一种定频化的T型三电平并网逆变器模型预测控制研究

模型预测控制能够根据实际控制目标不同来设计不同的价值函数,基于系统数学模型遍历所有的开关状态进行寻优,最终得到最佳的开关状态并输出。该文将这种控制方法应用于T型三电平并网逆变器之中,同时针对模型预测控制开关频率不固定的缺陷,提出了一种定频化的方法。针对价值函数进行求偏导,得到电压矢量与传统调制策略并进行结合。试验波形验证了该文方案的有效性与正确性。

T型三电平并网逆变器模型预测控制技术研究

针对T型三电平逆变器的特点,本文提出了基于T型三电平新型电流预测控制方法。该算法是基于模型预测控制,对三相T型三电平逆变器的27个矢量进行在线计算,使价值函数最小的电压矢量应用到下一个采样周期。能够快速实现α和β轴给定电流的快速跟踪、中点电位平衡以及最少的开关损耗,通过预测控制能够提高系统的动态响应速度。实验验证了所提方法的正确性。

一种基于虚拟矢量的T型三电平并网逆变器改进型模型预测控制策略

T型三电平并网逆变器直流侧电容中性点电压(NP-V)的漂移直接影响并网性能;逆变器并网系统参数的时变及未建模直接影响传统模型预测控制(MPC)精度。为此,本文通过构造不影响NP-V的虚拟中矢量、虚拟补充矢量参与MPC控制矢量集,以克服传统MPC在调制比较高时NP-V不平衡的缺点;建立电流跟踪单目标代价函数,无需整定权重因子;根据直流母线电容状态优选小矢量,进一步控制NP-V平衡;提出一种扩张状态观测器(ESO)观测逆变器并网系统未建模部分,并把观测结果补偿到并网参考电压上。实验结果表明,优化MPC策略消除了NP-V低频振荡,其逆变器输出电流总谐波畸变率(THD)低于传统MPC策略。

带谐波补偿的T型三电平并网逆变器控制研究

为了提高光伏逆变器并网电流质量,鉴于有源滤波器的控制算法,提出了一种新型的带谐波补偿的T型三电平并网逆变器控制策略。首先,采用锁相环分析电网电压矢量相位角,并根据光伏阵列输出的功率计算光伏并网逆变器的基波输出电流。然后,通过自校正滤波器技术提取网侧负载谐波电流。最后,根据基波输出电流与负载谐波电流确定T型三电平光伏并网逆变器的开关导通序列。为验证该控制策略,搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型。仿真试验结果表明:该控制策略可有效改善网侧谐波电流,提高并网电流质量,在不增加设备的前提下实现光伏并网与有源滤波双重功能。该研究对于T型三电平逆变器在光伏并网及电能质量治理领域的推广应用具有重要价值。

T型三电平并网逆变器的设计与实现

本文以DSP芯片TMS320F28035为控制核心设计了一台T型三电平并网逆变器,对逆变器基于PI电压外环和PR电流内环的双闭环控制进行说明,并详细介绍了主电路系统和控制系统的元器件选型与设计方案。并网实验结果表明,该逆变器输出电流稳定且相位对称,谐波失真度低,满足逆变器并网所需达到的电能质量要求,证明了逆变器设计参数的合理性与控制方案的可行性。

基于虚拟同步发电机控制的T型三电平并网逆变器研究

微电网作为可再生能源接入电网的有效途径越来越受到人们的关注。微电网中的分布式电源大多需要通过逆变器实现并网,然而传统的控制算法只考虑响应速度和响应精度,并没有考虑类似同步发电机的惯性特征,因而会对电网带来较大冲击。为增加基于逆变器接口的新能源对保持电力系统稳定所需的惯性,本文借鉴同步发电机的转子运动方程、调频特性及无功调节特性,提出基于虚拟同步发电机的T型三电平并网逆变器控制策略;最后利用Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提控制策略的有效性。

T型三电平并网逆变器的控制方法研究

文中使用改进型SPWM控制策略设计了一种针对三相T型三电平并网逆变器的控制方法,针对输出有功功率和无功功率耦合的问题,在所设计的控制环路中引入电流前馈环节,实现了输出电流有功分量和无功分量解耦。T型三电平拓扑演变于传统中性点钳位拓扑,具有开关器件少、效率高、电磁干扰较低等优点,设计了功率闭环控制器,增强电网扰动下功率输出的准确性。最后通过仿真模型验证可行性。

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。

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。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

T型三电平逆变器开路故障诊断方法研究

本文以三相T型三电平逆变器为研究载体,以开关器件开路故障作为研究对象,采用“数据采集-特征提取-特征识别-软硬件部署”的工作范式,提出基于数据驱动的开关器件故障诊断方法。通过搭建完整诊断仿真平台,在基波周期时间尺度给出诊断结果,取得了95%以上的故障诊断准确率。

并联三电平光伏并网逆变器中点电压控制策略

针对光伏并网三电平逆变器并联系统的中点电位控制问题,传统的双调制波法无法保证开关周期内平均中点电流始终为零,从而无法有效消除中点电压的低频波动。为此,提出了一种基于改进双调制波法的中点电压控制策略。该策略通过对传统双调制法重构的调制波进行修正,在不影响并联系统输出电压的前提下保证平均中点电流始终为零,不仅可以实现中点电压的平衡控制而且具有良好的动态性能。实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。

NPC型三电平并网逆变器自适应模型预测控制

针对中点箝位NPC(neutral point clamped)型三电平并网逆变器模型预测控制中模型参数扰动导致的控制精度低的问题,研究了一种改进的自适应模型预测控制策略。通过在遍历寻优过程中迭代控制参数以估计误差最小值,识别模型参数扰动量来更新系统模型参数,同时对控制集的作用区域进行优化,并结合两步预测法来减小遍历寻优过程的计算量。通过仿真对所提方法进行了验证,结果表明该方法提高了系统的控制精度和响应速度。

T型三电平逆变器的并网电流D-Σ数字控制算法

为了提高T型三电平逆变器的并网电流质量,加快并网逆变器系统的动态响应速度,提高稳态控制精度,研究一种基于D-Σ数字控制的并网电流控制方法。根据T型三电平逆变器的单相等效电路,建立T型三电平逆变器的暂态数学模型,深入分析D-Σ数字控制原理,提出电网中性点与直流侧中点之间共模电压的预估方法,对比分析D-Σ数字控制与传统无差拍控制的动静态性能。通过仿真和实验研究证明了D-Σ数字控制的有效性和共模电压预估的正确性,充分展示了该算法优良的动静态性能。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。

基于SHEPWM的三电平三相逆变器中点电位主动平衡控制策略

在大功率系统中,常采用特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)以降低系统的开关损耗。针对三电平中点钳位(NPC)型三相逆变器在SHEPWM下的中点电位偏移问题,分析SHEPWM下逆变器输出相电压基波与3次谐波在不同电压相位范围内对中点电位的影响,设计两种在基波周期内对中点电位总充放电效果相反的开关角组合方案,并提出一种通过测量中点电位偏移值及中点电位滞环控制,选择不同的开关角组合方案进行调制的中点电位主动平衡控制策略。实验结果验证了所提出方法的实用性及有效性。

多机T型三电平光伏并网逆变器的环流抑制

针对多机T型三电平光伏并网逆变器的零序环流问题,在分析零序环流环路的基础上,建立零序环流的等效模型,并根据激励源的不同将零序环流分成3类:通态零序环流、开关零序环流和混合零序环流。提出一种共享中线的并联方案抑制通态零序环流,一种基于改进型LCL滤波器的并联方案抑制开关零序环流的高频分量。采用一种基于零序环流调节因子的控制方案抑制开关零序环流的低频分量,并确定调节因子的限幅范围,最后论证上述方案对混合零序环流抑制的有效性。搭建10?kW的多机三电平光伏并网逆变器样机,实验结果证明了零序环流模型分析和抑制方法的正确性。

中点钳位型三电平逆变器基于调制波分解的调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器(NPC TLI),一般通过单调制波与双载波相比较的方式产生脉冲序列,即基于载波的脉宽调制(CBPWM)。然而,该方法在高调制度低功率因数条件下中点电位(NPV)会出现三倍频波动。针对此问题,该文介绍一种简便的调制波分解方法,并以无条件实现NPV平衡的虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)为例说明该方法的可行性。在此基础上,提出一种可同时实现NPV平衡和开关损耗降低的调制策略。该调制策略具有四种模式,因此,将其命名为FM_VSVPWM。此外,对比了FM_VSVPWM与CBPWM、VSVPWM的调制性能。最后,通过实验验证了FM_VSVPWM的有效性和优越性。

不平衡电网电压下T型三电平光伏并网逆变器的有限集模型预测控制

为实现电网电压不平衡时对T型三电平光伏并网系统输出功率和电流质量的控制,以达到入网功率平稳或电流正弦为控制目标,结合光伏阵列输出功率前馈,在两相静止坐标系下提出一种直流母线电压外环PI控制、并网电流内环有限集模型预测控制的控制策略,并在电压外环中引入2倍频陷波器以获得平滑的入网功率参考值。仿真结果表明:当电网电压不对称时,采用所提控制策略能够实现对入网有功、无功功率2倍频脉动及负序电流的分别抑制或协调控制,且并网电流谐波畸变小、入网电能质量高,同时实现T型三电平逆变器的中点电位平衡。