计及中性点电位均衡的VIENNA型整流器简化空间矢量调制方法

当能量无需双向传递时,常规的二电平、三电平型变换器存在一定缺陷,为克服该缺陷,针对三电平三开关型VIENNA型整流器进行了工作机理以及拓扑结构分析。由于VIENNA型整流器在直流侧会产生中性点电位脉动,所以在SVPWM算法的占空比分布中引入直流母线电容的电压变化量参数,这能够改变矢量作用时间,从而实现中性点电位均衡。研究了三电平转二电平的一种SVPWM简化调制方法,并验证了所提方法的实用性和有效性。

一种双负载VIENNA型整流器控制

根据双负载VIENNA型整流器拓扑结构,建立了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)数学模型。提出了利用无源控制器控制交流电流,PI控制器控制直流电压的无源混合控制策略。基于PCHD数学模型,采用互联和阻尼配置方法设计了无源电流控制器,实现了交流电流快速跟踪期望值,并保证整流器的稳定性。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于PCHD模型的无源混合控制策略能够使直流侧电压快速跟踪期望值,网侧电流正弦化及单位功率因数,并对负载变化具有良好的鲁棒性。

基于滑模控制的VIENNA型整流器研究

在分析VIENNA整流器数学模型的基础上,针对常规PI控制整流器对系统参数变化较为敏感的问题,提出了一种基于dq两相同步旋转坐标系的双闭环滑模变结构控制算法,并引入中点电位因子对中点电压进行平衡控制。仿真结果表明,应用滑模变结构控制的VIENNA整流器,不仅设计和实现简单,而且具有较好的鲁棒性和动态性能。

基于滑模变结构的VIENNA型整流器研究

针VIENNA整流器的非线性特征,以及需要良好的动态性能和鲁棒性能,提出一种基于滑模变结构的 VIENNA整流器的控制器;电压外环采用滑模变结构控制、电流内环采用误差迭代PI算法,改善三相VIENNA整流器的动态响应性能,达到无静差调节地目的。根据主电路拓扑建立VIENNA整流器的数学模型,设计了基于误差迭代PI算法和滑模变结构理论的VIENNA整流器控制器,仿真与实验结果表明该控制策略能达到控制目的,具有动态响应速度快和鲁棒性能强等特点,实验得出,超调电压超出参考值50 V时,到达稳定值的时间大约需要0.015 s。

三相电压型VIENNA整流器建模及稳定性分析

基于电动汽车直流充电桩的VIENNA型前级整流电路,提出采用小信号方法对VIENNA整流器进行建模。该方法首先通过采用局部线性化技术和状态空间平均法推导dq0坐标系下VIENNA整流器的数学模型,得出相关传递函数矩阵,即VIENNA整流器小信号线性化模型,进而用于控制器的设计;然后,采用频域法分别对电压环、电流环进行设计,利用频域法及根轨迹曲线详细分析各项参数对系统的影响,并利用曲线拟合的方式给出了系统稳定域随各项参数变化的曲线;最后,在实验中验证所提方法的正确性。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

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。

飞跨电容型多电平整流器载波重构调制策略

针对飞跨电容型多电平整流器存在众多冗余开关状态的特性及飞跨电容的电压平衡控制需求,提出一种通用的载波重构调制策略。该策略通过构造多段锯齿形载波来增加调制自由度,在保持与载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波性能的同时,还具备载波移相调制策略的飞跨电容电压自平衡特性。仿真与实验结果验证了所提调制策略的有效性。

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。

双闭环控制的三相电压型PWM整流器的研究

针对传统的不控整流电路中网侧电流谐波很大、晶闸管相控整流电路中深控时网侧功率因数低和闭环控制时动态响应慢等问题,设计出一种引入脉冲宽度调制技术的三相电压型整流器。在完成三相电压型整流器的电压外环电流内环的双闭环控制系统设计的基础上,对其进行了仿真实验。仿真结果表明,与不控或相控整流电路相比,该三相电压型PWM整流电路中,不仅输入电流的谐波大大减小,电能可双向流动,能够实现整流和逆变状态下的单位功率因数运行,还可较好地抑制负载突变时直流侧电压的波动,从而显著提高系统的抗扰能力,真正实现绿色环保和高效节能的高度结合。

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

三相VIENNA整流器的控制策略研究

为了降低三相VIENNA整流器交流侧的电流畸变率,并抑制直流侧电容中点的电位波动,提出将无源控制和零序分量注入相结合的控制策略,并应用于三相VIENNA整流器。首先,根据VIENNA整流器在三相静止坐标系下的数学模型,通过坐标变换获得在同步旋转坐标系下的电压和电流关于功率开关的状态方程。然后,根据无源控制理论,建立基于三相VIENNA整流器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并推导出无源控制器的电压调制方程。同时,设计将零序分量注入调制波的中点电位平衡控制模块。最后,通过构建仿真模型对控制策略进行验证。仿真结果显示,与传统的控制策略相比,该控制策略能较好地平衡电容电压中点电位,降低输入电流的畸变率,并在单位功率因数下实现系统的稳定运行。

三相电压型PWM整流器的虚拟转矩冲量平衡控制策略

模型预测控制具有结构简单、鲁棒性强和动静态性能良好等优点,因此其在三相电压型PWM整流器系统中得到了广泛应用。然而,模型预测控制的电压外环采用PI线性调节器进行调节,影响了直流侧电压的动态性能。为此提出了虚拟转矩冲量平衡控制策略,从而使直流侧电压仅经过1次调节即可实现快速收敛。为了实现此策略,首先,根据数学模型推导得到了虚拟转矩的表达式;其次,根据负载突变前、后直流侧输出电压保持不变,同时结合功率守恒原则,分析建立了负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制方程,求得零矢量与前进矢量的作用时间;最后,通过仿真和实验实现了三相电压型PWM整流器系统负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制,验证了所提算法的正确性与有效性。

基于双矢量模型预测功率控制的Vienna整流器设计

传统有限集模型预测功率控制对Vienna整流器在控制周期中只输出单个作用矢量,功率波动大,输入电流谐波畸变率高,为此提出一种应用于Vienna整流器的双矢量有限集模型预测功率控制策略。该策略在控制周期中引入第二矢量与最优矢量共同作用,通过分配最优矢量和第二矢量的作用时间提高对功率的跟踪精度。建立仿真模型并设计Vienna整流器实验平台,仿真和实验结果表明,与传统的有限集模型预测控制相比,所提控制策略能够有效地减小参考功率和预测功率之间的误差,降低Vienna整流器的功率波动和输入电流的总谐波畸变率。

一种快速响应的新型Vienna整流器控制方法

首先介绍Vienna整流器在三相静止坐标系和d,q坐标系下的数学模型,分析了Vienna整流器在d,q坐标系下的能量交换关系。针对传统电压外环存在的问题,提出了一种将电容储能作为反馈变量,并将负载功率进行前馈的外环控制方式。为了降低系统成本,提出了一种无电流传感器的负载功率估计算法,并介绍一种改进的遗忘迭代滤波对估算的负载功率进行滤波。此外,针对电容充电功率的物理特性对外环的参数设计进行了说明。最后,搭建了Vienna整流器的实验平台,实验结果验证了所提方法的优越性和可行性。

考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略研究

空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)在Vienna整流器控制中应用广泛。然而,SVPWM的计算量较大,难以应用在开关频率较高的Vienna整流器控制中,且Vienna整流器功率只能单向传递的特点使得输出电流易出现过零畸变。针对上述问题,本文首先给出了正常状态下Vienna整流器正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)过程中期望输出电压与PWM比较值之间的关系表达式,并进一步分析了电流过零畸变的机理。基于误差最小化思想,本文提出了一种考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略。仿真实验表明:采用考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略,可显著减小电流过零畸变,提高电流质量,与未采用本调制策略相比,并网电流的THD由2.48%减小至1.1%。

Vienna整流器改进无差拍混合控制策略研究

三相Vienna整流器发生负载突变时,将导致直流侧输出电压波动。针对此问题,提出一种基于线性自抗扰控制的改进无差拍混合控制策略。首先,在建立三相Vienna整流器数学模型的基础上,电流内环引入改进无差拍控制算法,将预测电流推迟至k+2时刻,以此来消除网侧电流谐波,实现对网侧电流的精准跟踪控制,使系统网侧电流总谐波畸变率由4.33%降至2.06%。其次,电压外环引入线性自抗扰控制,将模型参数变化作为系统内部扰动,通过LESO实时估计扰动并补偿,解决了负载突变工况下直流侧输出电压波动过大的问题。最后,搭建Vienna整流器仿真模型以及10 kW试验样机对所提混合控制策略进行验证。仿真与试验结果表明,所提混合控制策略在系统带载启动、负载变化等场景具有较好的稳态、动态性能。

基于模型预测控制的大型水力发电厂降压型整流器直流输出纹波抑制策略

针对大型水力发电厂直流系统中降压型整流器直流输出纹波大,在两相静止坐标系下建立降压型整流器数学模型和状态空间方程,根据状态空间方程设计代价函数,约束网侧电流令其紧密跟踪参考电流。考虑MPC计算时间对系统预测精度的影响,采用了两步预测进行延迟补偿,为抑制降压型整流器交流侧LC谐振,采用阻感串联无源阻尼方案抑制谐振。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的有效性。

不平衡电网下Vienna整流器控制策略研究

Vienna整流器结构简单,功率密度高,被广泛应用于航空电源、电动汽车充电系统等工业应用中。不平衡电网下Vienna整流器通过准比例谐振(quasi-proportional resonance,QPR)控制器可以在静止坐标系下跟踪参考电流实现零稳态误差控制。基于QPR控制器的电流控制回路结构相对简单,但是其参数设计较为复杂。为解决这一问题,提出一种简易的QPR控制器参数设计方法,并验证系统稳定性。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。