一种用于三相电压型PWM整流器的新型三矢量模型预测直接功率控制

三矢量模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)已应用于三相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,在理想电网条件下取得了良好的控制效果;但是在电网不平衡条件下,常规三矢量MPDPC存在网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大等问题。为此,提出一种新型三矢量MPDPC策略,采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,以新型瞬时有功和无功功率误差构成目标函数,通过求解目标函数最优的方式来选择矢量和计算矢量占空比。在电网不平衡条件下,以三相电压型PWM整流器为研究对象,对传统MPDPC策略和新型MPDPC策略进行了仿真与实验测试。结果表明:与传统MPDPC策略相比,采用新型MPDPC策略时网侧电流谐波含量低,并消除了新型瞬时有功和无功功率中的2倍频振荡分量。     

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。     

电压型PWM整流器模型预测直接功率控制

对电压型PWM整流器进行了数学建模,然后在两相静止坐标系下建立了预测功率模型,在此基础上提出了优化的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)策略。该方法用电网电压矢量作为基本控制矢量,利用功率预测模型和功率误差最小原则,得出目标控制电压矢量公式,结合空间矢量脉宽调制实现模型预测功率控制。同时针对实际系统中的一步延迟设计了延时补偿方案。此外,在系统中引入重复控制对每个采样周期系统的有功、无功功率进行优化。仿真和实验验证了表明所提出的方法的可行性。     

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。     

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。     

基于模型预测的MMC-RPC直接功率控制策略

为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理,在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC（model predictive direct power control）结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器 MMC-RPC（railway power conditioner with modular multilevel converter structure）。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数,并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿,以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型,并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比,验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。     

不平衡电网下三相PWM整流器预测直接功率控制

三相脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)整流器中,当电网电压不平衡时,传统的预测直接功率控制(predictive direct power control,PDPC)策略导致输入电流严重畸变,另外,网压传感器使整个系统变得更复杂,且耗费成本.为了改善PWM整流器输入电流质量,并降低系统成本...     

基于三矢量的三相PWM整流器低复杂性模型预测直接功率控制

有限控制集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control,FCS-MPDPC)在每个采样周期中仅输出单一离散电压矢量,功率控制精度差,而且需要大量的计算来选择最优电压矢量。针对上述问题,该文在研究脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器功率预测模型的基础上提出一种基于三矢量的三相PWM整流器低复杂度模型预测直接功率控制(low complexity model predictive direct power control,LC-MPDPC)方法。该方法以同步旋转坐标系下的负共轭复功率作为控制变量,通过计算直接获得目标电压矢量扇区位置;然后采用有功、无功功率误差最小的原则来计算各离散电压矢量作用时间;最后将其转换为开关状态作用于PWM整流器。为了验证所提控制方法的控制效果,与FCS-MPDPC方法进行对比分析,表明该文所提LC-MPDPC方法较FCS-MPDPC具有更好的功率控制精度。     

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。     

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。     

基于PWM整流器双PFC模型的电机能量回馈系统

用PWM整流器取代通用变频器的二极管整流电路,采用双PWM整流器/逆变器,设计了电机能量回馈系统。通过分析PWM整流器的数学模型,提出了一种基于α-β静止参考坐标系的PWM整流器双功率因数校正变换器(PFC)定频控制策略。在两相静止坐标系中将PWM整流器等效为2个与传统单相PFC类似的电路结构,然后根据电压空间矢量调制理论,分析了开关信号由两相静止坐标系到三相静止坐标系变换的控制策略。实验结果表明,该系统不仅能够将电机机械能转化的电能有效地回馈到电网,而且能够有效抑制注入电网的谐波,实现网侧单位功率因数控制。     

神经PID控制在SVPWM整流器VFDPC中的应用研究

分析了PWM整流器虚拟磁链直接功率控制(VFDPC)的工作原理,得出了基于虚拟磁链观测的瞬时功率估算式。设计了2个高通滤波器级联构成的二阶环节代替纯积分器滤除直流分量来解决虚拟磁链观测中存在的因积分初值选取不当造成的直流偏移问题。为提高PWM整流器直流电压稳定性,在电压外环设计了神经PID控制器。仿真结果表明,与传统PID控制相比,基于神经PID控制的SVPWM整流器直接功率控制系统直流侧电压稳定、动态性能更好。     

基于重复和PR复合控制的单相PWM整流器的研究

如何减少交流侧电流谐波对电网的影响,是PWM整流器控制的关键问题。针对谐波产生的主要原因,提出了基于重复和PR的复合控制策略。PR控制实现了对正弦电流的无静差跟踪,重复控制利用其内模实现了对谐波扰动的记忆和修正。并基于MATLAB对单相PWM整流器进行了仿真,对比了PR控制、重复控制和基于重复和PR复合控制三种方案的仿真和实验结果,复合控制策略使得交流侧电流谐波少、动态响应快,对电网谐波扰动有更好的抑制效果。     

PWM整流器在旋转导向中的应用研究

论述了PWM整流器与传统整流器在旋转导向中的优缺点;推导三相电压型PWM整流器（VSR）在同步旋转坐标系下的数学模型,采用双闭环PI控制结合SVPWM的控制策略,并对SVPWM控制的实现过程进行了详细介绍,最终通过MATLAB Simulink搭建仿真模型,对电源侧电压波形、电流波形、直流侧输出电压波形以及电源侧电流FFT进行分析,仿真结果表明该控制策略能实现电源侧电压与电流相位同步,谐波含量低以及直流侧电压快速达到给定值,从而满足了旋转导向系统的供电稳定性。     

移动电站直流并联功率分配研究

在分析了交流电源直接并联存在的不足的基础上,提出了采用三相PWM整流—并联—PWM逆变的供电模式。三相PWM整流器输出的直流电压含有谐波导致直流电压不断脉动,交流电源通过三相PWM整流器进行直流并联时,必须考虑电压脉动的影响。针对此问题,通过在整流器输出侧添加电阻的方式,抑制了电压脉动对并联稳定的影响;分析了并联模块接入时机对并联过程的影响;提出了一种实现并联条件下,单个模块输出功率自由分配的控制方式。最后,通过仿真验证了该控制方式的可行性。     

三电平空间矢量脉宽调制整流器的简化控制算法

针对二极管箝位型三电平PWM整流器,根据其在同步旋转由坐标系中的数学模型,采用有功、无功电流解耦的双闭环控制策略,并提出一种简化的三电平空间矢量脉宽调制（SVPWM）及中性点平衡控制算法,解决了传统三电平SVPWM算法计算量火,难以实现实时控制以及中性平衡控制复杂的问题。仿真结果表明,摹于简化控制算法的二极管筘位型三电平SVPWM整流器直流电压稳定、功率因数高、交流侧电流谐波含量低、能量双向流动,可广泛应用于高压、大功率整流场合。     

采用参数辨识及新型主动阻尼控制的LCL滤波脉宽调制整流器

采用LCL滤波器的脉宽调制整流器一般需要检测电网电压、电流及直流母线电压,为抑制谐振还需检测交流滤波电容支路电压或电流。过多的传感器增加了整流器成本,且检测所得电网电压实际易受电网内感抗干扰,影响整流器稳定运行。首先提出一种基于电网参数辨识的虚拟磁链定向控制方法。在整流器启动之前,采用遗传算法辨识电网感抗、频率、幅值和初始相位角等参数,以获得虚拟磁链及其初值的精确观测。为抑制LCL滤波器谐振,提出一种通过一阶高通滤波器回馈整流器侧电流高频分量的新型有源阻尼控制方法,建立频域模型,分析高通滤波器参数对谐振抑制效果的影响。所提控制策略只需检测直流母线电压及整流器侧两相电流,省去了电网电压传感器及交流滤波电容支路电压或电流传感器。仿真和实验分析证实了该控制策略有效性。     

基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究

基于电网电压矢量定向(VOC),考虑PWM整流器结构与交流电机电路结构的相似性,采用类似交流电机磁链观测的方法,构造电网的虚拟磁链作为矢量控制的定向,建立通用的虚拟电网磁链定向(VFOC)的双闭环矢量控制系统。与传统的VOC方案相比较,VFOC方案可以省去交流电网电压传感器,既可以节省空间又可以降低成本。为了解决在观测虚拟电网磁链的过程中,初始值偏差对控制效果的影响,提出一种抗积分饱和的初始值观测处理方法,可以有效地解决初始值给虚拟电网磁链观测器带来的误差。试验验证了采用VFOC可以实现单位功率因数PWM整流控制,且控制器具有较好的静态稳定性和动态快速性。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

电网电压不平衡下直接功率矢量控制

基于三电平PWM整流器的数学模型,结合瞬时功率理论得到了三电平PWM整流器的功率数学模型。通过对电网电压不平衡时整流器进行分析得到了功率表达式。根据功率数学模型提出了用于电网电压不平衡抑制交流侧三相电流负序分量的DPC-SVM控制策略。仿真和实验结果表明,此处提出的控制策略能有效抑制交流侧负序电流。