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。

Vienna整流器低开关频率双矢量模型预测控制策略研究

为了解决Vienna整流器传统有限集模型预测控制计算量大、控制精度依赖于采样频率的问题,同时降低Vienna整流器的开关频率,提出一种应用于Vienna整流器的低开关频率双矢量有限集模型预测控制策略。首先,建立基于电压预测的代价函数,并在进行预测计算之前确定参考电压矢量所在的扇区以减少参与预测计算的矢量个数。其次,在控制周期中引入第二矢量与最优矢量共同作用,以提高控制系统的跟踪精度,减小传统有限集模型预测控制对采样频率的依赖。再者,为了减小系统的开关损耗,对输出的双矢量组合进行限定并对矢量的作用顺序进行调整。此外,利用冗余矢量对中点电压的相反影响解决直流侧中点电压的波动问题。最后,通过仿真和实验证明所提控制策略的有效性和可行性。

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.

基于级联扩张状态观测器的VIENNA整流器无权重无模型预测控制

针对VIENNA整流器在复杂工况下存在精确模型构建复杂及权重系数整定困难的问题,提出一种基于级联扩张状态观测器的无权重无模型预测控制策略。首先,构造超局部模型来替代整流器精确模型,降低模型参数依赖性;其次,设计级联扩张状态观测器来观测超局部模型的集总扰动,提高估计精度和噪声抑制能力;最后,建立串行代价函数以消除权重因子,实现无权重无模型预测控制。实验结果验证了所提控制策略具有良好的动态响应及较强的鲁棒性。

一种基于离散空间矢量调制的Vienna整流器模型预测控制方法

应用于三相整流器的有限控制集-模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)方法以指标函数最小为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,开关频率不固定,输入电流品质依赖较高的采样频率。该文提出一种基于离散空间矢量调制(discretespacevector modulation,DSVM)的Vienna整流器模型预测控制方法。该方法采用由实矢量线性组合而成的虚拟矢量,在一个采样周期内可输出多个实矢量,能固定开关频率;通过引入虚拟矢量,增加预测控制中的可控矢量集,能有效减少参考电压和预测电压之间的误差,从而降低输入电流总谐波畸变率(total harmonics distortion,THD)。该文分析虚拟矢量及其调制方式,给出DSVM-MPC的实现方法。为验证所提DSVMMPC方法的正确性,与常规FCS-MPC方法进行仿真和实验对比分析,结果表明所提方法可提高输入电流品质。

基于无源性与滑模变结构控制相结合的VIENNA整流器控制策略

针对VIENNA整流器的非线性特点,提出一种无源性控制与滑模变结构控制相结合的混合控制策略。在建立同步旋转坐标系下VIENNA整流器非线性数学模型的基础上,推导了VIENNA整流器的Euler-Lagrange数学模型,分析了VIENNA整流器的无源性。利用无源性理论及滑模变结构控制理论设计了VIENNA整流器的控制器,即电压外环采用滑模变结构控制、电流内环采用无源性控制的双闭环控制算法。在MATLAB7.1/Simulink环境中建立了仿真模型,并搭建了800 W的实验样机。仿真与实验结果表明,所提出的混合控制策略达到了控制的目的。利用无源性控制与滑模变结构控制相结合的整流器具有鲁棒性强、动态特性好、抗干扰能力强等优点。

Vienna整流器模型预测直接功率控制研究

针对Vienna整流器非线性系统,提出了内环采用模型预测直接功率控制(MPDPC),外环采用滑模变结构控制(SMVSC)的双闭环控制策略。首先建立其数学模型,求出整流器输入功率和中点电位偏差的预测值,然后通过外环求得系统有功功率和无功功率的给定值;最后输出使系统评价函数最小的开关组合,达到对系统有功功率、无功功率和中点电位的快速准确控制,实现Vienna整流器的单位功率因数控制、直流电压稳定输出以及中点电位平衡。仿真和实验结果表明了所提方案的有效性和可行性。

有限集模型预测控制在VIENNA整流器中的应用

VIENNA整流器的传统控制多采用SVPWM调制方式,具有计算复杂、鲁棒性差等不足.有限集模型预测控制无需调制单元,易于添加约束项,抗干扰能力强.文中利用有限集模型预测控制特点,首先建立了三相三电平VIENNA整流器的数学模型,得到有限集模型预测控制的预测模型、目标函数和滚动优化策略,并在目标函数中直接加入输出侧中点电压平衡的约束项,实现中点电位平衡控制.然后搭建了1. 8 k W实验平台来验证这一控制策略在VIENNA整流器中应用的可行性,结果表明其可以实现单位功率因数、输出电压稳定和中点电位的平衡,并且系统具有较强的鲁棒性.

Vienna整流器模型预测电流控制优化方案研究

针对Vienna整流器固有的中点电位波动问题,提出了一种基于冗余短矢量预判的模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)方法。该方法可有效消除权重系数,进而解决MPCC权重系数调节困难的问题。首先,分析了Vienna整流器的运行机理,并构建了其在稳态条件下基于同步旋转坐标系的数学模型。其次,详细分析了Vienna整流器直流侧电容中点电位波动的原因,并提出了抑制中点电位波动的方案。进一步,为了减小控制器计算负担,研究了MPCC的优化方案。最后,仿真及实验结果证明了所提控制方法的有效性与可行性。

基于动态事件触发的Vienna整流器模型预测控制

为了解决直流充电系统中应用于Vienna整流器的有限控制集-模型预测控制(FCS-MPC)方法占用过多计算资源、影响系统性能的问题,该文提出一种结合动态事件触发规则的模型预测控制(DET-MPC)策略。该方法实时检测系统数据并计算状态误差,只有当系统状态满足事件触发条件时,才更新系统采样数据并进行下一步的模型预测控制计算,否则将保持原有开关状态以减少计算负担;通过在事件触发条件中引入动态变量,使得系统状态发生变化时,能快速调节事件触发条件,以保证系统稳态性能。为了验证所提DET-MPC方法,进行了实验对比分析,结果表明,所提方法能在保证系统性能的前提下能有效减少计算负担,降低开关损耗,提高系统效率,并且在各系统状态变化后有较好的稳态性能。

基于小信号模型的级联式单相VIENNA开关变换器的控制与仿真设计

针对传统矿用高压变频器整流级前端需要接入昂贵而笨重的工频变压器的问题,同时考虑矿用主通风机并不需要反馈电能,提出一种由3个级联式单相VIENNA开关变换器星接组成的三相整流电路作为矿用高压变频器的整流级。这种级联式开关变换器具有能量单向流动、开关器件少的特点,可有效降低开关管及二极管的耐压,适合于高压大功率场合,取消了工频变压器,降低了变频器的成本。小信号建模对于研究电路的动态过程具有重要的意义,本文依据这种级联式开关变换器的工作状态建立小信号模型,按照参数要求设计补偿网络的传递函数,通过伯德图和仿真证明该小信号模型的正确性。

基于占空比控制的Vienna整流器模型预测控制策略

以Vienna整流器为研究对象,针对传统有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)系统中存在的稳态功率脉动较大的问题,提出一种基于占空比控制的模型预测控制(duty-cycle-control-based model predictive control,DC-MPC)策略。首先,根据功率误差最小化原则构建价值函数,通过在线评估备选矢量对价值函数的影响选择最优矢量。然后,将控制周期划分为两个区间,引入第二矢量来提高系统的稳态性能,减小功率脉动。此外,利用冗余开关状态解决了Vienna整流器中点电位波动问题。与传统模型预测控制相比,消除了权重系数整定过程,控制结构更为简单。最后,通过Vienna整流模型的仿真分析与实验测试验证所提策略的有效性。

基于优选矢量合成的Vienna整流器滑模预测控制

面向并网变换器的传统模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,DPMPC)常利用增加电压矢量数量或矢量区间的精确划分以实现定频控制。针对其导致处理器运算量增加、处理时间长的问题,提出一种基于优选开关矢量合成的Vienna整流器模型预测直接功率控制(direct power mode predictive control with constant frequency,DPMPC-CF)与滑模(sliding-mode control,SMC)外环控制的的双闭环复合控制方法。通过对Vienna整流器建模得到输入功率的预测值,利用SMC外环计算有功功率的给定值。在每个扇区内,通过优选代价函数最小所对应的3个电压矢量,采用代价函数计算相应电压矢量的占空比,进而实现类空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)。最后,从静态、暂态、调制信号等多个维度与传统的DPMPC进行对比验证,结果表明,所提出的DPMPC-CF具有良好的稳态和动态性能。

基于空间矢量调制的Vienna整流器无模型预测电流控制

三相三电平Vienna整流器具有开关应力低、功率因数高等优点。为了消除传统无差拍预测电流控制(DPCC)对系统参数的依赖性,该文提出一种无模型预测电流控制(MFPCC)方法,其特点是利用超局部模型代替原有的Vienna整流器精确模型,并利用过去两个时刻的电压和电流信息实现超局部模型的增益和动态部分的在线更新。进一步结合DPCC预测得到下一时刻参考电压矢量,通过空间矢量调制(SVM)得到开关驱动信号。该方法鲁棒性强、计算量小、稳态和动态性能良好。在参数精确和失配的情况下,对传统DPCC和该文所提方法进行稳态和动态性能对比,仿真和实验结果验证了所提方法的优越性。

单周控制单相VIENNA整流器小信号建模与环路设计

分析了一种新型通用的单周期控制技术(OCC)在一种用于功率因数校正领域的新型单相三相三开关三电平(VIENNA)整流器中的应用。对基于单周期控制的单相VIENNA整流器进行小信号建模分析,参考峰值电流控制模式,将单周期控制电流环与主电路功率级合并为新功率级,并对此新功率级使用电压补偿环进行校正,设计合理补偿环校正参数,最后用Matlab仿真验证了其正确性。

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。

基于降阶模型的三相Vienna整流器交流级联稳定性分析

以三相Vienna整流器交流级联稳定性为研究对象,给出了dq坐标系下三相交流系统小信号简化稳定性判据,构建了面向级联系统小信号稳定性分析的Vienna整流器阻抗方程;提出并采用一种虚拟阻抗方法,有效改善了Vienna交流级联系统小信号稳定性;构建了完整的仿真与实验模型,给出了详细的理论分析与虚拟阻抗设计方案,结果表明了所提阻抗与小信号稳定性分析的正确性。

引入电感参数辨识的Vienna整流器双矢量预测恒频控制

有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)由于便于植入、可实现多目标跟踪等优点,在并网变换器控制系统中获得了广泛关注。然而,电感参数失配将直接影响FCS-MPC的预测精度。此外,传统FCS-MPC开关频率不固定导致并网电流纹波大、权重因子取值困难、迭代寻优过程繁琐。基于此,该文针对Vienna整流器预测控制存在的控制误差大、权重系数整定难、运算量大的问题,在建立滤波电感对并网性能的解析基础上,提出一种引入电感参数在线辨识的直接功率快速模型预测恒频控制策略(fast model predictive with constant frequency based on parameters online identification,F-MPCCF)。通过优选对中点电位平衡有利的冗余矢量,构建了基于直接功率的单目标代价函数,有效避免了权重因子选取问题,结合零矢量调节的方式进而实现类SVPWM调制,实现了开关状态的平滑切换。最后,从静态、暂态、中点电位平衡控制等多个维度进行了仿真与测试分析验证,结果表明所提出的F-MPCCF具有良好的稳态和动态性能。

一种高效VIENNA整流器断续调制方法

为降低三相三开关三电平VIENNA整流器的开关损耗,在分析整流器模型并讨论其调制技术和控制的基础上,提出了VIENNA整流器断续调制技术。该方法通过减少整流器最大电流相的开关次数,从而提高系统效率。为了进一步平衡中点电位、有效抑制中点电位的波动,在断续调制的基础上继而给出了一种针对角度的控制策略,并给出对应的调制方法以及控制器,最后通过仿真和实验对结论进行了验证。