双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。

基于负载功率前馈一体化控制的双PWM变频调速系统的仿真

针对双PWM变频器整流侧与逆变侧独立控制时,直流侧必须利用大电容稳压,导致系统成本增加且寿命缩短的问题,提出一种整流侧采用引入新型开关矢量表的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)方案。该方案逆变侧采用转子磁场定向矢量控制,并采用负载功率前馈控制策略,以实现双PWM变频器的协调控制。仿真实验结果表明,相比独立控制的双PWM变频调速系统,采用该一体化协调控制策略的双PWM变频调速系统,不仅能减小网侧电流的谐波,还可较好地抑制负载突变时直流电压的波动,加快整流侧和逆变侧的动态响应,大大提高系统的抗扰能力,从而减小电容体积并降低成本。

基于PWM与双重移相混合控制的变换器及其工作特性研究

针对传统移相控制下变换器传输效率低下、软开关难以实现等问题,对PWM控制与双重移相混合控制下变换器的工作特性进行研究。综合分析现有控制方法的优缺点后,决定采用PWM与双重移相控制结合的混合控制方法。经对其工作原理、传输功率与软开关特性进行研究,并在Simulink中进行仿真验证,表明所设计的混合控制方法可在更大功率范围内实现软开关,且可显著减小漏感电流有效值和峰值,验证了该控制方法的可行性。

背靠背双PWM变流器的协调控制策略

以背靠背双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变流器为研究对象,首先建立了其动态数学模型,接着从实现其多种控制功能的角度出发,设计了其构成电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的双闭环控制器结构,并基于所建立电压源型变流器的d-q同步旋转坐标数学模型,研究了双闭环控制中用于实现VSC输出电流解耦控制的内环控制策略,以及用于实现VSC直流电压恒定、交流电压跟踪和功率四象限动态调节的多种外环控制策略。最后通过数字仿真,不仅考察了双PWM变流器中2个VSC实现不同外环控制策略的动态协调响应特性,而且仿真结果同时验证了所研究控制策略的可行性。

双PWM变换器功率前馈控制策略仿真研究

双PWM变换器常规直接功率控制结构下直流母线电压波动幅度较大,威胁系统的安全运行。为减小直流母线电压波动,根据瞬时有功功率平衡关系,提出一种功率前馈控制策略,即通过构建负载状态前馈通道,将电机侧瞬时有功功率直接前馈于网侧瞬时有功功率给定,从而避开了相对缓慢的电压外环间接调整功率的过程,大大加快了系统的响应速度,有效地抑制了直流母线电压的波动,进而可以减小中间电容的容量及系统的体积和成本。仿真结果验证了控制策略的有效性。

双PWM变换器的系统安全工作区及其应用

以实际55 kW异步电机变频调速系统中的双PWM变换器为例,综合考虑功率器件特性、主电路结构、控制延迟、系统温度等因素,定量分析了其系统安全工作区。在得出了系统安全工作区数学模型的基础上,详细分析了控制延迟、直流母线杂散电感、交流滤波电感以及开关频率等因素对双PWM变换器的系统安全工作区边界的影响,并由此对实际系统的参数和保护进行了合理的设计,从而在保证系统安全的前提下,最大限度地提高器件的利用率和系统的持续运行能力。最后,实际系统的实验结果验证了所描述的系统安全工作区的正确性及其应用的有效性。

双PWM控制交流励磁电源直流链电压的稳定控制策略

双脉宽调制(PWM)控制的交—直—交电压型变频器适于用做交流励磁发电机的励磁电源,但交流励磁发电机运行状态的改变会引起双PWM交—直—交变频器直流链电压的波动,不利于整个发电系统的稳定运行。文中结合交流励磁发电机的运行特点,深入分析了直流链电压波动的原因,提出了基于转子侧变换器瞬时功率反馈控制的双PWM控制策略。实验结果验证了所提出的改进控制策略的正确性,该方法可有效维持发电机运行状态突变时直流链电压的稳定,大大增强了发电机系统的动态响应能力和稳定性。

基于全响应功率补偿的电压型PWM整流器直接功率控制

为提高直流环节的动态响应,抑制功率突变时的母线电压波动,本文在建立双PWM变频调速系统能量平衡数学模型的基础上,将无功电流引入功率调节环,采用输出功率直接反馈,首次提出动态和稳态分步补偿的全响应直接功率控制策略,即以功率为控制量,对稳态所需能量进行实时性补偿,对动态所需能量以n个期望控制周期为单位进行阶段性补偿。实验结果表明,改进后的电压型PWM整流器控制策略显著提高了直流环节的动态响应,且有效抑制直流母线电压波动,实现了对双PWM变频系统能量流动的精确控制和协调性能的提升。

基于系统级功率平衡的双PWM变频系统模型预测控制研究

近些年来,双侧脉宽调制变频系统相关技术的研究已成为热点问题,该文在模型预测控制的基础上,提出了一种新型的功率预测算法。该算法中,整流侧采用模型预测直接功率控制,逆变侧采用模型预测直接转矩控制,为了补偿系统本身延迟,双侧均采用2步预测控制。同时,在直流电压外环中引入系统级功率平衡模型,在逆变侧输出功率前馈的基础上,对稳态响应所需功率进行实时性预测补偿,对动态响应所需功率进行阶段性超前预测补偿。以异步电机为负载的仿真和实验对比研究结果表明,改进的功率预测控制能够进一步抑制突变时的电压波动,提高了直流侧的动态响应,在系统能量流动精确控制的同时实现了双侧控制性能的协调提升。

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。

基于IGCT的大功率三电平双PWM变流器的研制

新型开关器件集成门极换向晶闸管(IGCT)由于其优越的性能在中高压大功率变流器系统中逐渐取代GTO的地位,基于IGCT的大功率三电平变流器在传动领域得到广泛的应用。本文介绍了一套基于IGCT的大功率三电平双PWM变流器的研制工作。该变流器的PWM整流器采用电压和电流的双闭环控制算法,调制方法采用空间矢量脉宽调制算法(SVPWM),以便于实现中点电压平衡控制,变流器的PWM逆变器的调制算法采用SVPWM和特定谐波消除法(SHEPWM)结合。变流器研制成功后进行了系统试验。试验结果表明,采用的控制算法具有良好的性能,变流器达到了设计要求。

三电平双PWM变频器综合控制策略

分析了三电平双PWM变频器系统响应延迟及母线电压波动原因,提出了一种新型三电平双PWM变频器综合控制策略。前端三电平PWM整流器采用固定开关频率直接功率控制(DPC_SVM),后端三电平PWM逆变器-异步电动机采用间接磁场定向控制,增加了从逆变侧到整流侧的输出功率反馈补偿。实验结果表明,新型三电平PWM整流器控制策略及输出功率反馈补偿能有效提高系统直流环节动态响应,使减小直流母线电容成为可能。

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

基于RTW的三电平双PWM变换器控制系统设计

以DSP为核心的电力电子与电力传动控制系统软件编写复杂,不便于实验,为此提出了一种基于Matlab/Simulink及实时代码生成工具RTW(Real-Time Workshop)的电力电子与电力传动控制系统软件的设计方法。首先在Simulink下搭建控制系统模型,进行相应仿真完善,验证控制算法,根据目标DSP型号添加相应DSP内核、外设并设置控制参数,然后直接将模型转化为相应DSP的C源代码,在相应的硬件平台支持下即可完成相关实验。介绍了仿真及生成代码模型在构建时的流程和关键问题,并按照该方法对一种以TMS320F2812为控制系统核心的新型中点箝位三电平双PWM变换器控制策略进行了仿真和实验。结果证明在该方法下完成的仿真和实验结果基本一致。

双PWM交流传动系统中主电路储能元件设计

从双ＰＷＭ交流传动系统电流控制出发，以傅立叶级数分析为工具，揭示了电感Ｌ和中间环节电压波动对电流控制性能的影响规律，给出了电感Ｌ和中间环节电容Ｃ的设计方法，并得到了系统实验的初步验证．

混合钳位式双PWM三电平变频调速系统

以电动机磁链定向调速系统为研究对象,提出了一种混合钳位式双PWM三电平变换器的电路拓扑,由于混合钳位式三电平变换器的开关状态由普通二极管钳位式的27个增加到64个,本文提出了通过检测的悬浮电容电压和直流侧电容电压差值来实现冗余矢量的优化方法,确保了直流电容电压的平衡,实现了系统的四象限运行。并设计了基于DSP和CPLD的控制电路和主电路,通过实验验证了所提算法的有效性和实用性。

基于Hamilton系统的风力发电双PWM变流器控制研究

针对双馈风力发电机并网控制中转子侧功率的双向传输问题,采用三相电压型双PWM变流器通过调节占空比来实现电流控制。基于哈密顿(Hamilton)系统理论,设计耗散反馈Hamilton控制器来实现稳定控制。考虑到系统存在不确定性和外部干扰,设计模糊自适应干扰抑制器来提高系统的鲁棒性。仿真表明:采用耗散反馈Hamilton控制器和模糊自适应干扰抑制器的双PWM变流器,能够使变流器输出期望值,并且有效抑制不确定外部干扰,可以满足双馈风力发电机并网控制的要求。

双PWM交流调速系统耦合调制建模及其注入电网间谐波电流特性分析

双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)交直交调速系统注入配电网的间谐波电流会引起配电网电压闪变,影响电网稳定运行。论文首先研究间谐波与基波耦合调制造成的频谱畸变及有效值波动规律。其次,以基于Bessel函数的时序开关函数,建立双PWM交流调速系统注入电网的间谐波电流数学模型。模型纳入电机工况变化及负载转矩的波动,精确得出双PWM系统注入电网电流中不同耦合调制项的数学表达式。通过仿真分析注入电网电流的频谱特征,及引起电网电压有效值波动的规律。最后,将研究结论与上海洋山深水港区配电网的实验数据相验证,证明数学模型及结论的正确性和有效性。

基于双PWM变流器的笼型异步发电系统研究

为了提高笼型异步发电机并网系统的低电压穿越能力和抗干扰能力,采用双PWM变流器设计了发电机并网系统。在并网控制系统中,机侧变流器采用一种不依赖于发电机参数的控制方法,实现有功功率的灵活调节和机端电压的稳定控制;网侧变流器采用电压定向矢量控制,实现直流电压和网侧无功功率的有效调节。仿真和实验结果表明,所提方法可以较好地实现发电系统并网运行,具有较好鲁棒性。