三相电流型多电平变流器的数字控制技术

基于DSP和FPGA硬件系统,本文给出了三相电流型多电平变流器的控制系统的设计方法。文中给出一种二逻辑PWM信号到三逻辑PWM信号的数字转换方法,从而将三逻辑PWM信号的实现以及短路脉冲的分配完全移植于FPGA内部.实现了电流型多电平变流器的全数字化控制。通过一个三相电流型7电平逆变器实验.对所构造的控制系统进行了验证。     

Study on Cooperative Control Strategies of Back-to-Back DuaI-PWM Converter

以背靠背双脉宽调制（pulsewidthmodulation,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（voltagesourceconverter,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。     

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。     

基于环路统一设计的永磁同步电动机四象限矢量控制系统

永磁同步电动机(PMSM)控制系统直流侧大多由不控整流提供,不能实现电机的四象限运行,且不控整流会对电网造成污染.将PWM整流器应用到永磁同步电动机控制系统中.PWM整流器采用基于电网电压前馈的矢量控制,永磁同步电动机控制系统采用基于转子磁场定向的矢量控制,构成了永磁同步电动机四象限矢量控制系统.分析了PWM整流器和永磁同步电动机的数学模型,总结其相似性,并以此为基础对环路进行设计.最后将该控制方法应用于系统中,实现了电机的四象限运行.     

高速动车组大功率多重化四象限整流器控制方法

以虚拟d-q电流解耦控制方法为基础,介绍了单牵引变流器内两重化四象限脉冲整流器控制方法、同一控制器中载波移相的实现方法、不同控制器之间多重化四象限脉冲整流器载波移相的实现方式、四象限脉冲整流器开关频率较低时（小于500 Hz）的调制补偿方法。在实际大功率变流器上验证了该控制方法。证明该方法可以实现网侧电流谐波低、网侧单位功率因数高及直流侧电压恒定的控制目标。     

基于DSP/FPGA的级联型固态变压器控制研究

级联型固态变压器是构建能源互联网的核心设备。然而单一控制器不能满足级联型固态变压器快速控制和各开关器件PWM脉冲信号数量的要求。对此根据级联型固态变压器的基本工作原理,采用了基于DSP与FPGA的协同控制器。该协同控制器通过高性能DSP实现控制算法的快速准确计算,并使用SPI通信总线发送PWM调制信号数据至FPGA。同时利用FPGA的并行机理,更好地实现了基于载波相移技术的PWM调制,而FPGA丰富的端口也满足PWM脉冲信号的数量要求。最后在380 V/2 k W两级级联H桥固态变压器样机上进行了实验。结果表明,所采用协同控制器,既可增加PWM脉冲信号数量,也能够自主适配级联级数,实现对整个系统的综合控制,具有较好的可行性和有效性。     

基于LabVIEW的永磁同步风力发电系统研究

介绍了采用双PWM电压源型全功率变流器的永磁同步风力发电控制系统,详细分析了永磁同步电机和变流器的数学模型.根据风速模型和风力机的特性,研究了在不同风况下的变流器控制性能.利用NI公司开发的LabVIEW软件及相关硬件,搭建了基于电压源型双PWM变流器的永磁同步风力发电控制系统实验平台,并完成了整个系统的软件和硬件设计.最后通过实验平台进行实验,验证了控制策略的有效性和可行性.     

适合于多电平变流器的新型驱动方法实现及应用

多电平变流器的开关器件数目远大于常规的桥式PWM变流器,而常用的微控制芯片难以提供足够的PWM触发脉冲。适用于多电平变流器的多路PWM发生器可以通过现场可编程门阵列(FPGA)实现,为此研制了基于DSP和FPCA实现的24路PWM脉冲产生器。在单相级联H桥五电平变流器上进行了实验验证。实验结果表明:所得到的实验波形与自然采样法所得仿真波形的谐波特性很相近。     

脉冲MIG焊接电源数字控制系统设计

针对模拟控制和单片机控制的MIG焊接电源控制系统灵活性差、控制精度低及可靠性差等缺点,设计了基于32位微处理器(MCF5213CAF80)和FPGA的数字控制系统.介绍了控制系统的整体硬件电路设计方案、采样和A/D转换电路、PWM驱动电路.同时,介绍了FPGA的软件设计和在MCF5213CAF80上的嵌入式操作系统设计.实验结果表明,基于微处理器和FPGA的脉冲MIG焊接电源控制系统动态响应快、可靠性高、弧长控制稳定.     

并联双PWM变流器在低速永磁直驱风力发电系统中的应用

基于大功率低速永磁直驱风力发电系统高可靠性要求,以背靠背载波移相并联双脉宽调制（PWM）变流器作为永磁直驱风力发电功率变换单元,对变流器冗余性、并联特性、输出开关纹波特性进行了分析设计。重点针对载波移相并联单元间存在的环流问题进行了分析,提出了一种低频环流抑制方案。另外,采用基于现场可编程门阵列（FPGA）作为辅助处理器的控制器方案实现载波移相并联控制。经过实验验证了所述变流器在可靠性、环流抑制性能、谐波特性,以及硬件实现等方面均能较好地满足系统要求,可适用于低速永磁直驱发电系统。     

永磁同步直驱风力发电系统的并网变流器设计

用于永磁同步直驱风力发电系统的并网主回路,采用双PWM控制AC/DC/AC电压型变换器。在此分析了该系统的控制原理,建立了双PWM变换器的系统控制模型。利用高速TMS320F2812型DSP芯片建立了基于双PWM变换器的永磁同步直驱风力发电系统实验平台。研究了系统的控制策略。实验结果表明,所建立的发电系统实现了变速恒频发电运行,能够独立调节系统输出的有功功率和无功功率,且系统具有良好的动静态性能。     

双馈风力发电转子侧控制技术的研究

针对转子侧功率变化频繁和直流母线电压波动剧烈的问题,设计了交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的框架结构,进而对背靠背PWM变流器的控制策略进行了研究.建立了转子侧变流器控制模型,设计了基于定子电压定向(SVO)矢量控制的变速恒频双馈风力发电系统方案,构建系统模型并进行了仿真,仿真结果表明控制策略和技术的可行性,系统实现了有功功率、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪控制.     

基于情感智能控制器的统一电能质量调节器

为解决统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)直流侧电压稳定控制问题,提出一种基于大脑情感学习的智能控制器(Brain Emotional Learning Based Intelligent Controller,BELBIC)新型控制策略。基于背靠背脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)变流器结构的UPQC电路系统,采用开关函数描述方法建立并联补偿控制和串联补偿控制电路的数学模型。根据大脑情感学习(Brain Emotional Learning,BEL)计算模型的结构特点和作用机理,提出基于BELBIC智能控制的UPQC系统多目标控制框图。仿真及实验结果表明可以实现电流和电压的补偿输出,直流侧电压稳定,系统具有良好的动静态特性,验证了所提方法的正确性和有效性。     

永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略

永磁直驱风力发电系统中可采用全功率双脉宽调制（PWM）变换器作为永磁同步发电机（PMSG）的并网电路,当风速变化时,双PWM变换器的直流链电压会随着PMSG输出功率的改变而出现大幅度波动,这将不利于变换器功率器件的安全运行及整个发电系统的稳定运行。结合永磁直驱同步风力发电系统的运行特点,提出一种适用于永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略。系统仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的正确性,该方案可显著提高风速变化时双PWM变换器的直流链电压的稳定性,有助于提高发电系统的安全稳定运行能力。     

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。     

基于矩阵整流器的直流调速系统研究

对采用矩阵式变换结构的可控整流器工作原理进行了分析研究,并将其与直流调速系统相结合,提出了基于电流空间矢量调制控制策略的矩阵整流器-直流可逆调速系统。借助Matlab软件搭建控制系统仿真模型,对系统的运行性能进行了仿真实验分析。实验结果表明基于矩阵整流器驱动的调速系统达到了良好的控制效果,系统具有动态响应快、4象限运行、能量回馈以及变换器输入侧电流正弦性好、功率因数高等显著特性。     

变速恒频风力发电系统励磁变频器控制研究

将矢量控制移植到风力发电系统的控制,提出了变速恒频风力发电系统交流励磁变频器的控制方案.采用双PWM变换器结构,构建了一套基于TMS320LF2812的风力发电系统,并对系统并网控制、功率解耦控制进行了实验研究.实验结果验证了该方案的可行性.     

三相PWM整流器建模控制与实现

传统的三相电压型PWM整流器数学模型为一非线性系统,不利于补偿控制设计。通过建立输入输出能量关系,选择新的状态变量,即将输出直流电压的平方量作为状态变量,得到了d,q旋转坐标系下的三相电压型PWM整流器线性化模型。所得的线性化模型不再依赖于某个静态工作点,使得变换器的补偿设计变得简单。同时提出了变换器的控制方案,并通过实验样机验证了该线性化模型的有效性。     

小容量永磁直驱风力发电机组控制策略研究

根据最优功率曲线构建了最大功率控制模块,通过建立背靠背双PWM全功率变流器模型,实现对发电机侧输出功率和转速的控制,以及电网侧有功功率、无功功率的解耦控制。同时构建了包含传动模型和以转速为反馈量的桨距角控制模型。在PSCAD/EMTDC平台下搭建了仿真模型,结果表明,采用上述控制模型的永磁直驱风力发电机组在低风速下具有较高的效率和稳定性,验证了模型的合理性和控制策略的准确性。     

并网型电励磁同步电机风力发电控制策略研究

随着人们对新能源风能的关注,风力发电系统(WEGS)的研究早已成为热点。而电励磁同步发电机(EESG)具有功率因数可调、效率高等优点,研究其在风力发电系统中的应用有重要意义。选用背靠背双PWM功率变换器拓扑结构,详细研究机侧和网侧控制策略。为实现机侧对外输出电磁功率的快速控制,采用直接转矩控制(DTC)策略;为实现网侧直流母线电压快速平稳控制,采用电网电压定向的矢量控制策略。并在以TMS320F2812DSP为核心的全数字控制系统下进行实验,实验结果表明,所设计系统工作可靠、控制性能好。