三相Vienna整流器中点电位波动的机理分析与抑制

三相三电平Vienna整流器由于具有功率密度高、开关电压应力小、网侧电流谐波小等优势在数据中心供电系统等交直流混合供电电源中获得广泛应用。直流侧中点电位波动作为Vienna整流器固有问题,直接影响网侧电流质量甚至危害系统的安全可靠运行。以基于平均电流控制的三相三电平Vienna整流器为研究对象,详细分析了直流侧中点电位波动机理,从直流中点电位平衡控制本质出发给出了中点电位控制调节系数的精确取值。通过RT-LAB测试平台进行了全面的实时测试分析,结果表明该控制可有效抑制中点电位波动,有效验证了所提理论分析的正确性。     

Vienna整流器输入电流畸变与中点电位振荡综合优化调制策略研究

Vienna整流器具有转换效率高、无桥臂直通等优势,在通信电源、电动汽车、风力发电等领域具有广阔的应用前景。然而,Vienna整流器空间矢量调制在扇区切换处由于非理想矢量序列的使用,导致交流侧电流在过零点附近发生畸变。并且当运行在直流侧电压不平衡工况时,将进一步加剧输入电流的畸变。此外,直流侧中点平均电流的波动也将引起中点电位振荡。为了改善输入电流质量,抑制中点电位波动,文中分析电流过零点畸变的原因,通过在改进的钳位区域添加补偿分量,而在非钳位的连续区域添加优化零序分量,提出一种Vienna整流器载波调制优化算法,实现了对交流侧电流畸变与直流侧电压振荡的有效抑制。通过仿真与实验结果验证所提方法的有效性与实用性。     

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。     

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。     

带中点电位平衡控制的Vienna整流器滞环电流控制方法

针对三相三电平Vienna整流器存在的固有中点电压波动问题,提出将直流侧中点电压偏差引入滞环电流闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制。结合等效电路分析了Vienna整流器滞环电流工作原理,设计了电压外环控制器,并给出了滞环宽度和中性点补偿系数的选取依据。最后搭建了一台Vienna整流器样机对该方案进行了验证,实验结果验证了该方案的可行性。     

三相Vienna整流器无网压传感器预测电流控制策略

设计三相Vienna整流器的闭环控制系统时需要采集电网电压信息,而使用传感器会增加系统硬件成本和复杂度,为此该文提出一种适用于三相Vienna整流器的无网压传感器控制策略.首先,在两相静止坐标系中建立三相Vienna整流器的虚拟磁链数学模型,利用二阶低通滤波器来改进电压观测器,对电网电压进行估算,在不增加算法复杂性的前提下避免了纯积分运算.其次,由于该方法估算的电网电压存在一定误差,因此运用预测电流控制策略构建控制系统,并针对实际系统中采集与处理环节所引起的信号滞后问题,提出二步预测电流法以补偿信号滞后.最后,对所提出控制策略进行仿真分析和实验验证.其结果表明,网侧输入电流谐波含量低,直流侧输出电压准确跟踪给定值,保持单位功率因数运行,系统具有良好的动态、稳态性能,从而验证了该文所提策略的正确性和可行性.     

基于变环宽的Vienna整流器滞环控制研究

与传统的桥式电路相比,Vienna整流器由于具有同电平数下,开关应力低、体积小、低输入电流谐波,可靠性高等优良特性,在能量单向流动的高中等功率场合,特别在高压直流供电系统获得广泛应用。详细分析Vienna整流器工作机理的基础上,针对经典滞环控制策略开关频率不固定、网侧电流谐波大、电网电压抗扰性差等问题,引入电网电压加权的变环宽滞环策略,同时进一步针对Vienna整流系统直流侧中点电位不平衡问题,设计并采用了中点电位修正策略。为验证策略的正确性与可靠性,在理论分析基础上构建了完整的仿真模型与实验平台,仿真与实验结果表明设计有效减小了网侧电流畸变,同时可有效平衡中点电位。     

电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略

在电网不平衡条件下,三相Vienna整流器多数采用网侧电压延迟90°或正负序分离法实现对正负序分量进行控制,而对正负序分量分别控制会增加控制系统复杂性并降低控制效果。为此提出了一种电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略,通过对网侧电压进行重构,使输入至内环的参考电压为平衡电压,实现Vienna整流器的稳定运行。电流内环采用将多个准比例谐振控制器级联,可实现电流控制器的无静差跟踪并抑制多次谐波分量,提高网侧输入电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)。直流侧电压外环采用滑模变控制,克服了PI控制器参数整定复杂与高超调量等问题。同时,在电网不平衡条件下也具有良好的暂态、稳态性能。最后,在Simulink中进行仿真分析并搭建实验平台进行验证。结果表明,该控制策略减小了网侧输入电流的谐波含量,且提高了Vienna整流器的抗干扰性能,具有良好的鲁棒性与稳定性。     

三电平中点箝位PWM整流器建模及基于滑模控制的系统仿真

建立了三电平PWM整流器的数学模型,对整流器滑模控制策略进行了研究,设计了基于PI调节的电流内环和基于滑模控制的电压外环的双闭环控制器,给出了仿真结果。实验表明:该PWM整流器可以有效抑制谐波,实现网侧单位功率因数控制,具有优越动静态性能。     

考虑谐波特性和中点电位平衡的Vienna整流器改进断续脉宽调制策略

Vienna整流器在以高功率密度为设计目标的场合中,应用十分广泛。且Vienna整流器通常运行在较高的开关频率下,因此减小开关损耗,降低装置的发热,十分有必要。断续脉宽调制(DPWM)可以降低开关损耗,本文研究了一种适用于Vienna整流器的具有最大开关损耗降低效果的DPWM方法。为改善DPWM相对于SPWM和SVPWM方法谐波特性较差的缺点,提出了一种适用于Vienna整流器的改善谐波特性的改进DPWM方法。该方法通过对子扇区注入的零序分量进行修正,改善了三相电流的谐波特性。为针对三电平拓扑固有的中点电位不平衡问题,提出了DPWM方法的中点电位平衡控制策略。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的调制方法和中点电位平衡控制策略的有效性,对不同调制方法 Vienna整流器的工作效率和电流THD进行了比较。     

基于模糊自适应控制的三相PWM整流器

主要介绍了三相高功率因数PWM整流器电流环和电压环的设计,并成功的将参数自适应PI调节应用到整流器的控制策略中,以提高直流侧电压的控制精度。仿真结果表明,这种新型PI控制方法响应快、鲁棒性强、抗干扰能力好,较传统PI控制具有更好的动、静态特性。     

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。     

三相电压型PWM整流器控制特性

基于三相电压型PWM整流器的工作原理,研究了PWM整流器的四象限运行的工作状态,并在此基础上提出PWM整流器网侧呈现受控电流源、且电流和功率因数均可控的特性,这使得整流器可以灵活地在各种工作状态间切换。针对PWM整流器网侧功率因数控制的要求,指出PWM整流器需工作在升压状态,且推导出其保持正常运行时直流电压与交流输入电源电压的比值应大于一个临界升压系数。提出了基于空间矢量算法的PWM整流器阶段电流控制策略:升压系数较大时采用单位功率因数控制模式,升压系数较小时则切换至滞后功率因数控制模式。设计并搭建了基于DSP数字化的三相电压源型PWM整流器的物理平台,实验波形验证了PWM整流器自身运行特性与其工作在临界升压系数时电流控制策略的切换控制的正确性。     

三相Vienna整流器无差拍预测直接功率控制策略研究

针对三相Vienna整流器控制系统计算、采样等延时引起的功率误差问题,提出一种两步预测直接功率控制(DPC)算法。基于无差拍控制原理设计内环直接功率控制器,推导两相静止坐标系下控制参考电压矢量公式,并结合二阶拉格朗日差值法估算k+2时刻有功功率给定值,提高功率预测精度。同时为提高电压外环响应速度和稳定精度,构建以直流侧电压平方为反馈量的滑模控制器(SMC)。最后搭建10 kW三相Vienna整流器仿真模型与实验平台对所提算法进行验证。仿真和实验结果表明:无差拍预测直接功率与滑模控制相结合的算法不仅可以有效减小输入侧电流谐波含量及功率脉动,而且可以提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰性能。     

基于RBF神经网络的电压外环滑模控制的Vienna整流器

以Vienna整流器为研究对象,针对其传统电压外环滑模变结构控制不变性和对系统参数扰动敏感的问题,分析了以逼近率为基础的滑模变结构控制算法,提出了一种基于RBF神经网络的自适应电压外环滑模控制算法。该控制算法通过将RBF神经网络与滑模控制算法有效结合,同时将中点电位平衡控制加入到RBF神经网络自适应电压外环滑模控制算法的设计中,使用RBF神经网络对电压外环非线性系统进行自适应逼近,能够有效降低切换增益,削弱抖振,增强系统的抗干扰能力。最后,通过仿真分析与实验测试验证所提控制算法的有效性。将所提出的控制算法与传统滑模控制算法、PI控制算法进行比较,结果表明采用这种电压外环控制算法能够对直流输出电压目标值进行快速跟踪,平衡中点电位,改善了系统的动静态性能,提升了其抗干扰能力。     

基于前馈解耦控制的电压型PWM整流器可逆运行研究

研究了一种基于前馈解耦的电压型PWM整流器系统双向运行控制策略,使整流器在整流以及有源逆变状态下都能实现高功率因数运行。建立了两相旋转坐标系下整流器的低频数学模型;在分析整流器能量双向流动的基础上给出了控制方法,采用电压外环与电流内环的双闭环结构,由电压外环控制功率的流向与大小;通过前馈解耦,对d轴电流与q轴电流独立控制,并给出了电压凋节器与电流调节器的设计方法,使系统在整流与逆变状态下都能达到较高的动静态性能;最后给出了仿真实验验证结果。     

基于动态滑模控制的并网逆变器控制策略

为了使三相LCL并网逆变器输出较理想的电压、电流,提高逆变器的运行性能,根据逆变器在d/q两相同步旋转坐标系中的数学模型,提出了电流内环的动态滑模控制策略。直接功率外环为电流内环提供参考电流。为消弱抖振问题,电流内环采用动态滑模控制。最后经PSCAD软件仿真验证了该控制策略的正确性和可行性,并且该方法能保证三相LCL并网逆变器在单位功率因数运行,具有应用参考价值。     

一种基于滑模观测器的动车组整流器控制策略研究

为改善车网耦合系统在多工况运行下的直流电压抗干扰能力,提出了一种基于滑模观测器的动车组网侧整流器滑模控制策略(sliding mode control method based on sliding mode observer, SMO+SMC)。首先,通过建立CRH3型动车组在dq坐标系下的数学模型,推导了滑模观测器的设计方程。接着,利用滑模观测器实时观测牵引电机输出功率后间接得到整流器直流侧电流,将滑模观测器的输出提供给滑模控制的外环电压控制模块,实现滑模观测器和滑模控制的结合。最后,将PI、滑模控制和SMO+SMC策略分别应用于CRH3型动车组仿真模型,对多工况下整流侧直流电压控制效果进行分析验证,并基于HIL小步长实时仿真测试平台进行了半实物实验。仿真和实验结果表明,SMO+SMC策略可以提高动车组运行速度改变时的直流电压抗干扰能力和车网耦合运行时网侧电流的稳定性。     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发,提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型,提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制,并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。