NPC 三电平逆变器供电的永磁同步电动机伺服系统

主要研究了采用中点箝位型(NPC)三电平逆变器供电的永磁同步电动机(PMSM)伺服系统;电动机采用转子磁场定向的矢量控制.为了达到控制目的,在三电平逆变器SVPWM调制算法的基础上,引入了零序电压注入法和电容电压前馈法.这种方法较好地控制了中点电位的偏移,以期降低逆变器输出电压谐波含量,改善电动机定子电流波形,这将减小电动机转矩脉动,改善电动机控制性能.     

无速度传感器三电平逆变器异步电动机直接转矩控制系统(II)——基于全阶定子磁链观测器的参数和速度辨识

在固定合成矢量的控制算法基础上,提出了一种基于定子磁链的自适应全阶观测器的三电平逆变器供电异步电动机直接转矩控制(DTC)方法,在准确观测磁链的同时能够进行电动机定子电阻和转子转速辨识。实验结果证明本文提出的方法实现了三电平逆变器供电异步电动机高性能无速度传感器直接转矩控制系统运行。     

无速度传感器三电平逆变器异步电动机直接转矩控制系统(Ⅱ)--基于全阶定子磁链观测器的参数和速度辨识

在固定合成矢量的控制算法基础上,提出了一种基于定子磁链的自适应全阶观测器的三电平逆变器供电异步电动机直接转矩控制(DTC)方法,在准确观测磁链的同时能够进行电动机定子电阻和转子转速辨识.实验结果证明本文提出的方法实现了三电平逆变器供电异步电动机高性能无速度传感器直接转矩控制系统运行.     

三电平NPC逆变器的SHEPWM和DPWM切换策略研究

三电平中性点箝位(neutral point clamped,NPC)逆变器在中压大容量场合中广泛应用。中压开关器件的开关损耗较大,开关频率较低,采用特定谐波消除脉宽调制(selective harmonic elimination PWM,SHEPWM)可消除输出电压中大部分低次谐波,提高电流波形质量。但三电平拓扑存在中点电压偏移的问题,该调制实现中点电位调节较困难。利用注入零序电压能够实现断续脉宽调制(DPWM),注入不同的零序电压会使中点电位偏移不同。提出SHEPWM和DPWM切换策略,稳态下使用SHEPWM实现高质量电流输出,出现中点偏移时再切换到不同的DPWM实现调节。结合两者优点,在维持开关频率恒定的前提下实现高质量的稳态电流和良好的中点电位调节能力。最后,搭建2.5 MW三电平NPC逆变器仿真模型,验证所提切换策略的正确性和有效性。     

三电平逆变器异步电动机直接转矩控制系统(I)--单一矢量法

三电平中点钳位逆变器(NPC)广泛应用于中压变频调速系统,具有对器件耐压要求低,输出谐波含量低,控制性能好等优点.其主要问题是如何避免中点电压的漂移,以及防止输出电压有过高的瞬时跳变.提出一种三电平异步电动机直接转矩控制(DTC)系统,即基于单一矢量的控制算法.该方法有效地控制了三电平逆变器的中点电压,并抑制了输出电压的跳变,从而满足了实际运行的要求.仿真结果表明,本文的方法在三电平逆变器供电的异步电动机上有效地实现了DTC系统,并能达到较好的控制性能.     

高性能中高压三电平异步电动机矢量控制系统

二极管钳位型多电平变换器具有器件耐压要求低、输出谐波含量低、结构简单等优点,在高性能中高压变频调速系统中有着广阔的应用前景。为改善目前国内多电平变换器调速系统的性能,提出了一种基于三电平中性点箝位式逆变器的异步电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的间接转子磁通定向矢量控制模式,由磁通模型计算得到转子磁链幅值和位置角。逆变器控制采用基于60°坐标系的快速空间矢量脉宽调制算法,在矢量选取和作用时间计算方面十分简单。针对电机运行时有功功率的输出导致直流侧电容电压失衡的问题,通过检测电容电压和中性点电流方向来调整冗余矢量的作用时间,稳定中性点电位。仿真结果验证了该算法在三电平逆变器供电的异步电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制系统

将模型预测控制应用于电机调速领域,对三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制(MPDTC)系统进行了研究.MPDTC系统利用感应电机的离散化数学模型对三电平逆变器27种电压空间矢量对应的定子磁链和转矩未来状态进行预测,构造定子磁链和转矩的给定值与预测值偏差的目标函数,滚动优化,选取最优开关状态,实现对转矩和磁链的有效控制.仿真结果表明MPDTC策略具有转矩动态响应快,速度和定子磁链跟踪性能好,转矩脉动较小等优点.     

感应电机准无差拍模型预测电流控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器驱动的感应电机模型预测电流控制,为了缩短其在线优化耗时、提高控制性能,提出了一种感应电机准无差拍模型预测电流控制策略。建立感应电机数学模型,对电流未来值进行预测。利用无差拍原理求出给定电压,选取给定电压所在小扇区的电压矢量,建立目标函数进行滚动优化,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器未来输出状态。同时引入全阶闭环磁链观测嚣,提高磁链观测的准确度;进行系统延时补偿,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,基于此种控制策略的调速系统,计算耗时小,转矩和电流动静态性能优良。     

基于虚拟矢量三电平NPC逆变器SVPWM调制算法

针对传统的三电平NPC逆变器SVPWM算法存在中点电压不平衡的原因,讨论了基于虚拟矢量SVPWM调制算法。分析了该算法利用三相零序电流分量为零的原理,能实现对中点电压的完全平衡控制,实验结果验证了该算法的可行性和平衡控制的有效性。     

终端级联式三电平逆变器降频调制方法研究

终端级联式三电平逆变器通过两台两电平逆变器输出端经过负载级联而成,与传统二极管钳位型(NPC)三电平逆变器相比,其最大优点在于不需要控制中点电位平衡。但是采用共母线结构的终端级联式三电平逆变器存在零序环流问题,通过改变冗余小矢量的作用时间来实现零序电压在平均意义上的消除,进而抑制零序环流;为降低开关器件的开关损耗,通过交替钳位控制两台逆变器的输出状态,使得开关器件的开关频率降低一半。搭建了仿真模型与实验平台,对该算法进行了仿真与实验验证,结果表明该算法可以兼顾零序环流抑制和开关频率减半。     

基于空间电压矢量120°解耦的开绕组异步电机双三电平逆变器零序电压消除

由于开绕组异步电机双三电平逆变器系统存在很大的零序电压,导致整个系统在单一直流电压源供电模式时,容易形成零序环流损坏半导体开关器件和开绕组电机绝缘,只能动态地消除系统零序电压的平均值,不能抑制其瞬时值,即在一个开关周期内只能通过改变小矢量的作用时间,使其每个逆变器的零序电压平均值为零。提出一种新的消除开绕组异步电机双三电平逆变器系统零序电压的方法。该方法无需对每个开关周期内系统的零序电压进行动态抑制,直接利用统一快速算法以及空间电压矢量解耦的原理和方法将给定参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互为120°的等效参考电压矢量,并由两个逆变器分别单独产生,以此实现对双三电平逆变器系统零序电压的瞬时值的消除。仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

NPC三电平变流器中点电位平衡控制研究

三电平中点箝位型(NPC)变流器具有输出电压谐波小、器件开关损耗低等优点,作为变流器拓扑被广泛关注和研究。针对NPC三电平变流器中点电压平衡控制问题,本文通过分析NPC三电平变流器的数学模型和中点电位电压波动原理,提出一种零序电压分量注入法,并通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型,通过对比试验分析,充分验证了所提方法可以在有功、无功输出工况下,实现中点电压平衡控制,且系统运行情况良好。     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法

对于三电平中点钳位光伏逆变器,基于断续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation, DPWM)并通过选择特定矢量进行钳位控制的方法,存在矢量分解计算时间长、注入共模电压分量和漏电流过大等不足。对此,提出了一种基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法。通过计算各类DPWM等效调制波来解析注入的低频共模电压分量。针对低频共模电压分量最小的DPWM1,在低频共模电压不连续点注入新的零序分量,通过减小低频共模电压来抑制漏电流幅值。同时,采用载波实现DPWM,免去了复杂的矢量运算。最后,在Matlab/Simulink平台建立了20 kW三电平中点钳位光伏逆变器的仿真模型,同时结合所设计的125 W实验样机验证了所提方法的有效性。     

Back-to-back three-level converter controlled by a novel space-vector hysteresis current control for wind conversion systems

In this paper, a novel space-vector hysteresis current control (SVHCC) is proposed for a back-to-back three-level converter which is used as an electronic interface in a wind conversion system. The proposed SVHCC controls the active and reactive powers delivered to the grid by the doubly fed induction machine (DFIM) through the control of its rotor currents. In addition, it controls the neutral point voltage by using the redundant inverter switching states. The three rotor current errors are gathered into a single space-vector quantity. The magnitude of the error vector is limited within boundary areas of a square shape. The control scheme is based firstly on the detection of the area and sector in which the vector tip of the current error can be located. Then, an appropriate voltage vector among the 27 voltage vectors of the three-level voltage source inverter (VSI) is applied to push the error vector towards the hysteresis boundaries. Simple look-up tables are required for the area and sector detection, and also for vector selection. The performance of the proposed control technique has been verified by simulations.     

基于简化SVPWM算法双三电平变换器研究

详细分析了三电平SVPWM的简化算法,将传统两电平电压空间矢量控制算法应用于双三电平变换器。在d-q坐标系下建立基于开关函数的三电平中点钳位电压型整流器高频数学模型,在此基础上采用电压外环与电流内环的双闭环控制来实现三电平整流器的高性能特性。利用三电平矢量控制算法,实现电机的无速度传感器矢量控制。在实验室中以DSP F2812为主控制器建立实验平台,验证了采用上述算法的优越性能。     

A vector control system using a neutral-point-clamped voltage-source pwm inverter

This paper describes a vector control system of an induction machine using a neutral-point-clamped voltage-source inverter (NPC-VSI) that is one of the double series-connected inverters. The NPC-VSI is able to output five-level step-shaped line-to-line voltage without output transformers or reactors, and it may reduce harmonic currents corresponding to torque ripples. However, the NPC-VSI has a problem in that excessive high voltage is applied to switching devices when a neutral point of two dc capacitors of the NPC-VSI varies from the center of the dc link voltage, because the neutral point is floating. This paper proposes also a current controller to which the space vector theory is applied. This can reduce harmonic currents to one-fourth those of a conventional voltage-source inverter using six switching devices, and regulate the neutral point potential within a preset range. To simplify the current controller, information about voltage space vectors is given from the vector controller to the current controller. The validity of the current controller is confirmed by a prototype using an induction machine of 2.2 kW.     

中点箝位型三电平逆变器在空间矢量调制时中点电位的低频振荡

中点(neutral point,NP)电位偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器的主要缺点。该文研究NPC三电平逆变器在空间矢量调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)时的NP电位低频振荡问题。通过计算电压矢量的作用时间并引入电流矢量,建立NP电位的动态模型。分析各个矢量对NP电位的影响。高频和3倍输出频率的低频相结合,构成了NP电位的振荡模式。论文推导出NP电位在单周期内可平衡的条件和1个扇区内的可平衡条件。在实验室样机上验证所提理论的有效性与正确性。