一种基于离散空间矢量调制的Vienna整流器模型预测控制方法

应用于三相整流器的有限控制集—模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)方法以指标函数最小为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,开关频率不固定,输入电流品质依赖较高的采样频率。该文提出一种基于离散空间矢量调制(discretespacevector modulation,DSVM)的Vienna整流器模型预测控制方法。该方法采用由实矢量线性组合而成的虚拟矢量,在一个采样周期内可输出多个实矢量,能固定开关频率;通过引入虚拟矢量,增加预测控制中的可控矢量集,能有效减少参考电压和预测电压之间的误差,从而降低输入电流总谐波畸变率(total harmonics distortion,THD)。该文分析虚拟矢量及其调制方式,给出DSVM-MPC的实现方法。为验证所提DSVMMPC方法的正确性,与常规FCS-MPC方法进行仿真和实验对比分析,结果表明所提方法可提高输入电流品质。     

基于模型预测的VIENNA整流器定频控制

针对传统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、网侧电流纹波含量大等缺陷,提出一种固定开关频率的基于最优开关序列合成的电流MPC方法.通过选取扇区内代价函数最小的3个相邻电压矢量合成最优电压矢量,并根据电压矢量的代价函数直接计算开关序列占空比,实现了 FCS-MPC与空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策...     

基于功率跟踪目标函数定频模型预测控制的三相PWM整流器

传统有限控制集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)在一个控制周期内输出单一的开关状态,当采样频率较低时,控制精度较差,且开关频率不固定导致交流侧滤波器难以设计。针对上述问题,在传统FCS-MPC的基础上,为三相脉冲宽度调制(pulsewidth modulation,PWM)整流器提出一种基于功率跟踪目标函数的定频模型预测控制。首先基于FCS-MPC的功率跟踪目标函数最小值求解,精确计算变换器输出电压矢量的扇区,接着根据扇区确定控制周期作用的两个有效矢量和零矢量,最后利用3个矢量的功率跟踪差值计算各电压矢量的作用时间。通过仿真验证,与传统FCS-MPC相比,所提方法能实现开关频率的固定,减小功率脉动,提高整流器的输出性能。     

基于模型预测的T型并网变换器功率控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)以代价函数最优为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,存在开关频率不固定且并网电流性能依赖较高的采样频率等缺陷。此处提出一种新型的模型预测直接功率控制方法,该方法通过直接计算出整流器开关电压矢量的最优序列作用时间,实现了传统FCS-MPC与空间电压矢量调制方案的有机结合,并应用于三电平并网T型变换器的控制中。为验证所提控制方案的有效性,构建了一台满额功率为6.5 kW的三相三电平T型变换器仿真与测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明,该方案有效减小了传统模型预测算法并网电流畸变,保证了固定开关频率控制,同时具有良好的稳态和动态性能。     

基于混合矢量调制的VIENNA预测控制研究

VIENNA整流器由于具有便于模块化、高功率密度、输出性能良好等优势,在站级快速充电电源、绿色数据中心、航空电源等方面获得广泛关注。有限集模型预测控制(FCS-MPC)作为一种性能优良的多目标控制算法,具有诸多优点,如控制算法简单,响应速度快,因此较适用于VIENNA整流电源控制系统。然而,传统FCSMPC中单开关周期内电压矢量集较少,作用单一矢量造成开关频率不固定,严重影响并网电流质量。基于此,提出一种基于混合电压矢量的模型预测控制策略,利用实矢量线性合成虚拟电压矢量的方式增加单周期内的电压矢量个数,使得跟踪误差得到减小的同时有效抑制电网电流纹波。最后,从静态、暂态等方面进行了仿真与实验分析验证。     

有源电力滤波器定频模型预测电流控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)需以较高采样频率确保控制效果,且开关频率不固定,多应用于三相三线系统中。为此,给出一种针对四线制有源电力滤波器(APF)的定频模型预测电流控制(3D-FSF-MPCC)方法。在α,β,γ坐标系下,8个离散电压矢量将空间划分为6个三棱柱,通过定位电网电压矢量,选择其所在棱柱内的4个电压矢量共同作为每个采样周期内的输出。根据电流变化率计算公式,以电流无误差跟踪为目标确定各矢量的作用时间,再经脉宽调制得到开关信号,实现四线系统中电流控制的定频运行。仿真与实验结果证明,与FCS-MPC相比,该控制方法有相同的动态性能,且开关频率固定,电流补偿精度更高。     

含耦合电感的四管五电平整流器模型预测控制

PWM整流器广泛应用于高压直流传输系统、电力电子变压器和电力机车牵引等领域。以含耦合电感的单相四管五电平整流器为对象,首先,在分析其工作原理的基础上建立了该整流器在两相静止坐标系下的离散化数学模型;然后,针对传统模型预测控制(finite control-set model predictive current control,FCS-MPC)算法存在的开关频率不固定、运算量大、电流内环追踪给定值不精确等问题,利用新的调制函数、空间矢量调制和无差拍控制对传统FCS-MPC算法进行改进。仿真和实验结果均表明改进后的模型预测控制算法不仅保留了传统FCS-MPC算法的快速响应性,而且具有开关频率固定、计算量小、网侧电流谐波畸变率更低、系统延时引起的误差更小等优点。     

单相准Z源逆变器最优开关矢量集模型预测控制

以单相准Z源逆变器(quasi-Z-sourceinverter,q ZSI)为研究对象,以减小逆变器平均开关频率为研究目标,提出一种最优开关矢量集模型预测控制策略。首先,分析不同工作状态对q ZSI状态变量的影响,建立其离散时间模型;其次,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,结合有限控制集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol,FCS-MPC)策略,实现q ZSI系统的多变量综合协同控制;然后,分析逆变器开关时序,建立最优开关矢量集,通过选取最优开关矢量集,降低了系统的平均开关频率。相比于传统FCS-MPC,通过所提控制算法,在不影响交直流侧优化控制的前提下,降低了15%的平均开关频率。最后,通过建立实验模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定,可选矢量范围具有一定局限性,输出电压的突然变化,会导致电流纹波较大。因此,提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压,同时为了获得更准确的电流预测,使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度,并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明,与传统的FCS-MPC方案相比,所提策略有效地减小了电流纹波,拓宽了电压矢量选择的范围,同时提高了电机鲁棒性。     

单相PWM整流器两矢量有限集模型预测电流控制

为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-based finite-control-set model predictive current control)方法。该方法根据整流器的3种电压矢量进行扇区划分,并在每个开关周期内同时作用一个扇区内的2个边界矢量;结合电流误差评价函数,求解出各扇区边界电压矢量的最优作用时间;最后采用电流误差评价函数值最小的扇区边界矢量,并通过调制模块产生相应开关信号。为验证所提方法的正确性和有效性,在小功率实验平台上对该TV-FCS-MPCC与传统FCS-MPCC方法进行了实验对比研究,研究结果表明:TV-FCS-MPCC方法可以有效实现单相PWM整流器的控制目标,与传统FCS-MPCC方法相比,所提方法可以实现开关频率的固定,并降低网侧电流THD。