调制(3-Dimensional Space Vector Pulse Width Modulation,3D-SVPWM)策略可以高效地改善电能质量,减少谐波含量。但由于其复杂的拓扑结构,造成运算过程中响应时间过长的问题。针对这一问题,提出了一种简化的3D-SVPWM调制策略。该策略通过降维的方法,分别对前三相桥臂采用3D-SVPWM调制策略,对N相桥臂采用载波层叠PWM调制策略,确定触发脉冲信号。相较传统调制算法,新的调制策略缩短了计算空间矢量的作用时间,减少整体过程的响应时间,并且保证了开关时序的一致。通过MATLAB/Simulink仿真实验结果验证了文章提出的算法的正确性和可行性。

面向残差评价的中点钳位型逆变器开路故障诊断方法

在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入基于范数的标准评价函数,计算残差性能指标与阈值,将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测;再次,推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性,并依据此特性实现精准的故障隔离;最后,在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明,相较于传统基于信号与知识的诊断方法,残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况,均可实现快速且精准的故障检测及定位。

三电平逆变器中点电位平衡控制算法研究

针对NPC型三电平逆变器,以主电路的拓扑结构为基础出发,分析SVPWM的调制原理,计算出每个空间电压矢量的作用时间。搭建主电路直流母线电容的数学模型,得出致使中位点电压不平衡的原因,进而提出一种基于时间分配因子的方法,实现对中位点电压大幅度波动的抑制。最后用MATLAB/Simulink平台下搭建仿真模型,对提出方法能否抑制中点电位波动进行验证。测试结果证实该方法的可行性,能有效抑制中点电压的波动。