共母线开绕组永磁同步牵引电机级联模型预测电流控制

为抑制共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统转矩脉动和由共模电压以及三次谐波反电动势作用于零轴回路产生的零序电流,提出一种自抗扰级联模型预测电流控制方法。首先,在第1级采用第1个有效电压矢量使得q轴电流增加,第2个有效电压矢量使得q轴电流减小,这一新的筛选组合规则将2个有效矢量根据对q轴电流作用效果分组寻优和作用时间分配;其次,在第2级对第1级所选有效电压矢量的零轴分量局部寻优,在第3级对第1级和第2级优化后系统产生的零轴电流分量采用极性相反的零矢量进行矢量分类寻优抑制,并精确分配作用时间;然后,在第4级对前3级所选电压矢量进行开关状态局部寻优,确定最优电压矢量的低开关频率状态组合作用于逆变器。最后,引入自抗扰控制减少电机启动加速过程中的调速超调,并对所提策略和双矢量模型预测电流控制进行稳态和动态仿真对比。结果表明:所提策略对转矩脉动、零轴电流、总谐波畸变率、开关频率和调速超调都具有很好的抑制效果,避免了传统模型预测控制的多目标代价函数中权重系数整定,对系统的控制性能有明显的提升作用。研究结果为进一步对共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统弱磁控制进行究,以及将驱动控制系统应用于机车牵引提供参考。

基于自学习的LSTM网络短路电流零点预测方法

短路故障在首个大半波内快速选相开断对提升电力系统稳定性具有重要意义。为此,本文研究并提出了一种基于自学习的长短期记忆(LSTM)网络短路电流零点预测方法。构建了基于自学习优化训练的LSTM短路电流预测模型,并采用循环迭代法对短路电流波形及过零点进行预测;搭建了RTDS试验平台,验证了自学习LSTM网络对零点预测的准确性、快速性以及稳定性;讨论了不同短路故障电流的起始相角、谐波含量、信噪比、衰减直流分量时间常数等因素对自学习LSTM预测精度的影响;仿真与试验结果表明自学习LSTM网络对短路电流零点具有较好的预测能力,当采样时间为3 ms时,自学习LSTM首零点预测精度已与RLS算法采样时间5 ms时预测精度相当,为在首个大半波内实现相控开断提供了依据。

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。

IF-ZVVCD与SMO的PMSM无位置传感器全速域复合控制

针对永磁同步电机(PMSM)全速域无位置传感器控制中,零低速阶段的高频注入法会引起转矩脉动、噪声等问题,提出一种IF控制结合零电压矢量电流微分法(ZVVCD)实现电机零低速运行,并与改进滑模观测器法复合达到全速域无位置传感器控制目标。在零低速阶段,IF控制法启动电机并在低速切换为ZVVCD,减小转速波动,提高控制精度;在中高速阶段,利用连续光滑的Sigmoid函数及扩展卡尔曼滤波器改进滑模观测器,减少系统抖振,提高转速稳定性;在转速过渡阶段,设计斜率可调的加权切换函数实现零低速与中高速控制方法的平滑切换。实验结果表明:所提复合控制策略能够实现PMSM全速域无位置传感器控制,消除转矩脉动,转子转速与位置信息辨识准确,系统动态响应快、稳态性能好。

基于双层级联模型预测电流控制的零序环流抑制策略

逆变器并联系统在运行过程中,由于功率分配不均、控制参数失配等因素导致两逆变器开关状态不同步,使得环路中产生零序环流。为此,提出一种基于双层级联模型预测电流控制的零序环流抑制策略,通过将零序环流加入综合目标函数,选取最优开关状态组合实现零序环流的抑制。同时,通过改变目标函数结构、利用双层级联的方式进行开关状态组合选取,在消除权重系数对控制系统影响的同时减轻计算负担。最后,通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。

一种抑制风电送出直流MMC内部振荡的零序电流控制策略研究

量化分析了风电经直流送出系统的振荡模式及各振荡模式与系统状态变量之间的关系,揭示了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)系统内部振荡的环流零序分量与电容电压的交互影响机理;基于该机理,构建了MMC系统各桥臂等效电容储存总能量与零序电流的动态关系模型,推导了MMC系统各桥臂等效电容储存总能量与电容电压差模量以及共模量的表达式,提出了零序电流控制策略;以该控制策略动态模型为对象,计及该动态模型中间变量后,对含零序电流控制策略MMC系统的振荡模式进行了分析,结果表明,所提控制策略可以使振荡模式的实部向左移动,增加总阻尼,提升系统稳定性。

具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器

高频辅助变流器具有高功率密度、高变换效率的优势,是节省车底空间、优化乘车环境、降低能量消耗的重要手段。提出一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器,其拓扑能够实现输入侧直流电压的降压和均分,降低开关管电压应力并减少后级隔离DC/DC变换器的数量;同时,电容自均压拓扑中的开关器件均能实现零电流开关,降低了变流器的开关损耗;此外,电容自均压变换器具有输入电压自平衡特性,无需采用额外的电压平衡控制策略以维持输入侧串联电容的电压均衡。相比于现有的高频辅助变流器方案,本文提出的拓扑能够有效减少开关器件和变压器数量,降低器件损耗和控制复杂性,为车载辅助变流器体积、质量和效率的进一步优化提供了空间。分析该拓扑的工作原理、控制方法以及自均压特性,并提出相应的电路参数优化设计方法。最后,搭建功率等级6 kW的实验样机,通过开展均压特性、动态切换性能以及软开关特性实验,验证了所提出拓扑的可行性。

双有源桥串联欠谐振变换器的最小回流电流控制

该文采用时域分析法对双有源桥串联欠谐振电路进行了分析,得到电感电流在稳态时的表达式并推导所有开关管实现软开关的条件。由于电压增益偏离1时仅采用移相控制难以实现所有开关管的软开关,因此,该文在传统移相控制的基础上,引入额外的变频控制策略,使得电路在不同的电压增益和负载条件下都能有较好的软开关性能。然而,软开关的实现会增加电路的回流电流,影响电路的传输效率。该文对所提出的变频移相控制进行了进一步的优化,使其可以在确保电路实现软开关的同时产生最小的回流电流和电感电流有效值。所提出的控制策略在一台2 kW的样机中进行了验证。

准零刚度磁悬浮隔振平台主动混合控制系统设计

为增强准零刚度磁悬浮隔振平台的隔振性能,减轻振源振动对隔振对象的干扰,优化其主动混合控制系统设计;改装传感器、功率放大器和驱动设备,将控制器调整至主动混合模式,调整系统电路的连接方式,完成控制硬件系统的设计;模拟准零刚度磁悬浮隔振平台工作过程,通过平台数据采集、特征提取和特征匹配等环节,检测平台被隔振对象的振动状态;测量振动状态下,测量准零刚度磁悬浮隔振平台实时电磁力,作为平台控制的初始值;在电磁理论的支持下,通过电磁力和电流控制量的计算,从主动和混合两个方面实现磁悬浮隔振平台的主动混合控制功能;测试实验结果表明:主动混合控制系统应用后,准零刚度磁悬浮隔振平台中作用在被隔振对象上的振动幅度和频率衰减率分别提高了62.34%和32.005%;在准零刚度磁悬浮隔振平台控制效果方面具有明显优势。

分布式光伏零输入纹波逆变器及其控制

提出一种适用于分布式光伏的单相两级式反激逆变器,通过在原边侧引入包含纹波吸收电容在内的有源辅助电路,利用有源电路中的开关管对辅助电容进行充放电控制,实现对单相逆变器固有输入低频脉动功率的吸收与转移,有效抑制源侧输入低频电流纹波,提升了光伏电池使用寿命与系统可靠性。详细阐述了所提新型逆变器拓扑结构及其工作原理、系统各环节的控制方案设计与实现方法。通过构建MATLAB系统仿真模型以及单相两级式逆变器实验样机,共同证明了理论分析的正确性。

具有中点电压平衡与零序电流抑制的T型三电平逆变器供电六相PMSM-DTC

在三电平六相电机驱动系统中,存在中点电压不平衡及零序电流导致定子电流畸变等问题。为此,该文针对T型三电平逆变器供电的六相永磁同步电机,提出一种具有中点电压平衡与零序电流抑制功能的直接转矩控制(DTC)策略。为实现DTC的快速构建,该策略基于两电平三相电机DTC结构,利用精简后的开关状态,在六相绕组轴线上分别合成满足控制要求的4个电压矢量,然后通过两个滞环比较器结合简单的扇区划分,确定最优电压矢量所在轴线,同时构建中点电压与零序电流控制平面,并对系统在控制平面所处扇区进行判断。在此基础上,根据最优电压矢量所在绕组的相电流iy的极性,实现最优电压矢量的选择,并进一步构建DTC最优开关矢量表。最后,通过实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

六相全桥逆变器驱动PMSM的简化模型预测电流控制

全桥逆变器电机驱动或称开绕组结构虽然兼具相间电气隔离、容错性能好及器件开关频率低等优点,但存在逆变器输出电压矢量多、冗余严重且控制约束等问题。文中以共直流母线供电的六相全桥逆变器驱动六相永磁同步电机为研究对象,提出了一种基于二级矢量优化的简化模型预测电流控制算法,在实现电机定子基波电流有效跟踪控制的同时有效抑制了定子电流的谐波及零序分量。文中基于矢量空间解耦理论对六相全桥逆变器的输出电压矢量进行了分层分析,以定子基波电流控制、谐波及零序电流抑制为准则对逆变器输出的729个电压矢量进行二级优化,得到候选的12个电压矢量,以此为基础设计了模型预测电流控制算法。实验结果表明,该简化模型预测电流控制方法具有良好的动静态性能,能在基波电流控制的同时有效抑制谐波及零序电流分量,可为多相电机驱动系统研究提供一定的理论支撑。

柔性互联装备中零序电压注入的相间功率均衡控制

级联全桥加双有源桥结构的多端柔性互联装备可连接交流电网与多个直流电网,直流电网瞬时功率差异、子模块故障等问题均会导致并网电流不均衡与直流电容电压不均分。针对三相星型互联结构,采用注入零序电压的控制策略均衡相间功率,推导出不同功率需求下零序电压分量具体表达式,并量化分析注入零序电压的限制范围。最后搭建仿真实验平台,验证了该方法的有效性,仿真结果表明:在现有控制架构的基础上加入零序电压注入环节能够调配相间的功率以保证并网电流均衡,将不平衡度从6%降为1%,同时维持直流电容电压均分。

基于电感电流控制的单相Z源逆变器并网实现

常用的Z源逆变器电容电压控制中存在右半平面零点,致使系统阶跃响应出现负调,控制器的设计过程复杂化。针对上述问题,提出一种新的控制策略,通过控制Z源电感电流实现Z网络稳压输出。以单相Z源逆变并网系统为例,首先利用状态空间平均法建立小信号模型,分析得知控制至电感电流的传递函数中不含右半平面零点,因此电流控制器的设计相对简单。然后详细介绍了Z源电感电流控制器和并网电流控制器的设计,并通过Matlab/simulink仿真和RT-LAB实验验证了所提控制策略的有效性,具有一定的实用价值。

智能交流接触器自适应零电流分断的分析与实现

本文在智能交流接触器研究的基础上,对零电流分断技术的原理和可能出现的问题进行了分析,提出了一种采用自适应控制的解决方案,使智能交流接触器实现了完全的零电流分断控制,大大提高了智能交流接触器的性能指标和运行可靠性。

基于交-直-交型矩阵变换器的多驱动系统的控制策略

在交-直-交型矩阵变换器(AC-DC-ACMC)的基础上,提出了一种新型的多驱动系统拓扑电路及其控制策略。拓扑电路由一个整流单元和多个逆变单元组成,多个逆变单元接在同一直流母线上,可以同时驱动和控制多路负载。PWM整流控制可以获得单位输入功率因数的正弦PWM波输入电流。在多个逆变单元中采用空间矢量调制,可以分别获得不同频率和幅值的正弦PWM波输出电压;同时通过合理插入零矢量,实现输入侧零电流换流。仿真实验结果证实了文中所提出理论的正确性。

谐振开关电容变换器新型PWM控制策略

谐振开关电容变换器(Resonant Switched Capacitor converter RSCC)具有零电流开关的优点,但其输出电压的调节能力差。为了控制谐振开关电容变换器的输出电压,该文提出一种新型的PWM控制方式,它通过调整开关电容的充电时间(放电时间固定不变)来控制输出电压,使输出电压在输入电压和/或负载变化的情况下基本保持恒定。而且大部分开关器件仍保留零电流开关特性,因此具有开关电流应力低、EMI小等优点。该文以一个降压式谐振开关电容变换器为研究对象,详细分析了其工作过程和稳态特性,并制作了一台12V/5V/2A的实验样机控制系统,验证了该PWM控制方法的正确性和可行性。

兆瓦级直驱型永磁风力发电机无位置传感器控制

针对兆瓦级永磁直驱风力发电机的特点,采用一种基于U-I模型转子磁链位置观测的无传感器零d轴电流控制技术。详细介绍了该控制技术的实现原理,深入分析了基于坐标变换的带饱和反馈双积分器特点,最后通过仿真和2MW背靠背双PWM永磁直驱风电变流器的实验样机,验证了其有效性。结果表明,该方法具有较好的稳态与动态性能且工程实现较为简单。

基于单谐振支路的多电平均压型DC-DC变换器

提出一种基于单谐振支路的多电平均压型DC-DC变换器通用型拓扑及其简化拓扑。在该拓扑结构的基础上,给出顺序控制和循环控制两种控制策略,并分别对这两种控制策略下的变换器工作原理进行分析。所提出的拓扑结构具有单谐振支路、开关器件少、控制策略简单的优点,并且所有开关器件均可以实现零电流开关,所有直流支撑电容均可以实现电压自平衡。最后,通过实验验证了上述拓扑及其控制策略的正确性和有效性。