三电平ANPC逆变器中点电压平衡的VSVPWM控制策略北大核心

提出了一种用于控制三电平ANPC逆变器中点电压平衡的改进式虚拟空间矢量调制(VSVPWM)方法,该方法使用与传统VSVPWM调制方法一样的基本矢量参与合成虚拟小矢量和虚拟中矢量,并根据采样得到的中点电压偏移情况以及三相电流的大小。在低调制度时,重新计算合成虚拟小矢量的正负小矢量的分配系数;在调制度较高时,重新选择产生不同中点电流的改进式虚拟中矢量,从而达到动态调节中点电压平衡的目的。此方法增强了中点电压平衡的控制效果,且实现了对整个矢量空间范围内中点电压的控制。最后,通过仿真和实验验证了所提出的控制策略的有效性。     

一种优化三电平ANPC逆变器的MPC策略

针对三电平逆变器存在的中点电压波动,器件损耗不平衡等问题,提出了一种用于改善三电平有源中点钳位型逆变器(ANPC)中点电压平衡,系统响应速度等性能的模型预测控制算法。该算法基于Lyapunov函数的电压模式控制,利用逆变器功率开关的离散行为,设置开关状态控制器预选择电压矢量,利用优化后的开关状态矢量集来控制逆变器的功率开关。在MATLAB/Simulink环境中搭建了三相三电平ANPC逆变器模型,同SVPWM算法比较更好地平衡了中点电压和减少谐波含量,同时使计算速度提高了17.37%,总谐波失真降低了22.33%。验证了所提策略的有效性和合理性。     

逆变器驱动电机系统共模电压抑制模型预测控制EI北大核心CSCD

针对传统三相电压源逆变器驱动电机系统存在较高共模电压的问题,提出了抑制共模电压的模型预测控制(SCMV-MPC)方法,只利用非零电压矢量来抑制共模电压同时控制负载电流。在SCMV-MPC方法中,每个周期内通过评价函数选出两个非零矢量,并且对两个矢量的作用时间进行优化配置,以达到负载电流和参考电流值之间误差最小的目的;而不像传统的调制方法在一个周期只选择一个包括零矢量在内的控制矢量。因此,与传统的模型预测控制方法相比,SCMV-MPC方法可以将共模电压限制在±V_(dc)/6的同时减小负载电流波动,使负载电流具有快速的瞬态响应和较好的纹波性能。仿真和实验结果验证了所提出的SCMV-MPC方法的有效性。     

基于多目标模型预测控制的ANPC并网逆变器

三电平有源中点箝位(ANPC)并网逆变器能够平衡器件功率损耗,有效提高输出电能质量和效率.以三电平ANPC并网逆变器为研究对象,提出了一种多目标优化模型预测控制(MOO-MPC)算法,通过消除三电平输出可能产生多电平跳变的开关状态,可以减少模型的滚动优化次数.通过器件的开关动作损耗线性拟合,实时计算出各开关器件的功率损...     

基于混合载波调制的三电平ANPC逆变器开路故障容错控制策略

与二极管中点箝位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器相比,有源中点箝位型(active NPC,ANPC)逆变器具有零电平下的冗余开关状态,增加控制自由度和容错运行能力.为进一步提高三电平ANPC逆变器的可靠性,提出一种基于混合载波调制技术的容错控制方法,通过改变参考调制信号和载波信号,可以实...     

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制EI北大核心CSCD

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。     

H型对称分布电容功率解耦电路EI北大核心CSCD

单相逆变器普遍存在二次纹波问题,容易造成系统不稳定和降低效率。文中在无附加开关管的情况下,仅保留H桥4个开关器件。此拓扑只需将交流侧原有滤波电容分裂成两组对称连接,同时可省略直流侧原有支撑电容。电路中差模保证功率输出,共模保证解耦,因此对系统中差模和共模分别独立控制。理论分析和仿真解释了系统的解耦情况和解耦后存在的电容电压不平衡情况,并从解耦精度及附加开关数量方面良好地阐述该拓扑的优越性,最后通过实验结果证明该拓扑在无需额外开关器件情况下良好的解耦性能。     

中高功率交流电机逆变器的低开关频率控制策略综述EI北大核心CSCD

为了降低开关损耗,中高功率逆变器运行的开关频率都比较低,通常只有几千Hz有时甚至只有几百Hz,载波调制或是常规的SVPWM在降低开关频率之后会产生严重的电流畸变,需要使用特殊的开关策略控制逆变器。目前,适用于中高功率逆变器的控制策略主要有最优脉宽调制以及预测控制两大类。最优脉宽调制策略基于调制的思想,是一类较为成熟的逆变器低开关频率控制策略,应用广泛,但其计算量大、动态特性差的问题逐渐被学者们发现。预测控制虽然早在1983年就被提出,但由于当时控制器的硬件限制,一直没有引起重视,直至近年来才受到国内外学者的关注,并掀起了研究热潮。该文对最优脉宽调制以及预测控制进行了回顾,剖析了它们的设计思想,总结了近几年的研究成果,分析了各类方法的特点和局限,对待研究的问题进行了阐述,对未来的研究方向进行了展望。     

三电平ANPC并网逆变器损耗分布平衡的研究

采用三电平拓扑的光伏并网逆变器能有效提高系统的容量、输出电能质量和效率。本文以三相三电平有源中点钳位型光伏并网逆变器为研究对象,采用特定谐波消除脉宽调制方法,分析了在不同输出状态之间进行切换时器件损耗分布情况,研究了3种冗余零状态换流模式,通过合理选择不同的冗余零状态使电流通过不同的路径,提出了每相桥臂轮流采用这3种换流模式的控制策略,从而有效地实现了器件损耗平衡分布。最后搭建三电平有源中点钳位光伏并网逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证,实验结果表明了提出的控制策略能有效地实现器件的损耗分布平衡。     

共模电压减小的五电平ANPC快速模型预测控制

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模电压的脉动;在此基础上通过扇区划分,减少了控制集内的电压矢量数;然后根据悬浮电容电压采样值选择合适的开关状态,控制了悬浮电容电压的平衡。最后,将负载电流和上、下直流母线电容电压值作为预测模型的输入,选择价值函数最小的开关状态作为控制器的输出。此方法在平衡电容电压和减小共模电压脉动的基础上,降低了价值函数构建的复杂性,减小了控制器的计算量,提高了计算效率。     

永磁同步电机速度预测电流解耦控制

在高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统中,要求有好的动、静态性能。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统速度和电流环采用PI调节器,参数鲁棒性差,在调速范围要求很宽的情况下,无法同时满足响应速度快和稳态精度高的要求。为了获得好的动、静态性能,引入预测控制到速度控制外环,而电流内环采用在传统PI控制基础上增加电压前馈补偿的电流解耦控制。搭建了实验平台,进行了实验研究,验证了设计的控制系统具有动态响应快、静态误差小、受负载扰动影响小的特点。     

高可靠三电平逆变器构造方法研究EI北大核心CSCD

文章针对中点钳位(neutral point clamped inverter,NPC)类逆变电路存在的直流电容短路风险提出一种高可靠三电平逆变电路构造方法。首先,详细分析NPC逆变电路存在的2类电容直通风险以及当前高可靠三电平逆变电路存在的不足,总结出构造高可靠NPC逆变器的2条原则。并基于此原则介绍新型高可靠NPC逆变电路的构造过程,发明一种分裂电感型复合中点钳位逆变器(split inductor hybrid neutral point clamped inverter,SI-HNPC)。所得电路的所有输出桥臂均由二极管与开关管串联构成,而与电容串联的开关管回路中含有分裂电感,有效地避免直流电容直通短路问题。此外,电路采用开关管和二极管的混合钳位结构,保持电压应力减半的基础上也保持零电平续流模态多样性。详细分析所提SI-HNPC运行特性与防直通能力,并搭建仿真模型和试验样机验证新型电路工作原理的正确性和短路抑制能力的有效性。     

三电平逆变器有限开关序列模型预测控制策略

针对三电平有源中性点箝位(ANPC)逆变器采用模型预测控制(MPC)策略时存在开关频率不固定和采样频率较高的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测控制(FSS-MPC)策略。该策略将控制集确定为10组开关序列,构建了包含中性点电压偏差的目标函数,通过滚动优化确定最优开关序列,从而控制中性点电压平衡和减小开关器件损耗。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

采用扰动观测器的偏差解耦控制方法EI北大核心CSCD

为解决dq坐标系下传统解耦方法在电感参数变化时动态解耦效果不佳的问题,提出一种基于扰动观测器的偏差解耦控制方法。该方法将电感参数变化和电流耦合引起的电压误差视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测,并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响。借助扰动观测器的频率特性调整被控对象的幅、相频响应,即便电感参数变化也能使被控对象标称化。该方法不仅能实现dq轴间的电流解耦,还对干扰起抑制作用,在保证系统对电感参数摄动有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。通过对传统解耦方法与新方法的仿真分析和实验比较,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于前馈补偿的LCL型并网逆变器解耦控制策略研究北大核心

在同步旋转坐标系下,LCL型并网逆变器dq两轴之间存在复杂的耦合项,传统直接忽略耦合项的建模方案导致建模失真。为此提出了一种基于前馈补偿的新型解耦控制方案,该方案通过相关耦合量的前馈补偿,逐步消除各个耦合项,最终实现逆变器的精确建模。根据解耦结果,设计了电流双闭环控制策略,对提出的解耦控制策略进行了验证。仿真和实验结果表明,所提出方案能有效提高入网电流电能质量。     

基于SiC器件的三电平ANPC牵引变流器损耗分析

在大功率牵引变流器中,采用具有开关速度快、耐高温、开关损耗低等诸多优势的SiC器件替代Si器件,并构建基于SiC器件的三电平ANPC变换器,可以大大减轻变流器的散热系统负担,有助于实现牵引系统轻量化,提升变流器的功率密度和整体效率。对4种三电平ANPC变换器拓扑（2种SiC+Si的混合型三电平ANPC拓扑、全SiC型三电平ANPC拓扑和全Si型三电平ANPC拓扑）及适用于不同拓扑结构的调制策略进行了详细的分析。结合4种拓扑工作于各自最优调制策略下的换流过程,对不同拓扑的功率损耗和热平衡特性等方面通过仿真验证进行了定量分析比较。结果表明,全SiC型三电平ANPC拓扑损耗分布最均衡,工作效率最高;2-SiC混合型三电平ANPC拓扑在保证性能的基础上成本更低,可以作为采用SiC器件的牵引变流器的一种较高性价比的选择。     

基于SPWM的三电平ANPC逆变器损耗平衡控制方法

有源中点箝位(ANPC)型多电平拓扑通过选择不同的电流通路可以使器件损耗分散在不同的开关管上。以三电平ANPC逆变器为研究对象,分析了在不同开关状态之间切换时各开关器件的损耗分布情况,采用正弦脉宽调制(SPWM)方法,提出了一种器件损耗分布平衡的控制策略。通过合理选择冗余状态使电流通过不同的路径,有效地实现了每相器件的损耗平衡。搭建三电平ANPC逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证。     

三相四桥臂并网逆变器约束模型预测控制EI北大核心CSCD

提出了基于并行神经网络优化的约束模型预测控制（model predictive control,MPC）,应用于光伏并网逆变器中,提高光伏发电并网电能质量。建立了三相四桥臂逆变器的精确模型,分析约束模型预测控制算法的原理,在约束条件中加入输出变量和控制变量的约束,突破有限子集和无约束预测控制方法的限制。将并行神经网络递归优化算法用于求解约束预测控制优化问题中,提高单步优化问题的求解速度。利用FPGA的并行计算能力,在FPGA中运行神经网络在线优化求解,实现预测控制算法的实时运行。实验结果表明：采用该算法的并网逆变器输出电流偏差小,总谐波畸变率小,可以提高并网电能质量,验证了该算法的可行性和有效性。     

基于矩形区域分类的NPC型H桥级联五电平逆变器简化模型预测电压控制EI北大核心CSCD

为进一步提高中点电压钳制(neutral point clamped,NPC)H桥级联五电平逆变器的动态响应、降低控制器计算负担的同时确保装置低损耗运行,文中在电压矢量矩形区域分类的基础上,提出一种以满足动态响应和降低开关损耗为目标的两级优化模型预测电压控制策略。首先根据逆变器数学模型和期望电流进行目标电压矢量计算、修正,接着基于矩形区域分类对目标电压矢量进行定位;并以定位后的候选矢量为基础,设计了两级优化目标函数以输出满足要求的最优矢量。仿真和实验结果验证了该方法的有效性,与空间矢量脉宽调制以及传统模型预测电流、电压控制策略相比,该文所研究的两级优化模型预测电压控制策略,在确保逆变器动态响应的前提下既能降低控制器计算负担,还能有效减少器件开关损耗。