一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法

三相三电平Vienna整流器具有输入电流总谐波畸变率(THD)低、功率密度高、单位功率因数等优点,适用于高频三相功率因数校正场合。在器件开关暂态过程中,Vienna整流器的寄生电容和缓冲电路等非线性因素会造成交流侧端电压误差,给输入电流引入低频谐波,从而影响电流品质。为此,本文提出一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法,该方法考虑Vienna整流器电路非线性因素,对开关暂态过程和端电压误差进行分析,在电流过零时将端电压钳位到零电平,且可调节钳位区间大小,有效降低了端电压误差,提高了输入电流品质。通过仿真和实验对所提载波钳位调制方法和常规SPWM方法进行比较,结果表明:所提方法能在宽负载范围下降低输入电流低频谐波分量和总电流畸变率,验证了所提载波钳位调制方法的正确性和可行性。     

基于调制波分解的Vienna整流器的调制方法

Vienna整流器是一种控制简单、可靠性高的升压型整流器，被广泛应用到风能发电系统、航空电源以及新能源电动汽车等领域。由于Vienna整流器结构的特性，传统的调制方法会导致电流过零点畸变。因此，该文从调制波分解的角度分析电流过零点畸变产生的原因，针对现有的调制策略存在的不足，在其基础上进行改进，提出一种在维持直流侧中点电压平衡的情况下，可以最大程度地降低电流畸变的调制方法。该文将Vienna整流器的传统空间矢量调制、具有过零钳位的空间矢量调制与所提调制方法进行了比较，通过实验验证了所提调制方法的可行性和优越性。     

《航空高压直流供电系统中三相Vienna整流器 的控制策略研究》之三 ——电网不平衡时Vienna整流器的滑模控制策略和稳定工作条件

针对电网不平衡的问题,提出了一种基于滑模控制的抑制有功功率二次谐波的策略。首先,通过公式分序法提取了交流侧电压、电流的正负序分量,并推导了电网不平衡时瞬时功率的计算方法;在此基础上,根据抑制有功功率二次谐波的要求,改进了电网平衡时的双闭环滑模控制策略,并根据空间矢量调制的特点和交流侧电流、参考电压的位置关系,确定了上述控制策略下Vienna整流器的稳定工作条件。仿真和实验结果表明,当电网不平衡度和正负序电压初相位满足稳定工作条件时,Vienna整流器的交流侧电流能够保持正弦化,且谐波含量较低。     

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。     

基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略

传统的有限集预测功率控制应用在Vienna整流器时,在电网不平衡条件下输入电流将产生大量的三次谐波,严重影响Vienna整流器的正常工作。提出了一种基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略,内环采用新型有限集预测功率控制(new-finite control set-model predictive direct power control,N-FCS-MPDPC),外环采用线性自抗扰控制(linear auto disturbance rejection control, LADRC)。通过引入重新定义的无功功率,使得在电网不平衡时能够同时有效控制瞬时有功功率二次谐波和瞬时无功功率二次谐波,实现了Vienna整流器在电网不平衡条件下的正常工作。电压外环采用线性自抗扰控制,还可以克服PI控制存在的电压超调和动态响应慢的问题;同时,其在电网不平衡条件下也具有较好的鲁棒性和较快的跟踪性能。最后,在Simulink中搭建了三相Vienna整流器的仿真模型,对所提控制算法进行了验证。     

Vienna整流器一种包含过调制区域的调制方法

由于功率因数角的存在和电压矢量过调制,Vienna整流器输入电流会发生严重畸变。在此提出一种易于实现且包含过调制的调制方法,进一步扩展了Vienna整流器的运行范围。详细划分了Vienna整流器的线性调制区和过调制区,通过确定不同区域的边界条件及其对应的调制算法,能够有效地降低输入电流总谐波畸变率(THD)。最后通过实验验证了所提调制算法的优越性和理论分析的正确性。     

适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法

在工程应用中，Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本，此时，上、下直流侧的输出电压和功率不再相等，矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析，通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制，简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件，并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率，为工程参数设计提供参考。此外，分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题，提出了抑制电流过零畸变的方法，并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。     

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。     

基于无源与自抗扰的Vienna整流器控制策略研究

为提高整流器抗干扰能力与减少对电网的不良影响,采用T型VIENNA整流器实施直流输出电压、交流输入电流的综合控制。在建立三相T型VIENNA整流器数学模型的基础上,提出非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制算法,使输入电流具有跟踪速度快、稳态精度高、谐波畸变率低的特性;采用直流侧电压反馈误差非线性控制的自抗扰算法,实现了在负载扰动和电网电压波动时直流侧电压的快速恢复和稳定输出。该控制策略与典型的电压比例-积分调节(proportional-integral controller,PI)+电流PI或传统无源电流控制策略相比,可使Vienna整流器运行于高功率因数,低谐波畸变率,直流侧输出电压稳定,抗负载、电网电压扰动能力强。仿真与实验结果验证了T型Vienna整流器电压、电流误差非线性控制的无源与自抗扰策略的可行性和有效性。     

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。     

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。     

电网不平衡时光伏并网逆变器控制技术研究

针对电网不平衡时光伏系统逆变器侧并网电流含有负序分量及大量谐波,且严重畸变,对电网不平衡时dq旋转坐标系下正、负序电压分量进行了深入的分析,推导出了正、负序电压分量与电网不平衡程度的关系。基于此关系提出了一种正序分量补偿法控制策略。该控制策略能在很大程度上消除负序电流,抑制电流谐波,使电网不平衡期间并网电流不超过其额定值,避免因电流过大而使光伏系统从电网断开的故障发生。仿真和实验验证了所提控制方法的有效性和优越性。     

不平衡电网下PWM整流器自抗扰模型预测控制

电网电压不平衡时,脉宽调制(PWM)整流器网侧电流产生大量谐波,导致电能质量下降,此外,当负载突变时,系统将长时间处于暂态运行.针对上述问题,这里提出一种基于自抗扰控制器(ADRC)的改进的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法.该方法通过对不平衡电网下的网侧功率分析获得新的功率参考值,以此设计评价函数,降低整流器网侧电流畸变率,减小有功功率波动.另外,为提高系统鲁棒性,采用ADRC跟踪电压参考值,提升负载突变时的系统暂态性能,并通过仿真和实验验证所提方法的有效性.     

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.     

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。     

不平衡电网下三相四桥臂高频链矩阵整流器及其解结耦鞍型波脉宽调制方法

为提高三相高频链矩阵整流器在不理想电网下的适用性,提出一种三相四桥臂高频链矩阵整流器拓扑,其在电压型三相三桥臂高频链矩阵整流器的基础上引入第四桥臂,旨在给输入不平衡的电流提供零序电流通路,进而提高其适用于不平衡电网的能力。为提高直流电压利用率,减小输入电流谐波,针对所提拓扑提出一种面向双向开关的数字实现式解结耦鞍型波脉宽调制(SAPWM)方法,其算法简便、灵活性强。为论证所提拓扑可分解为三个独立的单相高频链矩阵整流器,提出一种通过观测交流侧滤波电感两端电压波形来进行分析的新思路。最终实现了在电网电压一相跌落条件下仍能输出稳定的直流电压,输入电流谐波含量低且功率因数高。仿真和实验验证了所提拓扑及理论分析的可行性和有效性。     

不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统控制策略

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次谐波电压的电网条件,文中利用串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制以及正向同步旋转轴系下的比例积分—双频谐振(PI-DFR)控制器,提出了基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的改进控制策略;在实现了定转子电流平衡无畸变、发电机输出功率和电磁转矩无波动的同时,亦消除了系统输出有功功率的2倍和6倍频波动。此外,还提出了考虑并联网侧变换器电流容量时参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。对一台2MW基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的仿真分析,验证了所提控制策略及并联网侧变换器参考电流指令分配原则的正确性。     

基于滑模变结构的Vienna整流器控制研究

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。然而三相Vienna整流器并网电流性能对于控制器参数取值依赖性强,不合理的取值往往导致网侧电流畸变且系统抗干扰性差。为有效改善并网电流动静态性能,提出一种新型的基于双闭环滑模变结构的载波SVM控制策略,进一步采用了一种改进型幂次趋近律并给出了中点电位直流波动抑制策略。为验证所提滑模控制SMC（sliding mode control）方案的正确性,构建了完整的仿真与实验测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明所提控制策略可有效改善并网网侧电流动静态性能,同时保证了直流侧中点电位均衡。     

电容电流反馈的LCL滤波器网压前馈控制研究

为了抑制LCL滤波器的固有谐振,消除电网电压畸变时并网电流内的谐波,此处提出一种在网侧电流闭环条件下的电容电流反馈、电网电压前馈控制方法。通过引入电容电流反馈环节,使LCL滤波器的固有谐振减小,且电容电流通过估算获得,减少了传感器的数量。在电网电压畸变的情况下引入电网电压前馈环节,消除了并网电流内的低次谐波,得到高质量输出电流。仿真和实验结果表明所提控制策略的有效性。     

特定次谐波滤除锁相在有源电力滤波器中的应用

针对电网电压不平衡和网侧电压特定次谐波含量较高的情况,在传统的基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)前级加入谐波滤除级,可完全滤除特定次谐波,并且在电网电压不平衡的情况下,能准确检测网侧电压的频率和相位信息。将该锁相方法应用于有源电力滤波器(APF)中,提出了一种电流特定次谐波检测算法。该算法简化了计算,省去对滤波器的设计,能准确检测出电流特定次谐波。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。