基于改进型重复控制器的永磁同步电机电流谐波抑制方法研究

重复控制技术由于具有极低的总谐波失真,在谐波抑制领域得到了广泛的应用。然而在电机控制系统中,系统采样频率与电流谐波频率的比值不为整数时,将导致重复控制器的谐振频率偏离电机电流实际的谐波频率,从而造成传统重复控制器的电流谐波抑制能力显著降低。该文提出一种基于拉格朗日插值法的改进型重复控制器,采用基于拉格朗日插值法的分数阶延时环节,对频率比值小数部分构成的延时环节进行逼近,从而使重复控制器的谐振频率和电机电流实际谐波频率相吻合;为进一步减小电流谐波的跟踪误差,将低通滤波器移出传统重复控制内模,并通过加入相位补偿器保证了系统的稳定性。仿真与实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

三相四线制整流器网侧电流谐波分析与抑制

三相四线制整流器在轻载工况下,输入电流总谐波畸变率(THD)较大.针对此问题,这里详细分析了网侧电流低频谐波的成因,并推导了各次谐波计算公式.为有效抑制网侧电流谐波,提出了在d轴和q轴采用1/6阶重复控制,在零轴采用1/3阶重复控制的策略,并指出分数阶重复控制比准分数阶重复控制有更好的谐波抑制效果.最后搭建一台4 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性.     

基于分数阶重复PI控制的并网逆变器设计

针对三相LCL型并网逆变器并网电流中存在周期性谐波以及滤波电路产生谐振尖峰的问题,提出一种基于分数阶相位超前法的重复PI复合控制方案。采用分数阶相位超前设计,克服整数阶相位超前法相位校正精确度不高的问题,保证系统的稳态输出特性;将LCL滤波器中电容并联的电阻进行等效,替代重复控制补偿器中的低通滤波器,简化重复控制器的参数设计;在重复控制器中叠加PI控制,克服了重复控制器动态响应差的问题。通过仿真分析和实验验证,结果表明该方法提高了系统的稳态性能和动态响应速度。     

分数阶PIλ控制的双闭环有源电力滤波器

有源电流滤波器(APF)是电网中谐波抑制的一个重要装置,针对传统PI控制器性能上的不足,提出分数阶PIλ的设计思路及方法,系统采用电流内环、电压外环的双闭环解耦直接电流控制策略,双环分数阶PIλ参数采用相位及幅值裕度法整定。仿真结果表明:基于分数阶控制器的APF有更好的动、静态性能和更强的鲁棒性,滤波效果也大为提高。在负载突变的情况下与整数阶系统对比,分数阶的PIλ可以更好的实现内环电流跟踪性和外环电压的稳定性。     

微网中双向DC-AC变流器的性能优化控制

为解决用于直流微网与交流电网相连的双向DC-AC变流器因受到交直流双侧母线电压谐波的影响而导致的交流并网电流波形质量恶化等问题,首次推导了考虑交直流双侧电压谐波情况下的DCAC变流器交流并网电流的表达式,揭示了交直流双侧电压谐波影响的本质和特征。同时引入DC-AC变流器交流侧并网电流dq轴分量的比例-积分-双重复控制策略以抑制上述影响。进一步针对数字化系统中存在的系统采样频率与基波频率比为非整数造成重复控制器增益显著衰减的问题,提出基于对期望采样数据进行局部线性插值的重复控制器增益提升方法,以增强重复控制器对交流电网电压谐波的抑制性能。详细的仿真和实验结果证明了理论分析以及所提交流并网电流波形质量优化控制策略的正确性和有效性。     

基于场路耦合的永磁电机高频径向电磁力波分析

振动和噪声的大小是衡量家用变频空调压缩机品质的指标之一。针对家用变频空调压缩机出现的高频噪声问题,以一台6极9槽家用空调压缩机用永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于场路耦合法,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术及其控制策略所引入的谐波电流成分与高频声振响应特性进行研究。首先通过解析法分析了永磁电机高频噪声源的产生机理。其次从原理上阐述了电流谐波对径向电磁力波的阶次特征与频率特性的影响。然后建立了永磁电机的场路耦合模型,详细分析了不同负载工况下高频径向电磁力波频率与开关频率的关系。最后采用声振特性试验进行了验证,结果表明：场路耦合模型可以考虑电机本体、控制策略以及开关频率等非线性因素引起的高频电流谐波影响,并得出了高频径向电磁力波频率与载波频率的关系式,为永磁电机的高频噪声预测以及减振降噪提供了参考。     

低开关频率下PWM整流器电流控制策略研究

谐波污染是单相PWM整流器控制的主要问题之一,而电流控制策略是谐波抑制的重要研究方向。充分考虑低开关频率对系统性能的影响,采用提高采样频率的方法,提出一种改进的基于重复控制的复合电流控制策略。此策略抑制了低开关频率对补偿效果的影响,实现了无稳态误差控制,抑制输入电流的周期性谐波,改善了波形质量。仿真验证该控制策略是有效可行的。     

基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶PIλDμ控制研究

针对整数阶PID控制器参数选择受限致使并网逆变器系统性能欠佳的问题,文中提出了一种基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶控制策略。分析了分数阶PI^λD^μ控制器的积分阶次λ、微分阶次μ对被控系统动态及稳态性能的影响;将分数阶PI^λD^μ控制器与电流双闭环、电网电压前馈控制相结合,提出一种基于分数阶PI^λD^μ控制器的并网逆变器的电流控制策略,并与传统整数阶PID控制策略进行比较;详细分析分数阶PI^λD^μ控制器的参数取值范围,并采用改进粒子群算法寻优参数。仿真结果表明,采用分数阶PI^λD^μ控制,增强了控制系统的灵活性,降低了并网电流总谐波畸变率,改善了系统的动态性能,提高了系统的电网扰动抑制能力。     

PIλ 电流内环控制器实现的链式APF在外超导磁体中的应用

稳态强磁场超导磁体电源采用双反星型可控硅整流技术方案,是一种典型的非线性负载,运行时会带来较大的无功冲击及谐波污染。针对科学装置的链式高压有源电力滤波方案规划,结合有源滤波系统的非线性特性,提出一种采用分数阶PI控制器代替普通PI控制器实现的电流内环解耦方法,基于改进的Oustaloup算法,实现分数阶微积分的求解。通过仿真与实验对比分析了分数阶PI与常规PI控制器的运行效果。经仿真与实验表明,采用的分数阶PI电流内环控制器是正确的,且具有一定的参考价值。     

PIλ电流内环控制器实现的链式APF在外超导磁体中的应用

稳态强磁场超导磁体电源采用双反星型可控硅整流技术方案,是一种典型的非线性负载,运行时会带来较大的无功冲击及谐波污染。针对科学装置的链式高压有源电力滤波方案规划,结合有源滤波系统的非线性特性,提出一种采用分数阶PI控制器代替普通PI控制器实现的电流内环解耦方法,基于改进的Oustaloup算法,实现分数阶微积分的求解。通过仿真与实验对比分析了分数阶PI与常规PI控制器的运行效果。经仿真与实验表明,采用的分数阶PI电流内环控制器是正确的,且具有一定的参考价值。     

Wavelet technique based islanding detection and improved repetitive current control for reliable operation of grid-connected PV systems

Recent years have witnessed a thrust towards the use of solar energy as the major renewable energy source for distributed power generation. The proposed system requires reliable detection technique and suitable current control strategy for proper operation. This paper focuses on plug-in repetitive current (RC) control strategy for grid connected inverter system and wavelet technique for electrical grid status identification. The performance of proposed current control technique employed for grid connected inverter system under distorted and unbalanced grid voltage is compared with the existing conventional methods like PI and PR controller. This controller uses the feedback control system for attenuating periodic disturbances, improving high quality sinusoidal output current and high power factor. The proposed scheme employs fourth order infinite impulse response (IIR) filter for maintaining its resonance frequency, output frequency matching with grid fundamental frequency and reduction of harmonics. The DC-DC boost converter implements incremental conductance based (INC) maximum power point tracker (MPPT) algorithm. The effects of LCL filter for improving disturbance rejection capability and dynamic performance of the proposed system is also demonstrated. Grid connected PV inverter employs wavelet technique for an islanding detection functionality in order to determine the status of the electrical grid. In order to show the effectiveness of the proposed algorithm, modeling and simulation for grid connected PV system is performed using MATLAB/SIMULINK and its PowerSim toolbox.     

LCL型三相光伏并网逆变器新型控制策略研究

LCL滤波型并网逆变器是高阶多变量控制系统,传统并网电流单一控制方法,不能确保系统稳定性良好的同时又较好的改善并网电流质量。为此提出了一种基于LCL型并网逆变器的新型复合电流控制技术。文中详细分析了LCL滤波器的特点,其在谐振频率处存在谐振尖峰,通过在电流环中增加陷波器的方法实现了LCL滤波器的有源阻尼,提高系统稳定性的同时又不需要额外增加传感器;并网电流调节器将重复控制(RC)和准比例谐振控制(QPR)有机结合,提高了系统的动态响应速度,且降低本地非线性负载扰动和电网电压频率波动对并网电流质量造成的影响,实现对基频信号的无静差跟踪控制和单位功率因数并网。通过Matlab/Simulink仿真测试,验证了陷波器有源阻尼及重复准PR复合控制策略的正确性和有效性。     

基于补偿电流的并联逆变器环流抑制方法

为了提高并网逆变器的并联运行效率和特性,需对并联运行的逆变器进行环流抑制。本文基于补偿电流法的平均电流控制的逆变器并联系统,对补偿电流的位置及调节函数进行优化,使其响应的时间常数小,均流效果不受PI调节器相移和滞后作用的影响,基波环流抑制效果更好;考虑到补偿电流法主要抑制基波环流,将补偿电流经过低通滤波器,使得补偿电流中只含有基波电流分量,消除补偿电流中谐波分量对环流抑制的影响。外部采用LCL滤波器对高频谐波环流进行抑制。仿真结果表明本文给出的基于补偿电流法的平均电流控制对抑制基波环流的优越性及LCL滤波器对抑制高频谐波环流的有效性。     

基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制

永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。     

A Novel Delay-less Control of Unified Power Quality Conditioner to Enhance Power Quality in Power System

In this article, an analytical and delay-less model for the unified power quality conditioner is proposed to improve electrical power quality in power systems. The designed model includes a shunt active filter, series active filter, and common DC link, which is capable of improving power quality parameters in different conditions. The proposed control is based on a combination of the rotating reference frame theory and least mean square method that (1) can enhance power quality, including reduction of the voltage and current harmonics, voltage flicker, and reactive power of system, and (2) has no delay in the reference current generation. The DC link is also designed in a manner that capacitor voltage has a stabilized voltage in all instants. In addition, fundamental frequency estimation is employed to control frequency changes in the control system. For testing the proposed method in the worst conditions, the electric arc furnace load based on an actual stochastic arc that can generate almost all electrical power quality parameters is taken into account for the power system. The validity of proposed method is analyzed by comparing different existing control methods of the unified power quality conditioner. The simulation results show the accuracy of the control system.     

三相并联型有源电力滤波器电流重复控制

首先通过对数字PI调节器的仿真和实验指出了它在有源滤波中的局限性,提出将重复控制引入到电流环中以提高稳态性能.进而将重复控制和PI控制器并联用于并联型有源电力滤波器输出电流波形控制,其中PI控制保证系统动态性能,而重复控制提高输出电流波形跟踪精度.文中详细分析了控制器的设计思路和频率特性,实验和仿真表明采用该方法后,可以显著改善滤波效果.     

基于滤波电容电流补偿的并网逆变器控制

在并网逆变器中,LC滤波器因容易控制和具有良好的高频衰减特性而应用广泛。分析了输出滤波电容对采用LC滤波的并网逆变器并网电流幅值、相位和低次谐波的影响,提出一种采用滤波电容电流补偿和电网电压前馈的数字PI控制策略,给出了离散时间域下控制器参数的设计方法,并从电网谐波阻抗角度分析了控制器抑制电网电压扰动的能力。理论分析和实验证明,该方案能有效降低并网电流的谐波畸变率(THD),提高并网逆变器输出电能质量。     

非理想电网下三相LCL滤波并网逆变器对称电流控制

非理想电网包括电网存在不平衡、谐波畸变、频率变化等情况,在非理想电网下,三相电网中除正序分量外还含有一定量的负序、零序以及谐波分量。一方面,电网负序分量会使得d轴上含有2倍工频的脉动,从而导致锁相环锁相失准,虽然通过增加适当的滤波器可以滤除脉动量、提高锁相精度,但难以同时保证较好的频率适应性;另一方面,电网的负序及谐波分量易导致进网电流不对称且谐波含量增大,污染电网。针对上述问题提出了采用变采样周期锁相环(VSP-PLL)和电网负序电压前馈的方案,并结合逆变侧电流反馈控制以实现对称电流控制,最后,在一台5 k W三相LCL滤波并网逆变器样机上进行了实验验证。实验结果证明了方案的有效性。     

改善微网电能质量的有源电能质量调节器研究

提出在微网交流母线和低压配网公共连接点之间并入有源电能质量调节器,可改善微网电能质量,减小微网接入对低压配网电能质量的影响.提出了基于瞬时无功理论的同步锁相方法,准确分解出公共连接点电压基波正序分量,进而求得其相位.由补偿电流控制策略计算得到参考电流,控制有源电能质量调节器实时向微网补偿谐波电流和无功电流,即使在三相负载不平衡时,使公共连接点三相电流平衡且为正弦波,从而平衡公共耦合点的三相电压.Matlab/Simulink 仿真结果证明了所提同步锁相方法和补偿电流控制策略的有效性     

基于自适应滤波的单相统一电能质量控制器研究

在分析单相统一电能质量控制器（unified power quality conditioner,UPQC）瞬时功率平衡关系的基础上,提出一种基于自适应滤波电流检测的UPQC双电流源协调控制策略。鉴于电流检测精度对双电流源控制策略补偿性能的影响,在保留变步长自适应算法快速性的前提下,提出一种提高电流检测精度的定频率滤波器改进算法。针对双电流源UPQC的控制器设计,采用比例控制和重复控制构成复合控制实现了串、并联有源电力滤波器的电流跟踪控制;从UPQC整体出发建立直流电压闭环控制的小信号模型,为直流电压环的控制器参数设计提供理论指导。研究结果表明,基于该控制策略和控制器设计方案的UPQC系统实现了较好的负载电压和电网电流补偿效果。