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。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

三相电压型逆变器SVPWM控制系统设计

三相电压型逆变器是电力电子领域中的重要研究方向,它在各种应用中具有广泛的用途,如可再生能源系统、电机驱动、电网互连等。其本原理包括将直流电源转换为交流电源。它通过控制开关器件的通断来调整输出交流电压的幅值和频率,从而实现电压型逆变。基于此,探讨了如何利用电力变换器来提高电能。重点关注电力变换器的电路,并通过实验来证明它的可靠性。使用DSPIC30F4012控制器来控制电路,并使用电力变换器的电路来实现变换。还分析了如何利用电力变换器的调制技术来提高电源的性能。在软件设计部分结合Matlab中的Simulink工具箱进行仿真,建立了三相半桥式电压源型逆变电路的仿真模型,并对其进行FFT分析。

电压源型逆变器对弱电网系统稳定性和风电场输出有功功率相关性的影响

电压源型逆变器的应用可能会在风电场并网系统中引起次同步振荡事故,严重影响电力系统安全稳定运行。为了研究电压源型逆变器和风电场输出有功功率对电网稳定性的影响,本文建立了一个基于阻抗的并网系统模型,分析了影响输出有功功率与系统稳定性相关性的主要因素。结合PSCAD/EMTDC时域仿真实验,分析了影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素。结果表明,影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素包括:电压源型逆变器的内环、外环和锁相环参数。而且在不同的风电场输出有功功率下,电压源型逆变器控制回路参数与系统稳定性之间的相关性是不同的。

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。

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

跟网型和构网型逆变器的阻抗无源化方法综述

相比传统同步机主导的电力系统,由并网逆变器所主导的新能源并网发电系统动态特性发生了根本性变化。近年,国内外报道了多次新能源并网发电系统振荡事件,振荡现象具有宽频域特征,动态行为具有非线性、时变性和复杂性。并网逆变器的端口阻抗无源性是保证并网发电系统稳定的充分条件,适用于复杂电网下的稳定性优化。文中针对跟网型和构网型逆变器,分别从控制器优化设计、串并联虚拟阻抗和其他无源化方法这三个方面,对两类逆变器的中高频阻抗无源化改善方法进行了总结和梳理,最后探讨了当前研究的不足与现存的挑战。

一种具有直通电流抑制能力的低电压尖峰Y源逆变器

针对传统耦合电感型阻抗源逆变器存在直流链电压尖峰和直通电流过大的问题,提出一种具有直通电流抑制能力的低电压尖峰Y源逆变器。分析了所提拓扑在直通状态和非直通状态下的工作原理,并给出了一个开关周期内的主要波形。采用安秒和伏秒平衡原理,分别推导出关键器件的电压、电流应力。与改进型Y源逆变器对比,当绕组系数相同时,所提拓扑在相同的升压比下具有更小的直通占空比,增大了调制比范围,提高了直流链电压利用率,并能够降低直流链电压尖峰。而且,所提拓扑能够抑制直通电流的增大,相同直流链电压下需要更小的直通时间使其直通状态下的开关管导通损耗更小。最后,搭建240 W实验装置充分验证所提拓扑的先进性。

三相电压型逆变器的滑模控制律参数优化设计

针对三相电压型逆变器滑模控制中滑模函数和趋近律参数选取困难的问题,提出一种滑模控制律参数优化设计方法。首先,根据三相电压型逆变器的基本工作原理,建立了三相电压型逆变器的d-q数学模型。其次,将滑模变结构控制应用到三相电压型逆变器系统中,设计合理的滑模函数并采用等速趋近律推导出滑模控制律,再将滑模控制律带到三相电压型逆变器闭环系统,得到偏差的数学模型。根据系统跟随性能的要求,讨论并推导了滑模控制律中参数优化的选择公式。最后,利用PSIM仿真软件,搭建了三相逆变器的滑模变结构控制闭环系统,通过仿真实验验证了所提滑模控制律参数优化设计的合理性和可行性。

多电平三相电压源逆变器结构优化设计

目前多电平三相电压源逆变器被广泛应用于高压、大功率电子设备中,为解决传统三相电压源逆变器运行中出现的直流侧电容电压失衡问题,基于空间矢量调制开关直流电源对逆变器结构进行优化设计。建立多电平三相电压源逆变器等效模型,利用60°坐标的空间矢量调制算法实现空间矢量调制,利用电容电压平衡算法充分考虑不同矢量间的切换顺序,实现电容电流平衡。实验结果表明,对比传统方法,该方法调制多电平三相电压源逆变器输出线电压波形畸变率为0.18%,电容点电压波动可控制在3 V以内,优于对比方法,具有更好的应用性能。

具有中点电压平衡与零序电流抑制的T型三电平逆变器供电六相PMSM-DTC

在三电平六相电机驱动系统中,存在中点电压不平衡及零序电流导致定子电流畸变等问题。为此,该文针对T型三电平逆变器供电的六相永磁同步电机,提出一种具有中点电压平衡与零序电流抑制功能的直接转矩控制(DTC)策略。为实现DTC的快速构建,该策略基于两电平三相电机DTC结构,利用精简后的开关状态,在六相绕组轴线上分别合成满足控制要求的4个电压矢量,然后通过两个滞环比较器结合简单的扇区划分,确定最优电压矢量所在轴线,同时构建中点电压与零序电流控制平面,并对系统在控制平面所处扇区进行判断。在此基础上,根据最优电压矢量所在绕组的相电流iy的极性,实现最优电压矢量的选择,并进一步构建DTC最优开关矢量表。最后,通过实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于有源阻尼系数优化的逆变器电压前馈控制策略

采用LCL型逆变器的并网系统是新能源并网的主要方式,然而数字控制的延迟和并网电压扰动影响LCL型并网系统的稳定性。为解决上述影响因素,提出了考虑数字延时的并网电压前馈控制策略,降低了并网电流的谐波畸变率和电压带来的影响;分析了有源阻尼系数对谐振尖峰的影响,提出了增强粒子群有源阻尼系数优化方法,提升了并网系统的电能质量和抗扰能力,最后通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

考虑功率解耦的构网型逆变器的低电压穿越控制策略

构网型控制是提高新型电力系统稳定性的重要手段。构网型逆变器的功率耦合会导致功率、输出电压和电流波动,从而影响新能源的低电压穿越能力。针对该问题,提出了基于功率解耦的构网型逆变器低电压穿越控制策略。首先,分析构网型控制下的功率耦合机理。通过建立动态功率耦合模型,研究功率耦合对低电压穿越的影响。接着,提出一种基于串联补偿矩阵的功率解耦方法,并基于并网标准提出一种考虑功率解耦的构网型逆变器的低电压穿越控制策略。最后,利用StarSimHiL平台搭建了硬件在环实验平台。通过实验验证了串联补偿解耦控制策略在不同阻抗比下的鲁棒性,以及在不同电压跌落程度下所提控制策略的有效性。

基于DSP的三相电压型PWM整流逆变系统设计与应用

现代多领域需大量变流装置,以转换电能频率、幅值和相位,提升经济效益。但这些装置依赖整流模块获取直流电压,传统二极管和晶闸管整流方式易产生谐波和无功功率,增加损耗,降低效率,影响供电质量。传统PWM(Pulse Width Modulation)整流逆变系统模拟控制方式已无法满足复杂高精度需求,提出基于DSP(Digital Signal Processing/Processor)的三相电压型PWM整流逆变系统设计与应用。硬件上采用AMC1304M05QDWRQ1数据采样芯片和TMS320FDSP28335控制芯片;软件上设计双闭环串级控制策略,通过SCPWM算法调制电压空间矢量,驱动功率开关器件实现整流逆变控制。实际应用结果表明,负载突变时系统响应迅速,直流侧电压0.02 s内恢复稳定,验证设计的正确性。

三相电压源逆变器功率管开路故障诊断方法

本文全面探讨了三相电压源逆变器(VSI)的基本工作原理、开路故障的特征及其影响,以及这种故障的诊断方法。首先,介绍了三相逆变器的概念和工作原理,接着分析了逆变器在正常工作状态下的性能,如输出波形的质量、效率和散热情况。通过具体案例研究,展示了如何应用这些理论和技术来诊断和解决实际中的开路故障。案例分析突出了综合运用多种诊断工具和策略的重要性,以及进行定期维护和监测的必要性。本文的研究不仅为三相逆变器的故障诊断提供了实用指南,也为电力电子领域的工程师和研究人员提供了宝贵的理论和实践知识。

新能源并网逆变器自同步电压源控制方法

针对并网模式下的主动支撑和电流控制等问题,提出一种新能源并网逆变器的自同步电压源控制方法。首先,基于系统有功和无功功率,采用具有自同步特性的频率和电压主动支撑控制方法。其次,采用基于PIR调节器的平衡电流控制,一方面调节新能源并网逆变器自同步电压源的内电势与电网电压之间的阻抗特性,另一方面提升电网不平衡和扰动条件下的电流控制能力。此外,提出了直流侧电压防崩溃控制策略,能够有效应用于光伏自同步电压源系统中,提高了光伏电池输出电压的稳定性。仿真与实验结果表明,所提方法兼顾了电网自同步特性和电流的控制能力,优化了三相不平衡和扰动下的电流质量,提高了新能源并网逆变器的整体性能。

LC滤波型电压源逆变器无模型预测电压控制策略

为解决传统模型预测控制在参数失配时预测误差增大的问题,该文提出一种适用于LC滤波型电压源逆变器的无模型预测电压控制策略。该策略建立了基于电压和电流双梯度的查询表,通过计算和存储上一时刻应用矢量作用下的电压和电流梯度,并结合当前时刻的采样值,实现未来时刻电压和电流的无模型预测;进一步重构状态空间预测方程,根据应用矢量作用下的电压和电流梯度实时更新未应用矢量的梯度值,保证了梯度的准确性;使用电压和电流双目标的价值函数进行跟踪评估,进而选取下一控制周期最优的矢量。该方法不依赖于任何系统参数、计算简单,且消除了传统无模型预测中梯度更新停滞现象,改善了输出电压性能。最后通过实验验证了所提方法的有效性和优越性。

基于滑模观测器的电压源逆变器无模型预测控制

对参数敏感是模型预测控制主要缺点之一。无模型预测控制使用超局部模型代替常规逆变器模型,避免了系统参数对模型的影响,具有较高参数鲁棒性,但是需要使用大量历史电压电流采样数据,导致动态特性较慢。本文提出一种基于超局部模型和滑模观测器的无模型预测控制方法,提升系统参数鲁棒性的同时,保持了良好的动态性能。首先分析参数变化对常规模型预测控制的影响,在无模型预测控制基础上提出一种基于滑模观测器的集总扰动观测方法,并详细研究了滑模观测器的稳定性分析方法和离散化方法。实验结果对比表明,本文所提方法可将稳态电流THD由10.44%降到8.75%,且动态响应时间可由1.094 ms减小至0.754 ms。

基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略

虽然并网逆变器采用电容电压全前馈控制策略,能够有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响。但是在弱电网工况环境下,由于锁相环、数字控制延时等因素与电网阻抗相互耦合,导致逆变器稳定较差、在阻抗交截频域中呈现弱无源性,易引发系统谐波振荡甚至失稳问题。鉴于此,该文借助无源性理论和阻抗分析方法,深度揭示了影响系统各频带阻抗特性的主导因素,进而提出了一种基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略。理论分析表明:所提控制策略不仅能有效地拓宽系统输出阻抗稳定范围,还可以保证改进后的系统输出阻抗具有较高的幅值增益。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。