弱电网下考虑数字控制延时的LCL并网逆变器改进WAC控制策略

传统加权平均电流(WAC)控制方法因控制延时产生反向谐振峰而失去环路降阶特性,导致系统在弱电网下具有极大的失稳风险。文中首先分析了控制延时与弱电网共同影响下,传统WAC失去降阶特性导致系统失稳的问题,不再从环路降阶的角度而是在等效阻抗模型的基础上对系统输出阻抗进行失稳分析;然后在电压比例前馈的基础上,从增强谐波抗扰能力及稳定性入手,提出基于多二阶滤波器的电压前馈控制策略,对系统输出阻抗进行重塑,进而提升等效输出阻抗在中低频段的相位裕度,增强系统对电网阻抗宽范围变化的适应性。仿真及实验结果表明,该策略对弱电网阻抗宽范围变化具有较强的适应性,能够输出优良品质的入网电流。

符合DCI规范的JPEG2000自适应码率控制方法

为了对码率进行有效控制,在分析符合DCI规范的数字电影制作系统对码率和图像质量需求的基础上,证明在相同平均码率下,当压缩图像质量恒定时,图像序列的平均失真最小。并在JPEG2000码率控制方法的基础上,提出并实现一种简单有效的基于图像质量和码率约束的自适应码率控制方法。该方法在没有增加计算量的情况下,首先满足码率阈值要求,其次满足图像失真阈值要求。实验结果表明,该自适应码率控制方法,对于不同类型的图像序列均可很好的满足码率和图像质量的要求,适用于符合DCI规范的数字电影制作系统。

计及数字控制延时影响的含PMSG电力系统的宽频振荡z域阻抗判据研究

随着大量数字控制被应用于永磁直驱风电机组,受数字控制延时影响,含永磁直驱风电机组电力系统的宽频振荡问题日益突出。为了深入分析宽频振荡失稳机理以及快速准确地评估系统稳定性,提出了一种新的阻抗建模方法和稳定性判据。首先,基于精确离散化方法将含有延时环节的永磁直驱风电机组以及受端交流电网中的系统元件分别建模成锁相环坐标系下的z域阻抗模型。根据电路原理,将所有系统元件聚合成z域聚合阻抗模型,以此作为后续理论发展的模型基础。然后,基于盖尔圆定理,提出广义禁区判据来分析系统稳定性。最后,在Matlab/Simulink中搭建含永磁直驱风电机组的改进IEEE 3机9节点模型验证所提方法的有效性。

一种用于高性能FPGA的多电平标准I/O电路

为了满足等效系统门数为亿门级现场可编程门阵列(FPGA)的高速率、大吞吐量的数据传输需求,设计了一种用于高性能FPGA的多电平标准I/O电路,输入信号范围为0~2.5 V,单个差分对I/O电路的最高数据传输速率为1.25 Gbit/s。在输入缓冲器中,通过互补自偏置的折叠式放大器和施密特触发器的设计,实现了对单端输入信号、半差分输入信号和全差分输入信号等多种电平标准的兼容。在输出缓冲器中,支持多种驱动电流的输出,并且可设置输出的翻转率,降低了同步开关输出可能引起的噪声。低电压差分信号驱动器采用了预加重电流技术,提高了信号的质量。该I/O电路同时集成了数控阻抗电路,可以实时地精确匹配传输线的阻抗特性,提高了信号的完整性。仿真和实测结果表明,该支持多电平标准的I/O电路能够为高性能FPGA提供灵活、可靠的高速数据传输功能。

LLCL滤波并网逆变器的改进型加权平均电流控制策略

加权平均电流(WAC)控制因其对并网逆变器固有的降阶特性而备受关注。然而,数字控制延时引起的系统反向谐振峰易导致传统WAC控制失效,并网逆变器对弱电网下电网阻抗的适应范围减小。鉴于此,本文不从WAC控制的降阶角度出发,而是通过逆变器与电网互联系统等效阻抗模型的网侧电流稳定性角度重新审视,提出一种采用LLCL滤波并网逆变器的前馈复矢量滤波器改进型WAC控制策略,用以提升并网逆变器等效输出阻抗在低频域的相位,可使其在奈奎斯特全频域内的相位均高于-90°,进而增强系统的稳定性。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。

提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的虚拟阻抗方法

随着分布式电源并网功率等级的增加及接入位置的广泛分布,电网越来越表现出弱电网的特性,即含有较大的电网阻抗和丰富的电网电压背景谐波。其中,电网阻抗会改变控制环路的增益,影响其控制性能,甚至可能导致系统不稳定,而电网电压背景谐波会引起并网电流的畸变,使其无法满足并网电流谐波标准。由于逆变器的输出阻抗模型能够同时反映控制系统对电网阻抗的鲁棒性及对电网电压的抗扰性能,因此,该文通过揭示它们之间的关系,提出采用虚拟阻抗的方法对输出阻抗进行校正,并给出虚拟阻抗的实现过程和参数的设计方法。采用该方法可使得逆变器在电网阻抗宽范围变化时仍然能够稳定工作,同时保证并网电流满足谐波标准。以单相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了控制策略的有效性。

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。

模拟乘法器零漂抑制技术

为克服现有调零技术的不足,分析了模拟乘法器零漂产生的原因,建立了乘法器的等效模型,提出了一种高精度的模拟乘法器零漂补偿电路;采用传输线变压器技术、低阻调零技术、温度补偿技术和数字调零技术提高零漂抑制效果,对零漂补偿电路参数提取方法进行了研究。实验结果表明:采用综合补偿技术后,可以将模拟乘法器的原始零漂降低3个数量级。

无解调电阻抗成像方法研究

探讨了正交序列数字解调算法中参考信号与测量信号频率不一致引起的解调结果不准确影响成像质量的问题,提出无需数字解调直接提取幅值进行电阻抗成像的方法:通过多次采样比较和算术平均滤波法获取幅值进行EIT成像。通过构建以FPGA为核心控制器的EIT系统,验证了直接提取阻抗幅值方法的可行性。实验结果表明:系统测量精度达0.082%,信噪比为60.3 d B,能准显示物体的大小和位置,空间分辨率达到0.29%,验证了方法的可行性,提高了数据采集精度和系统的稳定性,改善了图像成像质量,该方法为EIT技术的完善及系统性能的提升提供了一种有效的解决方案。

航空原位涡流无损检测传感器数控阻抗信号调理电桥研究

针对航空航天装备现场原位涡流无损检测(ECNDT)快速化、智能化、集成化的需求,提出了一种应用于原位涡流无损检测系统的新型数控传感器阻抗信号调理电桥,从设计思路、理论分析、电桥结构、工程实现方法以及性能分析等方面对其进行了详尽的阐述,最后通过具体的航空装备现场原位实验(某型飞机发动机九级蓖齿盘)验证了该数控阻抗信号调理电桥方法的有效性。

弱电网下WAC控制LCL并网逆变器延时补偿策略

针对并网逆变装置中因LCL滤波器和数字控制延时产生的稳态误差、谐振和反向谐振尖峰问题,提出一种加权平均电流与补偿器相结合的控制策略。首先,建立加权平均电流并网逆变器数学模型,分析传统电流控制下电网阻抗和滤波器对系统影响,并采用加权平均电流降低系统阶数以减小稳态误差和抑制谐振。然后,分析由控制延时产生的反向谐振对系统影响和抑制反向谐振原理,通过合理设计所提出的补偿器参数以消除系统中的反向谐振尖峰。最后,通过建立仿真模型及搭建半实物仿真平台对所提控制策略进行验证,对比仿真与实验结果,验证了该策略的有效性。

数字控制下光伏并网逆变器稳定性分析及参数优化设计

针对光伏并网逆变器,首先建立在数字控制下的z域模型,然后通过讨论其z域开环传递函数的频率特性,确定并网逆变器相位在不同谐振角频率区间穿越-180°的情况。同时结合奈奎斯特判据,给出光伏并网逆变器在不同谐振角频率区间的稳定判据,并根据此判据提出光伏并网逆变器优化设计思路与方法。该方法能够抵抗电网等效阻抗的宽范围变化,最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制

LCL型并网变流器常采用同步旋转坐标系下基于变流器侧电感电流的并网控制,但LCL型滤波器和数字延迟的dq轴模型均存在轴间耦合,制约了并网性能,且随着开关频率降低,性能恶化更为明显。针对该问题,文中在建立LCL型并网变流器复矢量模型的基础上,对并网变流器耦合特性和传统解耦方案进行分析。针对现有方案的不足,提出了一种基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制策略,通过零极点图详细分析了虚拟阻抗对系统耦合程度及系统阻尼特性的影响,进而给出了确定3个参数优化值的方法。最后,仿真和实验结果表明,与现有方案相比,所提策略能够实现对系统耦合程度及阻尼特性的独立控制,有效实现解耦并改善系统动态性能。

弱电网下电网电压前馈控制分布式逆变系统的谐振阻尼特性分析

弱电网下电网电压前馈控制的实际电压前馈量包含电容电压信息,会影响分布式逆变系统(distributed inverter based system,DIBS)的谐振阻尼特性。考虑数字控制延迟,建立电网电压前馈电容电流反馈控制DIBS的数学模型。根据Mason规则对数学模型框图进行等效变换,得到控制环形成的等效虚拟阻抗,并进行阻抗特性分析。基于系统开环增益的Bode图,分析不存在数字控制延时和存在数字控制延时两种情况下电网电压前馈对DIBS谐振阻尼特性的影响。理论分析和仿真结果表明,两种情况下电网电压前馈会偏移谐振频率,数字控制延时一定程度上会改善电容电流反馈控制的谐振阻尼效果,提高系统稳定对电网阻抗变化的鲁棒性。

基于阻抗的数字延时对单电流环控制型并网逆变器稳定性影响的分析

发现并解释了一种在逆变器输出阻抗高频处因数字控制延时而产生的"阻抗谷"的现象。在此阻抗谷处,逆变器输出阻抗的幅值急剧下降,而相位明显上升。通过波特图和复频域表征这两种方式,详细分析了电流环动态及数字控制延时对单电流环控制型逆变器的dq坐标系输出阻抗的影响,通过研究逆变器的输出阻抗模型,获得了阻抗谷的来源及其与电流环动态和延时大小之间的关系。同时,通过d-d通道阻抗匹配和广义奈奎斯特判据GNC(generalized Nyquist criterion),研究了阻抗谷对并网逆变器稳定性的影响。通过分析发现,电流环的动态和延时大小的改变均会导致d-d通道输出阻抗的幅度和相位发生剧烈变化,从而导致并网系统发生振荡。最后,实验结果验证了分析的正确性。

用于生物阻抗测量的双反馈电流源研究

针对生物阻抗测量中电流源在较高频率时,恒流特性较差的问题,以及对其消除直流信号能力的要求,设计了双反馈电流源方案,基于第二代电流传输器(CC II)原理设计的电压控制电流源,通过增加直流反馈单元和输入缓冲,获得了良好的输出阻抗和抗直流特性,并通过使用直接数字合成(DDS)和乘法解调技术,实现了电流幅值的闭环控制,进一步提高了电流源的恒流特性。

基于DDS的家用超声治疗仪设计

针对家用超声治疗仪存在谐振频率易漂移及精度低等问题,该文提出了一种将模糊控制器、比例、积分、微分(PID)控制器和锁相环技术结合的复合跟踪策略。通过直接数字式频率合成(DDS)技术结合STM32L151产生超声信号,利用T型网络进行阻抗匹配,对超声治疗仪性能进行测试。实验结果表明,该治疗仪声-电转换效率高,输出的超声波具有精度高,不易失谐等优点。

一种新型数控直流稳压电源的设计

以三端稳压集成电路LM317为基础,设计了一种16级数控直流稳压电源,介绍了该电源中可调电阻的选取与实现。该电源可用TTL电平直接驱动,调整方便,成本低而步进精度高,输出电压范围大。

Systematic design method for PI controller with Virtual Resistor-based Active Damping of LCL filter

The Virtual Resistor based Active Damping(VR-AD) is widely employed in converters connected to the grid via LCL filters in order to mitigate the inherent resonance of the filters. Nevertheless, in digitally controlled systems, the PWM and the calculating delays modify the system characteristics in terms of frequency and phase, thus destabilizing the system and degrading the VR-AD performances, mainly in low switching frequencies. Moreover, the stability of the system is greatly affected under weak grid operation characterized by large grid impedance variation. This paper solves these problems by proposing a systematic, robust and optimized design procedure of voltage oriented PI control(VOC) with VRAD. The considered design procedure ensures robust control(sufficient stability margins) and high quality of grid current(reduced steady-state error and minimized THD value) despite the negative impact of digital time delay, grid impedance variation and filter parameters change. Simulation and experimental results are presented to show robustness and efficiency of the suggested design procedure.

控制延时对变流器电网感抗适应能力的影响分析

数字控制和PWM调制技术在并网变流器控制中得到广泛应用,然而两者均会引入一定的延时,该延时对并网变流器的电网感抗适应能力有着重要影响。首先建立了含有控制延时的并网变流器阻抗模型,采用阻抗分析法分析了控制延时对变流器电网感抗适应能力的影响。结果表明:变流器对电网感抗的适应能力与控制延时的大小近似呈反向线性关系,当控制延时减小为原来的1/3时,变流器对电网感抗的适应能力可提高2.9倍。最后,在PLECS下搭建了系统仿真模型,仿真结果证明了文中理论分析的正确性。