《航空高压直流供电系统中三相Vienna整流器 的控制策略研究》之三 ——电网不平衡时Vienna整流器的滑模控制策略和稳定工作条件

针对电网不平衡的问题,提出了一种基于滑模控制的抑制有功功率二次谐波的策略。首先,通过公式分序法提取了交流侧电压、电流的正负序分量,并推导了电网不平衡时瞬时功率的计算方法;在此基础上,根据抑制有功功率二次谐波的要求,改进了电网平衡时的双闭环滑模控制策略,并根据空间矢量调制的特点和交流侧电流、参考电压的位置关系,确定了上述控制策略下Vienna整流器的稳定工作条件。仿真和实验结果表明,当电网不平衡度和正负序电压初相位满足稳定工作条件时,Vienna整流器的交流侧电流能够保持正弦化,且谐波含量较低。     

基于功率平衡的PWM整流器不平衡控制策略

为抑制三相电压型PWM整流器的直流输出电压谐波,根据功率平衡原理,提出了一种基于正负序控制器的不平衡控制策略.该策略由瞬时功率相等的原则,推导出输入电流正负序分量指令值,构建正负序两个控制器分别对电流正负序分量进行调节,采用普通的前馈解耦和PI控制器就可获得良好的控制性能.仿真结果表明提出的控制策略能够很好地抑制直流输出电压谐波.     

基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略

传统的有限集预测功率控制应用在Vienna整流器时,在电网不平衡条件下输入电流将产生大量的三次谐波,严重影响Vienna整流器的正常工作。提出了一种基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略,内环采用新型有限集预测功率控制(new-finite control set-model predictive direct power control,N-FCS-MPDPC),外环采用线性自抗扰控制(linear auto disturbance rejection control, LADRC)。通过引入重新定义的无功功率,使得在电网不平衡时能够同时有效控制瞬时有功功率二次谐波和瞬时无功功率二次谐波,实现了Vienna整流器在电网不平衡条件下的正常工作。电压外环采用线性自抗扰控制,还可以克服PI控制存在的电压超调和动态响应慢的问题;同时,其在电网不平衡条件下也具有较好的鲁棒性和较快的跟踪性能。最后,在Simulink中搭建了三相Vienna整流器的仿真模型,对所提控制算法进行了验证。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器控制

在直驱风力发电系统控制中,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制策略,因此快速而准确地检测电网基波电压的大小和相位在网侧变流器同步化设计中是很关键的。介绍基于对称分量法的同步坐标系锁相方法和双同步坐标系解耦锁相方法;研究在不平衡电网电压下变流器中使用的2种不同电流控制器的性能,这2种控制器是基于正参考坐标系和负序分量前馈控制(VCCF)的电流控制器和基于正负序参考坐标系(DVCC)的双电流控制器。仿真和实验结果表明:在电网电压出现不平衡时,精确地检测电网电压基波的正、负序分量并且使用正负序旋转坐标系下双电流控制策略,在网侧变流器控制中起到了一个很关键的作用。     

基于中点电位平衡的三相Vienna整流器控制策略研究

针对传统控制策略中存在的问题,分析了Vienna整流器数学模型,提出了一种电压外环比例积分电流内环比例积分谐振(PIR)控制策略来改善系统性能,并介绍了中点电位平衡控制策略。将PI控制器与PR控制器组合成PIR控制器,该控制器同时具有PI控制器稳态性能良好以及PR控制器抑制交流谐波分量的特点。所提比例积分PIR控制具有无静差跟随交流信号、抑制输入侧电流谐波、直流侧电压稳定快且上下电容电压近乎相等等优点。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略优越性。     

电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构,因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动,设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离,然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中,通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律,有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

不平衡电网电压下永磁直驱风力发电系统网侧变流器控制策略

建立了电网电压不平衡环境下永磁直驱风力发电机电网侧变流器的数学模型,分析了直流侧电压2倍频分量产生机理,讨论了并网电抗器上的功率波动对网侧变流器双电流控制策略的影响。为抑制不平衡电网电压下直流侧电压2倍频分量,在计及并网电抗器上功率波动的基础上,提出了一种基于正负序电压分别定向的双电流控制策略,并引入了并网电抗器上功率波动修正量对控制算法中的参考电流进行修正。仿真结果表明所提控制策略不仅能有效地控制正负序电流、抑制直流侧电压的2倍频分量,还能减少并网电流的谐波含量。     

电网不平衡故障下风电并网变流器的控制综述

在电网电压发生不平衡故障情况下,由于引入了负序分量,导致了直流母线电压以及并网变流器输出功率产生二倍频的波动,交流输入电流产生谐波畸变。为了保证风电系统在电网不平衡故障下正常运行并提高风电并网变流器的并网电流质量,研究电网不平衡故障下的风电并网变流器控制策略已成为了迫切需求。在电网不平衡故障下,针对正负序分量的分离、控制目标的选取、电流参考值的计算、电流内环/功率内环的控制以及谐波控制等并网变流器控制的关键技术方面,对现有文献的控制策略进行综述。     

电网电压不平衡情况下三相并联型PWM整流器的控制策略

电网电压不平衡情况下的并联型PWM整流器控制策略是保证其安全稳定运行的关键技术。传统控制算法存在坐标变换运算量大、控制结构复杂、直流母线电压波动以及电网电流畸变等问题,为此提出了一种基于静止坐标系下的并联型PWM整流器控制策略,建立了电网电压不平衡情况下的数学模型,给出了抑制正序、负序和零序环流的基本原理,提出了直流电压外环采用比例积分谐振控制器和网侧电流内环采用比例反馈谐振控制器来消除直流母线电压波动和网侧电流谐波的控制方法,给出了PWM整流器并联运行的整体控制框图,设计了比例反馈谐振控制器参数。最后,通过仿真软件进行了仿真研究,仿真结果研究了所提出算法的可行性和有效性。     

电网不平衡条件下PWM整流器最优化控制策略研究

整流器的控制策略和控制结构对于整流器的控制效果有着决定性的作用.针对电网电压不平衡的实际情况,以往的电压源型PWM整流器的控制策略,都是建立双电流矢量内环对交流测电流波形、输出直流侧电压进行最优化控制.但是这种控制策略需要对正负序电流进行分别控制,系统过于复杂而实现困难.提出了基于网侧交换功率平衡的控制策略.设计的PI+R控制结构改进了传统单-PI控制结构带来的控制局限性,既实现了系统的高功率因数运行,直流侧输出电压高稳态精度的控制要求,又能保证系统低谐波含量.仿真和试验的数据都验证了这一方法的优越性,它具有更加简单有效的控制结构,也具有更好的针对不平衡电网的适应能力.     

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。     

三相电压源型PWM整流器不平衡控制策略研究

主要研究了PWM整流器在电网电压不平衡时的数学模型和基于该数学模型的控制策略.首先,分析了PWM整流器在不平衡时用正序电动势、负序电动势和零序电动势描述的数学模型.然后,利用网侧功率平衡原理设计了电流指令计算方法.基于这种方法,设计了正负序电流独立控制的功率平衡控制策略.正负序电流独立控制最后将正负序电压信号合成为一个电压信号.通过仿真,进一步验证了该方法是可行的.     

三相电压源型PWM整流器不平衡控制策略研究

主要研究了PWM整流器在电网电压不平衡时的数学模型和基于该数学模型的控制策略。首先,分析了PWM整流器在不平衡时用正序电动势、负序电动势和零序电动势描述的数学模型。然后,利用网侧功率平衡原理设计了电流指令计算方法。基于这种方法,设计了正负序电流独立控制的功率平衡控制策略。正负序电流独立控制最后将正负序电压信号合成为一个电压信号。通过仿真,进一步验证了该方法是可行的。     

采用占空比前馈的VIENNA整流器平均电流PR控制

针对VIENNA整流器采用传统比例积分(PI)控制器跟踪正弦电流信号存在稳态误差及比例谐振(PR)控制器输入电流过零畸变问题,提出引入占空比前馈的平均电流PR控制策略,同时为进一步减少甚至消除网侧电流谐波分量,电流内环采用了基于PR控制器的并联多次谐波补偿器。结果表明所提控制策略系统响应快速、有效实现了三相三电平VIENNA整流器输入网侧电流无静差跟踪,直流输出电压平衡度好、抗扰性能优良。     

电网电压畸变下电流型PWM整流直流侧恒流控制

针对电网电压畸变下电流型PWM整流器直流侧含有较大的低次谐波,传统的控制策略需要复杂正负序分解,坐标变换和解耦控制。提出了一种无需锁相环的电流型PWM整流直流侧恒流控制策略,推导出直流电流平方的功率外环控制,直流侧采用恒流控制,取代传统的PI控制;电流内环采用比例谐振和谐波补偿控制实现对网侧电流的无差跟踪。该控制算法基于静止坐标系下,无需锁相环、坐标旋转变换和解耦控制,简化了控制模型。仿真和实验也验证了该控制策略的正确性。     

电压不平衡条件下并网逆变器的直流电压控制

电网电压不平衡时,逆变器的并网功率中含有的二倍频谐波分量使得直流电压波动,影响其稳定性和并网质量。在不平衡电网电压条件下进行逆变器直流电压动态过程及其对输出性能影响的分析,在平衡的电网电压条件下的逆变器PQ控制模型基础上引入一个负序控制环,正负序叠加控制和直流电压控制改善了逆变器的控制效果,使得直流电压和并网功率波动更小,同时直流侧电容电压波动的减小也降低了逆变器并网电流中的3次谐波分量。仿真结果验证了并网逆变器控制策略的有效性和优越性,该方法能够提高了逆变器在电网电压不平衡条件下的稳定运行能力。     

电网不平衡条件下STATCOM的非线性控制

在电网电压不平衡条件下,以网侧各相单位功率因数为补偿控制目标,提出了基于虚拟导纳的静止同步补偿器(STATCOM)无源控制方法,可保证输电线路有功损耗最小。在dq同步旋转坐标系下,建立了不平衡条件下STATCOM的数学模型,构造出相互独立的正负序双电流环系统,以便于控制系统设计。基于无源性理论,利用能量成形和阻尼注入方法,分别对正负序电流环设计了控制器。给出了STATCOM直流侧电压与虚拟导纳的数学关系式,阐明了虚拟导纳电流控制的合理性和可行性,并设计了直流电压外环比例积分控制器。仿真实验结果表明,所提控制策略可实现电网电压不平衡条件下STATCOM对无功负荷的快速补偿,同时可保证网侧各相均实现单位功率因数控制。     

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。     

不平衡电压下利用降阶谐振控制器的新型VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)在电网电压不平衡条件下逆变器输出电流存在严重畸变和有功、无功功率存在振荡等问题,利用比例积分降阶谐振(PI-ROR)控制器对传统不平衡电压下VSG控制策略进行改进。PI-ROR控制器不需进行电流、电压正负序分离计算就可实现对负序分量的无差控制,因而可将正序、负序电流放到同一dq轴上进行统一控制,与传统的正负序分别控制相比,不仅降低了电流环控制结构的复杂程度还避免了大量正负分离计算带来的控制延时。通过仿真证明PI-ROR控制器与恒有功、恒无功及电流平衡3种控制目标结合,可改善VSG在不平衡电压条件下的稳态、暂态性能。     

直驱型风力发电变流器低压穿越控制策略研究

研究了直驱型风力发电变流器系统低压穿越控制策略。首先提出了一种对三相电量进行快速准确的正负序分离软件锁相环。在此基础上,为消除直流电压的二次谐波,采用正、负序双电流内环控制不对称运行控制策略。正负序分离软件锁相环采用了正负序级联延时信号消除法,能够实现对三相电压电流基波正负序分量在同步旋转坐标下的快速提取,并且通过选择不同的参数,可以滤除任何次数谐波的干扰。该方法无需采用滤波器,从而同时具备了稳态精确性和动态快速性。现场实验结果表明,该软件锁相环为三相并网型风力发电变流器在电网发生跌落及谐波畸变时提供了良好运行控制提供保障,正负序双电流内环不对称运行的控制策略保证了在电网电压不对称跌落时的正负序分离控制,消除了直流电压的二次谐波。