基于模型预测控制的固态变压器控制策略研究

固态变压器(SST)中的变流器在整流状态时,通过交流侧电流预测控制,使其工作于单位功率因数且直流侧电压保持稳定;逆变状态时,采用输出电压预测控制,以提高输出电压稳态精度和动态性能。提出了固定开关频率模型预测控制选取双非零矢量和零矢量进行预测,根据各矢量占空比与优化函数的关系,确定一个控制周期内各矢量的作用时间和开关序列。固定开关频率模型预测控制无需脉宽调制控制器,避免了比例积分控制器参数整定引起的不稳定问题,且有效降低了单非零矢量预测控制中过高的采样频率。仿真研究表明,固定开关频率模型预测控制的SST在各典型工况下,各级电压、电流具有良好的动态响应和抗负载扰动能力,可满足微网对SST的控制要求。     

三电平ANPC逆变器优化开关序列模型预测控制

针对三电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器提出一种优化开关序列的模型预测控制(MPC)策略,根据逆变器拓扑结构建立了数学模型,选择最优的开关序列对逆变器进行控制。所提方法改善了传统MPC开关频率不固定和采样频率较高的缺点,构建了包含电流偏差和中点电压偏移量的价值函数,选择使价值函数最小的开关序列和时间序列作为输出。仿真和实验结果表明,所提优化开关序列的控制策略具有有效性与可行性。     

基于模型预测的VIENNA整流器定频控制

针对传统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、网侧电流纹波含量大等缺陷,提出一种固定开关频率的基于最优开关序列合成的电流MPC方法.通过选取扇区内代价函数最小的3个相邻电压矢量合成最优电压矢量,并根据电压矢量的代价函数直接计算开关序列占空比,实现了 FCS-MPC与空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策...     

基于改进预测直接功率控制的有源滤波器

针对有源电力滤波器应用电压定向直接功率控制在启动或轻载时有功功率、无功功率、直流侧电压波动较大,开关频率不固定,而现有的预测直接功率控制模型不精确等问题,提出了一种基于恒定开关频率的改进预测直接功率控制策略。该策略采用一种精确的预测算法计算出参考电压矢量,利用空间电压矢量脉宽调制策略(SVPWM)来跟踪参考电压。仿真结果表明在APF启动以及负载突然波动时,改进的预测直接功率策略具有更好的稳态和动态性能。     

三相电压型PWM整流器定频模型预测控制

针对模型预测控制(model predictive control,MPC)采样频率较高、开关频率不确定等问题,提出了一种三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier,VSR)定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency,FSF-MPC)。分析了三相VSR各电压矢量在六个扇区内对d、q轴电流瞬时变化的影响,基于电流预测模型,在固定时间间隔内以满足电流误差最小为原则计算各电压矢量作用时间。采用空间矢量调制原理获得功率器件的开关状态,实现模型预测控制的定频控制。1 kW样机的仿真与实验结果表明,与不定频模型预测控制相比,所提FSF-MPC控制算法开关频率恒定,且无需较高的采样频率,可有效降低纹波电流和电流失真,提高三相VSR系统的运行性能。     

单相准Z源逆变器最优开关矢量集模型预测控制

以单相准Z源逆变器(quasi-Z-sourceinverter,q ZSI)为研究对象,以减小逆变器平均开关频率为研究目标,提出一种最优开关矢量集模型预测控制策略。首先,分析不同工作状态对q ZSI状态变量的影响,建立其离散时间模型;其次,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,结合有限控制集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol,FCS-MPC)策略,实现q ZSI系统的多变量综合协同控制;然后,分析逆变器开关时序,建立最优开关矢量集,通过选取最优开关矢量集,降低了系统的平均开关频率。相比于传统FCS-MPC,通过所提控制算法,在不影响交直流侧优化控制的前提下,降低了15%的平均开关频率。最后,通过建立实验模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

三相电压型脉宽调制整流器定频模型预测控制

针对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器有限控制集模型预测控制采样频率高、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频模型预测控制方法。通过求解价值函数得到PWM整流器交流侧下一采样时刻所要输出的电压值,利用空间矢量脉宽调制技术输出计算得到的电压值,实现定频模型预测控制。仿真与试验结果表明:所提出的控制算法开关频率恒定,稳态电流谐波含量低,实现了整流器高功率因数运行。     

基于模型预测的T型并网变换器功率控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)以代价函数最优为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,存在开关频率不固定且并网电流性能依赖较高的采样频率等缺陷。此处提出一种新型的模型预测直接功率控制方法,该方法通过直接计算出整流器开关电压矢量的最优序列作用时间,实现了传统FCS-MPC与空间电压矢量调制方案的有机结合,并应用于三电平并网T型变换器的控制中。为验证所提控制方案的有效性,构建了一台满额功率为6.5 kW的三相三电平T型变换器仿真与测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明,该方案有效减小了传统模型预测算法并网电流畸变,保证了固定开关频率控制,同时具有良好的稳态和动态性能。     

具有共模电压减小和电容电压平衡的五电平有源中点钳位型变换器SVPWM算法

针对五电平有源中点钳位型(ANPC)变换器共模电压和电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的改进空间电压矢量调制(SVPWM)算法。所提SVPWM算法能够减小共模电压,同时实现悬浮电容电压和直流侧电容电压的平衡控制。首先,通过选取合适的冗余开关状态减小共模电压。其次,根据各相悬浮电容电压偏差和输出电流方向,选取合适的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。同时,提出一种中点电压模型预测控制(MPC)策略,根据目标函数对所有五段式开关序列进行滚动寻优,选取最优开关序列。最后,实验验证了所提SVPWM算法的有效性。     

快速矢量选择的三矢量PWM整流器模型预测低频控制

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control，FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题，为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控制。以无差拍控制原则得到了整流器的电压参考矢量，简化了预测过程；由功率跟踪控制的指标函数推导得到电压跟踪控制的指标函数；最后，根据扇区确定控制周期作用的2个有效矢量和零矢量，由电压跟踪控制函数得到了3个矢量的作用时间。通过仿真验证可知，与传统FCS-MPC相比，所提方法能够快速选择电压矢量，实现开关频率的固定，减小功率脉动并降低开关频率。     

一种改进的有源电力滤波器模型预测电压控制

此处提出了一种改进的有源电力滤波器(APF)模型预测电压控制(MPVC)。将模型预测电流控制(MPCC)价值函数中APF提供的补偿电流转换为逆变器输出电压,以减少逆变器输出电压代入APF的离散化数学模型的计算次数。为了减小价值函数滚动优化次数,并简化算法,提出的控制根据空间矢量脉宽调制(SVPWM)的扇区判断思想,缩小备选电压矢量范围。在价值函数中加入开关频率控制环节,以降低开关频率,减小开关损耗,实现对谐波电流和开关频率的多目标控制。仿真结果和实验结果表明:相对于APF MPVC,改进的APF MPVC的APF开关频率更低,稳态精度更高。     

三相储能型准Z源并网逆变器有限开关序列模型预测直接功率控制EI北大核心CSCD

以三相储能型准Z源并网逆变器为研究对象,以提高逆变器的响应速度,实现多目标协同控制为研究目标。首先,推导了三相储能型准Z源并网逆变器的离散化数学模型;然后,介绍了传统的有限集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control, FCS-MPDPC)策略。为了克服传统FCS-MPDPC策略开关频率不固定,电流谐波分布无规律,控制精度依赖于高采样频率的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测直接功率控制(finite switching sequence model predictive direct power control,FSS-MPDPC)策略;最后,通过实验对FCS-MPDPC策略和FSS-MPDPC策略进行了对比验证,结果证明了所提控制策略的有效性。     

三相储能型准Z源并网逆变器有限开关序列模型预测直接功率控制

以三相储能型准Z源并网逆变器为研究对象,以提高逆变器的响应速度,实现多目标协同控制为研究目标。首先,推导了三相储能型准Z源并网逆变器的离散化数学模型;然后,介绍了传统的有限集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control, FCS-MPDPC)策略。为了克服传统FCS-MPDPC策略开关频率不固定,电流谐波分布无规律,控制精度依赖于高采样频率的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测直接功率控制(finite switching sequence model predictive direct power control,FSS-MPDPC)策略;最后,通过实验对FCS-MPDPC策略和FSS-MPDPC策略进行了对比验证,结果证明了所提控制策略的有效性。     

模型预测控制三相逆变器的研究

模型预测控制利用系统离散模型预测负载电流,根据评估函数选择电压矢量,进而选择最优开关状态。评估函数用来判断最优电压矢量和开关状态,以达到最佳预测效果。本文在静止坐标系下分析三相逆变器的模型预测控制(MPC)原理,讨论了评估函数、参数误差、采样频率对模型预测控制的影响,最后通过dSPACE/DS1104作为控制器搭建了MPC实验平台。结果显示,相比于其他控制策略,模型预测控制具有控制简单、动态响应好、效率高等优点。     

基于双步预测步长和可变矢量作用时间的永磁同步电机模型预测磁链控制

有限集模型预测磁链控制(finitecontrolsetmodel predictivefluxcontrol,FCS-MPFC)及其变体具有行为预测和直接操纵变频器开关状态的固有特性,故能够保证控制变量的快速动态响应。然而,较好的稳态性能通常需要较高的开关频率。当开关频率降低时,稳态性能将会显著劣化。为了解决这一问题,提出一种双步-可变矢量作用时间的模型预测磁链控制(two-stepvariablevectoractionperiodmodel predictive flux control,TS-VAP-MPFC)算法。采用该策略后,所选电压矢量的作用时间可在双步预测步长内灵活调整,增加了控制自由度。实验结果表明,在相同平均开关频率下,采用该算法可以提高系统的稳态性能,以及保持模型预测固有的快速动态响应特性。     

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统的简化模型预测控制

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统开关状态数量多,数学模型复杂,如果采用传统模型预测磁链控制方法,系统计算量巨大,控制频率及开关频率低,导致网侧电能质量和电机调速性能差.针对这一问题,本文提出一种简化的模型预测电压控制(MPVC)方法,以间接矩阵变换器的输入电流和输出电压作为控制目标,对预测模型进行简化,通过状态预筛选极大减少了有效开关状态数量,同时对具体算法进行优化.仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,功率因数接近为1,电机定子电流正弦.较传统模型预测磁链控制相比,控制频率可以从6.5 kHz提高到15 kHz,平均开关频率提高到原来的2.8倍,从而提升了网侧和电机侧电流质量.由此证明采用提出的模型预测电压控制方法能够简化计算,提高控制频率和开关频率,显著改善网侧电能质量和电机的动稳态性能.     

T型三电平单相逆变器有限开关状态模型预测控制方法

针对单相逆变器的特点,提出一种基于T型三电平单相逆变器有限开关状态模型预测控制方法。在静止坐标系下建立T型三电平单相逆变器基于期望电压矢量的预测模型,大大减少有限开关状态模型预测控制中预测模型的计算量。在目标函数中构造电流跟踪和T型三电平中性点电压平衡目标项,实现给定电流快速、精确跟踪以及中性点电压平衡控制。最后,建立起基于T型三电平单相逆变器实验平台,对所提的有限开关状态模型预测控制进行测试。实验结果表明:所提出模型预测方法使系统具有良好的静、动态性能。     

并网逆变器虚拟磁链模型预测功率控制研究

针对并网逆变器的特点,采用一种虚拟磁链模型预测功率控制的新型控制策略。在α,β坐标系下建立并网逆变器基于虚拟磁链预测功率控制的数学模型。一个采样周期内,选择合适的电压矢量及确定相应电压矢量导通时间进行开关管控制。不仅解决了开关频率不固定问题,且逆变器输出稳态电流总谐波畸变率(THD)小,电流动态响应快。仿真和实验表明,采用虚拟磁链模型预测功率控制取得了预期控制效果。     

一种改进的永磁同步发电机模型预测共模电压抑制方法

模型预测控制因具有实现简单、控制灵活等优点而在大功率电压源逆变器控制领域受到广泛关注。然而,传统的模型预测控制方法因采用零矢量而导致共模电压较大。直接弃用零矢量的模型预测控制方法虽然可以减小共模电压,但仍然存在计算量较大、开关频率较高等问题。因此,提出了一种改进的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测共模电压抑制方法。所提出的方法每个周期采用4个非零矢量进行优化运算,包含3个相邻非零矢量和1个不相邻非零矢量,从而降低了开关频率,且不影响电流控制。此外,文中还通过实验研究了所提出的共模电压抑制算法对PSMG转速控制的影响。实验结果表明,所提方法可以降低共模电压和开关频率,减小计算量,且不影响PMSG的电流和转速控制性能。     

基于功率跟踪目标函数定频模型预测控制的三相PWM整流器

传统有限控制集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)在一个控制周期内输出单一的开关状态,当采样频率较低时,控制精度较差,且开关频率不固定导致交流侧滤波器难以设计。针对上述问题,在传统FCS-MPC的基础上,为三相脉冲宽度调制(pulsewidth modulation,PWM)整流器提出一种基于功率跟踪目标函数的定频模型预测控制。首先基于FCS-MPC的功率跟踪目标函数最小值求解,精确计算变换器输出电压矢量的扇区,接着根据扇区确定控制周期作用的两个有效矢量和零矢量,最后利用3个矢量的功率跟踪差值计算各电压矢量的作用时间。通过仿真验证,与传统FCS-MPC相比,所提方法能实现开关频率的固定,减小功率脉动,提高整流器的输出性能。