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。     

不平衡电网下并网逆变器功率模型预测控制

当电网电压不平衡时,并网逆变器侧有功/无功功率波动、并网电流谐波显著增加。为解决该问题,提出一种新型的模型预测功率直接控制策略MPDPC(model predictive direct power control)。在该控制策略中,采用电网电流、电网电压及其1/4周期延迟信号和电容电压差搭建功率模型;然后选择功率模型预测控制中最优的开关状态,有效地消除了逆变器输出有功功率2倍频脉动,电流谐波,实现给定有功功率和无功功率的精确跟踪。仿真和实验结果表明,该方法能消除电流谐波,实现三相电流基本平衡。     

单相PWM整流器两矢量有限集模型预测电流控制

为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-based finite-control-set model predictive current control)方法。该方法根据整流器的3种电压矢量进行扇区划分,并在每个开关周期内同时作用一个扇区内的2个边界矢量;结合电流误差评价函数,求解出各扇区边界电压矢量的最优作用时间;最后采用电流误差评价函数值最小的扇区边界矢量,并通过调制模块产生相应开关信号。为验证所提方法的正确性和有效性,在小功率实验平台上对该TV-FCS-MPCC与传统FCS-MPCC方法进行了实验对比研究,研究结果表明:TV-FCS-MPCC方法可以有效实现单相PWM整流器的控制目标,与传统FCS-MPCC方法相比,所提方法可以实现开关频率的固定,并降低网侧电流THD。     

一种新型三相电压型PWM整流器无差拍预测直接功率控制

传统三相电压型PWM整流器无差拍预测直接功率控制在理想电网下具有网侧电流谐波含量低、瞬时功率脉动小和开关频率固定等优点。但三相电网不平衡时,如果仍然采用传统控制策略,将导致网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大。为此,采用新型瞬时功率定义,提出一种新型无差拍预测控制策略。新型控制策略以消除瞬时有功功率中二倍频分量为控制目标,结合PWM整流器的功率控制模型,获取下一周期电压矢量参考值,并利用空间矢量脉宽调制来生成该矢量。此外,引入了准积分反馈校正环节,在每个周期对新型瞬时功率的预测给定值进行修正。仿真和实验结果表明,新型控制策略能有效抑制电流谐波分量以及瞬时功率脉动,实现电网平衡和不平衡下的正常工作。     

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。     

三相四线制三电平整流器小信号模型与改进控制

在分析三相四线制二极管中点箝位型(NPC)三电平整流器小信号交流模型的基础上,以电网电流正弦且单位功率因数运行为目标,在dq0坐标系下,提出基于复矢量解耦的PI+谐振控制的电流控制策略,以零极点相消的方法设计PI控制器;引入2倍基波频率的谐振控制器,以抑制硬件参数分散性和电网电压不平衡导致的网侧负序和3次谐波电流。为了解决不平衡负载引起的整流器正负母线电压不均的问题,在总压控制环的基础上,将正负母线电压差作为反馈量构建均压控制环路,实现直流侧电压均衡。最后,在10 kW的三相四线制三电平整流器+逆变器平台上进行实验验证,结果表明,在提出的控制策略下,整流器网侧电流质量高,输出的直流母线电压稳定且均衡。     

考虑中点电压平衡的三相四开关变换器模型预测电压控制

三相四开关变换器作为三相六开关变换器的容错结构,在离网模式下,直流侧电流经电容流入故障相,导致直流侧中点电压不均衡,进而降低了负载侧电能质量,影响电容器寿命。针对此问题,设计一种考虑中点电压平衡的模型预测电压控制策略。首先,对离网模式下的电压矢量进行分析,建立αβ两相静止坐标系下的电压预测模型。在此基础上设计中点电压平衡控制,通过低通滤波器提取直流侧电容中点电压偏差值中的直流分量,经预测模型计算得到电流补偿值。将其代入价值函数求解最优电压矢量,进行模型预测电压控制,实现三相四开关变换器离网模式操作。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真及实验,验证了所提出控制策略的有效性。     

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。     

谐波振荡抑制式电流源型整流器模型预测控制策略

电流源型整流器（current source rectifier,CSR）具有短路保护和降压能力等特点，可应用在直流微电网、数据中心和电机驱动等领域。电流源型整流器的交流侧采用LC二阶滤波器，传统控制器的设计面临着谐波振荡及参数整定难题。为此，提出一种面向谐波振荡抑制的模型预测控制方法。对影响谐波振荡现象的直流电流与滤波电容电压进行研究，提出预测方法；在此基础上，建立价值函数，并提出相对应的模型预测控制策略（model predictive control,MPC），通过该控制方案，CSR能够得到较好的稳态表现及动态响应，在运行于单位功率因数的同时，可以抑制谐波振荡现象的发生。最后，使用MATLAB搭建仿真模型，对所提控制策略的有效性进行验证。     

电容均压三相四开关变换器预测功率控制

三相四开关变换器直流侧分离电容电压不平衡,将降低其并网电能质量,缩短电解电容寿命。针对该问题,提出了一种直流侧分离电容电压均衡的模型预测功率控制策略。基于αβ两相静止坐标系分析电压矢量,建立功率预测模型。由于直流侧电容中点电压偏差值含有交流分量和直流分量,使用低通滤波器提取直流分量后计算功率补偿值,并计入给定功率,进行模型预测功率控制,实现直流侧分离电容电压均衡。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真和试验对其动、静态特性进行分析,验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

三相四开关APF的SVPWM优化策略研究

针对三相四开关并联型有源电力滤波器(TFSAPF)的直流侧电容电压变化问题,通过分析不同开关模式的电路结构,总结了直流侧电容电压变化的原因,并给出了TFSAPF4个模值不全相等的有效空间电压矢量对直流侧电容电压的影响。提出了通过检测电容电压差值和电容电流方向来选择不同的等效零矢量以平衡直流侧电压的SVPWM优化策略。针对直流侧中点电位偏移问题,设计了一种基于检测电容中点电流平均值的直流侧电压偏置补偿器。相关的仿真与实验结果均证明了该SVPWM优化策略的可行性和有效性。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构。针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法。首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流。其次,建立容错变换器功率预测模型,利用重构电流参与容错变换器的模型预测控制,应用使代价函数取得最小值的开关矢量。最后,搭建仿真和实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效,输出功率稳定,实现了并网变换器在桥臂和传感器双重故障下的容错运行,提高了系统的可靠性。     

桥臂损坏下三相PWM整流器的容错及其控制策略

给出了具有容错能力的三相PWM整流器拓扑结构,分析了整流器桥臂损坏后的容错过程.对容错后重构的四开关三相PWM整流器特点及影响其性能的电容电压波动问题进行了讨论.同时,给出了用于该四开关整流器的滞环电流比较和矢量控制2种控制策略,并分析了二者的优缺点.最后,采用仿真工具Saber搭建了试验平台,仿真结果证实了容错后的四开关整流器运行正常,给工程设计与应用提供了可靠依据.     

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

基于矢量解耦控制的风电并网逆变器研究

三相PWM逆变器是风力发电并网系统的主要部分,开发高性能的逆变器控制策略已成为研究的重点.在对风力发电并网逆变器系统数学模型分析的基础上,对逆变器在三相同步旋转坐标系下的数学模型进行了推导与分析,提出了一种矢量解耦控制策略,对直流侧电容电压的平衡进行了分析与补偿设计,给出了矢量解耦控制算法的软件流程.实验结果表明,该控制策略能获得较好的控制性能,并能实现单位功率因数校正.该逆变器运行效率高,可靠性好.     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

三相电压型PWM整流器的一种改进前馈控制策略

针对三相电压型PWM整流器受到负载扰动和电网波动的影响较大问题,在分析其数学模型的基础上,根据输入输出之间的功率平衡关系,提出了一种改进的前馈控制策略。前馈信号同时包含了电网电压和负载的信息,通过快速调节交流侧进线电流,使得系统功率平衡得以维持。在所搭建的实验室平台上做了相应的模拟实验,验证了控制策略的有效性,提高了系统对负栽扰动和电网波动的抗干扰能力。     

三相电压型PWM整流器控制特性

基于三相电压型PWM整流器的工作原理,研究了PWM整流器的四象限运行的工作状态,并在此基础上提出PWM整流器网侧呈现受控电流源、且电流和功率因数均可控的特性,这使得整流器可以灵活地在各种工作状态间切换。针对PWM整流器网侧功率因数控制的要求,指出PWM整流器需工作在升压状态,且推导出其保持正常运行时直流电压与交流输入电源电压的比值应大于一个临界升压系数。提出了基于空间矢量算法的PWM整流器阶段电流控制策略:升压系数较大时采用单位功率因数控制模式,升压系数较小时则切换至滞后功率因数控制模式。设计并搭建了基于DSP数字化的三相电压源型PWM整流器的物理平台,实验波形验证了PWM整流器自身运行特性与其工作在临界升压系数时电流控制策略的切换控制的正确性。     

具有共模电压抑制能力的PMSM混合模型预测转矩控制

模型预测控制（MPC）动态性能优越、抗扰动能力强，但零电压矢量的使用可引起较大的共模电压，产生轴电流、电磁干扰等问题。基于等效零矢量的多矢量合成MPC虽可抑制共模电压，但需在同一周期使用多个有效矢量，导致开关频率高、系统效率低。因此，提出一种用于永磁同步电机（PMSM）的混合模型预测转矩控制（MPTC）策略，针对不同幅值的参考电压，分别使用虚拟矢量和多矢量合成2种电压矢量生成方式，可用较低的平均开关频率实现共模电压抑制，并保证良好的动、静态转矩控制性能。此外，通过改变控制模式的切换条件，可实现开关频率和转矩脉动的灵活切换。最后，仿真验证了所提方法的有效性。