无权重系数的三相八开关模型预测电流控制

针对三相八开关容错逆变器(ESTPI),提出一种能够抑制直流侧两电容电压不平衡同时无需调整权重系数的模型预测电流控制方法.首先,基于三电平中点钳位型逆变器,分析三相八开关逆变器的拓扑结构与数学模型、电容电压不平衡的原理及构建其数学模型;其次,利用已知的阻感负载数学模型预测电流,为使系统能够在容错控制后稳定运行,以抑制电压不平衡以及控制电流为目的,构建传统模型预测电流控制的代价函数;然后,为消去权重系数,分析与构建出无权重系数的代价函数,考虑实际应用,对系统进行延时补偿,在传统的模型预测电流控制与已分析得到的数学模型的基础上,搭建所提出方法的系统模型;最后,通过仿真验证所提算法的正确性与有效性.     

基于滑模控制的TPESFTI驱动DFIG系统FCS-MPC

针对双馈异步风力发电机(DFIG)系统中机侧PNC型三电平逆变器的某桥臂发生故障时,提出了一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略,并给出了其拓扑结构和输出电压模型;考虑TPESFTI中母线电压分压不均衡等问题,研究分析直流侧电容电压不平衡的原因,给出了其相应的不平衡电压动态模型,并利用有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)中目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡对系统的不利影响;同时为了提高FCS-MPC策略的性能,提出了基于滑模控制的FCS-MPC策略。仿真结果表明,该方法不仅能够确保DFIG系统稳定运行,并且能对母线电容电压不平衡进行有效抑制,同时具有良好的动态性能和较强的抗负载能力,进一步验证该控制策略的可靠性和有效性。     

三相四开关结构的容错型有源电力滤波器

提出了一种基于三相四开关结构容错型有源电力滤波器,并提出其控制方法.首先给出了容错型有源电力滤波器的结构和运行模式.逆变器某相故障时,逆变器的容错结构为三相四开关型逆变器,即以两个电容组成的桥臂代替故障相,并分析了其工作原理.提出了稳定直流侧总电压和两个电容电压平衡的方法.仿真结果表明,三相四开关结构容错型有源电力滤波器在正常工作状态和故障状态都能较好地抑制谐波,直流侧电压保持稳定,系统可靠性高.     

基于多物理场耦合的并网逆变器容错控制研究

容错技术是多电平并网逆变器系统可靠运行的关键。针对桥臂故障此处提出了一种三电平混合FC+T型逆变器硬件容错结构,并提出一种应用于混合结构的多目标优化模型预测容错控制方法。该控制方法能够有效减小直流侧中点电压波动,并通过基于多物理场的协同仿真分析方法验证了该容错结构和控制策略的有效性。实验结果表明,重构后的三电平混合FC+T型逆变器在实现低谐波和中性点电位平衡控制的同时,功率损耗和结温也低于故障前的T型桥臂,实现了稳定容错运行。     

U-Cell拓扑并网逆变器的MPC策略

针对七电平U-Cell拓扑并网逆变器的优化控制问题,设计了模型预测控制(MPC)策略。不同于传统并网逆变器系统,新型基于U-Cell拓扑的并网逆变器具有一个独立直流源和一组电容作为辅助直流回路,故能实现多目标控制的MPC方案应用于此具有明显优势,其通过对辅助电容电压的控制可实现七电平电压输出,同时控制逆变器在并网点提供所需的有功和无功功率,并保证电能质量。利用U-Cell拓扑逆变器样机进行了相关实验,实验结果表明,在直流电压、功率变化和功率因数变化下,系统均具有快速且准确的动态响应。     

NPC型三电平并网逆变器模型预测功率控制研究

根据NPC型三电平逆变器的特点,本文提出一种新型模型预测功率控制,可以提高电流跟踪的速度和精度。首先对NPC型三电平逆变器进行建模,然后在两相静止坐标系下建立预测功率的模型,在此基础上提出了模型预测直接功率控制。该方法用电压矢量作为基本控制矢量,利用电压矢量误差最小的价值函数实现功率控制。并针对实际系统中存在延迟的情况,设计了延时补偿的控制方法。为了进一步解决NPC三电平逆变器的中点不平衡问题,通过侧电容和下侧电容电压的差值,通过选择小矢量实现中点电位平衡控制,实验结果验证了本文提出的新型模型预测直接功率控制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

基于模型预测的微电源逆变器控制

微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点,为了提高微电源逆变器的快速准确响应,提出将模型预测控制(model predictive control,MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求,设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案,通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程,推导出相应的数学预测模型,在并网运行时,控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流;在孤岛运行时,控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明,2种控制方案都实现了有效跟踪,并且相比于传统PI控制,系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性,使逆变系统达到了良好的控制效果。     

三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对PNC型三电平逆变器单桥臂故障和母线电压分压不均衡等问题,研究了驱动系统在故障状态下的运行模式,提出了一种基于电流反馈特性的三相八开关容错逆变器(TPESFTI)的驱动控制策略,并构建其拓扑结构和输出电压模型;结合模型预测控制理论和扩张状态观测器(ESO)技术,提出了一种TPESFTI的PMSM驱动系统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑系统参数变化对反电动势的影响,利用ESO方法,实现了对反电动势进行实时性估计;同时采用FCSMPC中目标函数的非线性约束项来降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,该控制策略能够确保TPESFTI的PMSM驱动系统稳定可靠运行,并且能有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响以及降低开关损耗,同时具有良好的动态性能、较强的抗负载能力和鲁棒性。     

三相逆变器并联系统的无互连线预测控制

对于三相逆变器并联系统,下垂控制是一种有效的控制算法,它可以确保各并联逆变器对系统负载功率的均分,并具有无互连线分布式控制的优点。而对于三相电压型逆变器,新兴的有限控制集模型预测控制算法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)具有系统动态响应快、处理系统约束灵活等优势。将逆变器并联系统的下垂控制与三相电压型逆变器的模型预测控制结合起来,由下垂控制器提供模型预测控制器的参考电压信号,以并联逆变器输出电压对参考电压的跟踪误差构建模型预测控制器的优化性能函数,实现了三相电压型逆变器并联系统的无互连线模型预测控制。仿真及实验结果表明:所构建的无互连线模型预测控制器在三相电压型逆变器并联系统由空载投入负载、负载突变及某一并联逆变器切除等工况下均能有效运行,且与传统的逆变器并联系统三环控制器相比,显著地改善了三相逆变器并联系统的均流性能。     

TPFS逆变器驱动PMSM双矢量模型预测控制

当三相六开关逆变器出现单管开路故障时,可将其重构为三相四开关(TPFS)结构,从而实现容错运行。针对常规基于TPFS逆变器驱动的永磁同步电机(PMSM)模型预测控制,每个周期仅使用一个电压矢量,导致电流谐波较大的问题,提出了一种基于TPFS逆变器驱动的PMSM双矢量模型预测控制方法,以降低电流谐波。所提方法根据TPFS逆变器的4个基本电压矢量构造了4个虚拟双矢量,并假设每个基本电压矢量的作用时间与其价值函数成反比。由于所构造的虚拟双矢量的相位和幅值可调,当在每个控制周期内通过对比并选择1个最优虚拟双矢量用于控制TPFS逆变器时,PMSM的电流谐波得到显著降低。对比实验研究验证了所提方法的有效性。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

高可靠性并网微电网及其控制策略

为了提升微电网的可靠性,提出一种应用于并网微电网具有二次容错能力的可重构逆变器。当逆变器某一桥臂开关器件发生一次故障时,用直流侧电容桥臂代替故障相,逆变器重构成三相四开关拓扑结构,实现一次容错重构;当逆变器非故障相开关器件发生二次故障时,逆变器再次重构成三相四开关拓扑结构,实现二次容错重构。提出了下垂控制-电压电流控制-虚拟阻抗控制-重置脉冲控制算法的复合控制策略,使逆变器实现二次容错控制。仿真结果验证了高可靠性并网微网拓扑结构的正确性与控制策略的有效性。     

模块化多电平光伏并网逆变器的不对称容错控制策略

建立了容错控制时采取热备用形式下模块化多电平换流器(MMC)的平均开关模型。针对MMC子模块发生故障时剩余子模块不足以支撑直流母线电压导致逆变器不能继续运行的问题,提出一种只旁路故障子模块的新型容错策略,通过改变子模块电容电压值和载波移向角的方法,保证环流中的主要成分不改变,同时降低故障后逆变器并网电流的谐波畸变率,使MMC能够继续运行。改进了容错时的最大功率点跟踪控制环节,解决了容错时直流母线电压的恢复时间长的问题。利用MATLAB/Simulink搭建了MMC的仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

三相四开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对三相四开关容错逆变器的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于模型参考自适应(MRAS)观测器,提出一种有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑温度变化对永磁磁链影响,采用MRAS技术,实现了对永磁磁链的在线辨识;同时考虑降低逆变器开关频率的需求,设计开关频率可优化的FCS-MPC系统目标函数。与常规FCS-MPC方法比较,本方法可以有效减小系统控制过程的计算量,与此同时,本方法中的电流反馈特性可对四开关逆变器直流母线电容分压不平衡形成的不利影响实现自动抑制。仿真结果表明,本方法能够保证四开关容错逆变器驱动的PMSM系统持续稳定运行、具有良好运行性能,并能明显降低逆变器功率管的开关频率。     

带容错逆变器的孤岛微网系统及其稳定性研究

提出了一种应用于孤岛微网的容错逆变器及其控制方法,并对带容错逆变器的孤岛微网系统的稳定性进行小信号建模分析。当容错逆变器某一相桥臂中的功率开关器件故障时,用直流侧电源来替代故障桥臂,使系统在故障发生后依然能够稳定运行。在逆变器的电压-电流控制环中加入虚拟阻抗,以抵消两个微源之间的环流。建立了带容错逆变器孤岛微网系统的小信号状态空间模型,利用特征值分析法对系统状态矩阵的特征根进行分析,研究了逆变器的容错拓扑结构、滤波电容以及虚拟阻抗对系统稳定性的影响。在仿真平台上搭建了带容错逆变器的孤岛微网的仿真模型,仿真结果验证了所提容错逆变器拓扑结构及其控制策略的正确性与有效性,系统在故障状态下仍能保持稳定。     

一种改进的单相九电平逆变器FCS-MPC方法

针对多电平逆变器悬浮电容电压传感器成本高、易受噪声影响、使系统设计复杂化的问题,提出了一种改进的模型预测控制方法.该算法可分为两步:第1步根据母线电容电压、当前的开关状态、输出电压在线估算出飞跨电容电压;第2步根据价值函数代入13个电压矢量,计算各个电压矢量的价值函数值,选择一个最小的值作为输出电压矢量.该方法无需昂贵的飞跨电容电压传感器,省去了传感器及其调理电路,降低了逆变器的体积和成本,实现了对电容电压和负载电流的跟踪控制.最后,通过仿真和实验验证了该算法的可行性.     

基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统

研究了基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统。采用开关周期平均建模法,在dq0旋转坐标系下建立了三相电压型逆变器并联系统的状态空间模型,并以此为基础构建了三相电压型逆变器并联控制系统的预测模型;选定并联系统输出电压与参考电压的差值及各逆变器输出电流之间的差值构建控制系统的优化性能指标,通过滚动优化操作,实现了三相电压型逆变器并联系统的预测控制。仿真及实验结果表明,所构建的基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统能够在不同负载条件及逆变器投切等工况下实现系统输出电压的跟踪及负载电流的均分,同时也具有良好的鲁棒性及自适应性。     

三相八开关逆变器的容错控制策略

针对中性点箝位型（NPC）三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题,考虑逆变器发生功率器件断路故障情况以及故障前后空间矢量的变化,当故障发生时,将输出端子连接到直流链路的中性点,建立可容错三电平逆变器模型,实现开路故障下的容错控制。同时考虑逆变器直流侧中点性电压平衡问题,采用零序电压注入法,抑制了中性点电位的波动。仿真结果证明了该容错控制策略的可行性和有效性。     

T型三电平单相逆变器有限开关状态模型预测控制方法

针对单相逆变器的特点,提出一种基于T型三电平单相逆变器有限开关状态模型预测控制方法。在静止坐标系下建立T型三电平单相逆变器基于期望电压矢量的预测模型,大大减少有限开关状态模型预测控制中预测模型的计算量。在目标函数中构造电流跟踪和T型三电平中性点电压平衡目标项,实现给定电流快速、精确跟踪以及中性点电压平衡控制。最后,建立起基于T型三电平单相逆变器实验平台,对所提的有限开关状态模型预测控制进行测试。实验结果表明:所提出模型预测方法使系统具有良好的静、动态性能。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。