Adaptive rotor current control for wind-turbine driven DFIG using resonant controllers in a rotor rotating reference frame

This paper proposes an adaptive rotor current controller for doubly-fed induction generator (DFIG), which consists of a proportional (P) controller and two harmonic resonant (R) controllers implemented in the rotor rotating reference frame. The two resonant controllers are tuned at slip frequencies ωslip+ and ωslip-, respectively. As a result, the positive- and negative-sequence components of the rotor current are fully regulated by the PR controller without involving the positive- and negative-sequence decomposition, which in effect improves the fault ride-through (FRT) capability of the DFIG-based wind power generation system during the period of large transient grid voltage unbalance. Correctness of the theoretical analysis and feasibility of the proposed unbalanced control scheme are validated by simulation on a 1.5-MW DFIG wind power generation system.

基于双补偿下垂—MQPR的直驱式风电机组并网控制

为了实现直驱式永磁风力发电系统安全稳定并网,提出一种基于双补偿下垂与多重准比例谐振(multiple quasi proportional resonance,MQPR)相结合的并网控制策略。该策略源于传统下垂控制,在电压控制环节引入直流电压补偿量,能快速调节直流母线电压达到稳定;在电流控制环节引入电容电流补偿量,能有效减小滤波电容造成的电流误差影响;同时,设计出MQPR控制器替代内环电流的PI控制器,可以滤除系统中多次谐波电流。通过建立仿真模型,与双闭环PI和传统下垂控制策略进行对比,验证所提控制策略的有效性。

基于双闭环控制的三相四线制逆变器控制研究

三相四线制逆变器具有更好的不平衡负载驱动能力,被广泛用于不间断电源等领域。对于这种离网模式下的逆变器而言,通常使用电压电流双闭环控制模式对输出进行控制。提出一种无需坐标变换的电压电流双闭环控制,实现输出三相之间完全解耦。由于准比例谐振(Quasi Proportional Resonance,QPR)控制对交流信号的控制效果更好,因此电压外环采用QPR控制,电流内环采用比例控制。实验证明了所提控制方法的有效性。

基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器和电流内环准PR控制器代替传统的PI控制器,同时对两种控制器的参数进行了设计并整定;最后,在Matlab软件中构建仿真模型,进行了仿真分析和波形对比.结果表明:相较于传统的双闭环PI控制策略,新型控制策略不仅能够快速地稳定直流母线电压,而且交流侧电流的总谐波失真小;并且在电网电压发生扰动的工况下,仍有较好的控制性能.综上所述,基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略具有较好的抗扰性和优越的鲁棒性.

三相PWM逆变器直接并联系统零序环流分析与抑制

环流抑制是实现三相PWM逆变器直接并联系统重要关键技术之一。首先在同步旋转坐标下建立了三相PWM逆变器直接并联系统的零序环流数学模型,结合逆变器空间矢量调制算法详细分析了环流抑制原理。在此基础之上,提出一种基于比例谐振与非零矢量占空比前馈控制的环流抑制策略。该策略可通过调整逆变器空间矢量中的零矢量,在减小环流幅值/有效值的同时,可进一步抑制并联零序环流中的工频波动。最后通过试验给出了不同控制策略下的环流抑制波形,充分证明了所提策略的有效性,为三相PWM逆变器直接并联系统可靠稳定运行提供技术支持。

基于改进型QPR的并网逆变器复合控制策略

针对准比例谐振(QPR)控制对高次谐波和直流抑制能力差等问题,提出了一种改进型QPR控制与直流前馈补偿的复合控制策略。该策略在QPR控制的基础上加入了高次谐波补偿,并在控制基波电流的电流外环上加入含积分控制器的直流分量补偿环节。在对并网电流所含3、5、7次谐波进行抑制的同时,降低了并网电流中所含直流分量。仿真结果表明,与QPR控制相比,所提控制策略直流含量从0.05降为0.01,总谐波畸变率下降了1.48%,具有较好的抑制效果。

三电平逆变器中点电位偏移机理分析与平衡方法研究

针对三电平中点钳位逆变器的中点电位平衡控制问题,分析T型三电平逆变器的中点波动原因,基于无谐波注入和动态谐波注入方式对中点电流三次谐波的周期傅里叶级数进行推导分析。首先推导出一种开环的谐波注入算法,在此基础上提出一种基于比例谐振控制器的闭环谐波注入算法进行中点电流抑制。采用MATLAB/Simulink仿真软件对开环谐波注入和闭环谐波注入的算法进行了仿真,搭建了40 kW的三电平逆变器进行了实验验证。仿真和实验结果均可验证理论分析的正确性及所提控制策略的有效性。

无交流侧电压传感器的并网逆变器控制技术研究

传统的三相并网逆变器需要安装交流侧电压传感器,增加并网逆变器成本的同时影响了可靠性。本文研究了一种基于二阶广义积分器的电网电压观测器,并结合了基于电容电流反馈有源阻尼的准比例谐振控制算法,实现了并网电流的精准控制。仿真结果证明这种控制方法的有效性。

基于比例谐振自抗扰控制的电机谐波抑制与噪声优化

针对驱动电机逆变器非线性、反电动势波形非正弦等因素所引入的大量低频谐波,提出了一种比例谐振自抗扰控制策略,该方法可以更为全面地抑制电流谐波,同时引入谐振调节可以对特定频率谐波进行更好地抑制。首先,建立了电机系统数学模型,基于麦克斯韦张量法,推导了电磁力的解析式,分析得出5、7次谐波会对电机的转矩脉动与电磁噪声性能产生恶化;其次,建立了Simulink&Jmag多物理场协同仿真模型,对谐波抑制前后的转矩脉动与电磁噪声进行仿真分析,验证了理论解析的正确性。最后,搭建实验平台对施加策略前后采集的电流与电磁噪声结果进行分析。结果表明,所构建的控制策略对低频主要阶次的谐波成分有较好的抑制效果,优化了电机的低频噪声特性。

基于深度强化学习的逆变器多频点控制参数优化

传统逆变器闭环控制具有良好的静态和动态性能,但非常依赖精确的系统数学模型,难以适应逆变器接入不同负载或电网环境等原因带来的模型参数扰动。将该深度强化学习应用于逆变器多频点控制参数整定过程。文章首先建立了单相电压型逆变器的控制模型;在此基础上分析了逆变器参数调节过程中的不稳定特征,并设计了一种基于FFT的不稳定特征判断方法,实现逆变器参数调节过程中稳定状态的在线监测;其次对逆变器控制参数自适应过程进行马尔可夫过程建模,设计了智能体的状态、动作和奖励函数;针对智能体样本不平衡问题引入了经验优先级回放以及动作屏蔽机制提高智能体的学习效率;经过仿真学习训练,智能体实现比例谐振控制器参数自整定以获取最佳的多频点跟踪性能;最后在搭建的实验平台上进行实验,结果表明:训练后的智能体可以在较少次数训练后获得满足各频点控制精度要求的控制参数,同时整个训练过程系统都是稳定的。

单侧并联储能变流器并网谐振机理分析及抑制方法

为解决单侧并联储能变流器并网谐振问题,对谐振机理进行分析,设计抑制方法。通过研究系统待机与运行工况下的幅相参数,获取谐振特性。将谐振成因分为内因与外因,内因为并联系统输出电流随并机叠加,在并网阻抗上产生谐波压降,导致的电压谐波放大。外因为网侧所含背景电压谐波与并联系统阻抗频率在某些频段重叠。随并机数量增加,系统谐振点频率将降低。采用设计的电压谐波补偿单元进行功率解耦及动态多比例谐振控制器进行控制解耦两种方法,实现谐振抑制。通过仿真验证了谐振成因机理及抑制方法有效性。

基于比例谐振自耦PI控制的调速系统

针对永磁同步电机调速系统矢量控制过程中,逆变器死区、电机磁场分布谐波以及电流在采样过程中存在误差等因素导致的电机控制效果不佳问题,提出了一种改进型自耦PI控制的双环控制策略。为减小信号的跟踪误差,采用加速度前馈的方式,将增加Levant微分器的自耦PI控制器引入到永磁同步电机速度环中,确保对含有噪声的输入信号准确求导以提高系统的鲁棒性。另外,所提策略在电流环中将增加加速前馈的自耦PI控制结构的比例项和标准谐振器相结合,构成比例谐振自耦PI控制器,使永磁同步电机在电流环的控制中能更好地补偿电流,达到抑制电流谐波的作用。通过分析伺服系统的控制机理,在被控对象PMSM数学模型的基础上,给出了改进型自耦PI控制结构的设计方法。实验结果表明,所提出的控制策略能够减小电机自身参数变化对系统性能的影响并且在低速域具有良好的抑制电流谐波作用,验证了所设计的改进型自耦PI控制器的有效性。

电网不平衡下级联型电力电子变压器的网侧谐波抑制方法研究

低压级联H桥换流器由于采用级联结构,被广泛用于中压场合尤其是电力电子变压器的输入级,但是在电网不平衡工况下,交流侧功率波动会引起直流侧电压纹波突增进而导致网侧出现电流畸变。针对这一问题,提出了一种不平衡工况下级联型电力电子变压器网侧谐波抑制方法。文中推导分析了电网不平衡时网侧谐波的产生机理,揭示了交流侧谐波和直流侧纹波的耦合机制。基于这种机制提出了一种改进的准比例谐振控制器来抑制网侧谐波,并对控制系统的稳定性进行了分析。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,与传统控制策略对比证明了所提谐波抑制策略的有效性。

基于比例谐振的永磁同步电机直接转矩控制

针对常规直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链控制存在较大偏差的现象,从永磁同步电机(PMSM)数学模型的分析出发,在有效估算定子磁链和转矩的基础上,提出了基于空间矢量脉宽调制(SVM)的DTC策略;同时,利用比例谐振(PR)控制器能在静止坐标系下实现对交流信号无静差跟踪这一特性,将其引入控制系统可克服比例积分(PI)控制的不足。最终设计了一套基于双PR控制器的PMSM-SVM-DTC系统。通过与常规DTC仿真对比分析,证明该方案能有效减小磁链和转矩脉动,鲁棒性强,具有良好的动态响应特性。并进一步利用实验验证了方案的可行性和有效性,具备工程应用价值。

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管(IGBTs)产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。

改进型LCL并网逆变器电容电流正反馈控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器采用传统电容电流比例有源阻尼进行入网控制时,阻尼环等效为并联在电容两端的虚拟阻抗Z_(eq)(s),而Z_(eq)(s)的负阻特性易导致控制系统无法适应较宽范围内变化的电网阻抗,鲁棒性较差甚至失稳。鉴于此,提出一种改进型电容电流有源阻尼正反馈控制策略,通过在阻尼环路中引入二阶谐振环节,利用频域分析法给出了相关参数的设计过程,可有效扩大Z_(eq)(s)的正阻特性范围,并网逆变器在弱电网下的鲁棒性得到增强。最后,通过仿真验证了改进型方法的合理性和有效性。

基于混合有源滤波器的准比例谐振控制策略

由于电力电子设备、软启动器及各个非线性负荷的大量使用导致电网中谐波问题日趋加重,针对并联型混合有源电力滤波器(HAPF)谐波抑制控制策略进行研究。在这个拓扑结构的基础上,首先建立其数学模型并设计准比例谐振控制器和比例积分控制器进行仿真。针对传统的比例积分控制方法补偿精度低,并且对交流信号不能实现无静差跟踪等效果不理想问题,提出了电流内环准比例谐振控制与混合有源电力滤波器直流侧电压外环比例积分控制器相结合的控制策略。在Matlab/Simulink中搭建模型,仿真结果显示,上述控制策略能够补偿由非线性负载带来的谐波电流,补偿后的电网电流总谐波失真(THD)降到3.68%,符合国家标准。

基于不连续调制的单相LC逆变器控制策略研究

为了降低单相逆变器的开关损耗,提高逆变器效率与功率密度,以单相全桥LC型逆变器为研究对象,基于统一调制法提出一种不连续调制策略,在保持两相差模调制信号不变的前提下,通过调整共模调制信号,实现a相桥臂与b相桥臂的开关器件处于交替不动作的状态,从而降低了开关损耗。然后在建立单相全桥LC型逆变器数学模型的基础上,利用幅频特性曲线,对单环路比例-谐振(PR)控制器的参数设计方法展开研究,实现在输入电压扰动与负载电流扰动下,逆变器输出电压对给定电压的精确跟踪。最后进行实验验证,实验结果表明,与传统单极性调制策略相比,所提单相不连续调制策略能够有效降低功率器件的开关损耗,同时所设计的单环路PR控制器能够实现高品质、高精度的电压输出。

单相并网逆变器的改进ICF控制策略研究

针对单相LCL型并网逆变器逆变侧电流反馈(ICF)控制方法在非理想电网电压下网侧电流质量差的问题,提出带电容电流前馈和电容电流有源阻尼的改进ICF控制策略,并用比例多谐振控制器构建逆变侧电流控制环路,以实现电流基波的无差跟踪和网侧低次谐波电流抑制。首先理论分析了并网逆变器的数学模型。其次,介绍改进型ICF控制方法,并详细分析电容电流反馈有源阻尼系数和比例多谐振控制器参数设计。最后,针对5 kW单相LCL型逆变器平台,进行仿真和实验验证,结果证明了所提控制策略的有效性。

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。