六相串联三相双永磁同步电机预测型直接转矩控制研究

基于开关矢量表的直接转矩控制(direct torque control,DTC)策略在多相驱动中存在开关矢量表规模庞大、开关矢量无法保持最优等缺陷。为此,利用零序电压为零的电压矢量在两台电机同步旋转坐标系中构建预测型直接转矩控制策略,实现两台电机电磁转矩精确解耦控制。为了进一步减小零序电流分量,采用零序电流闭环动态调整逆变器输出的零电压矢量与非零电压矢量21或42作用时间方法。实验结果表明,与基于开关矢量表直接转矩控制相比,所提预测型DTC驱动系统电磁转矩、电流脉动大幅度降低,零序电流被很好地控制在零附近。     

改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差拍控制思想计算目标参考电压矢量,以电压矢量为目标函数,并通过优化电压矢量选择,减少了控制算法计算量,降低了负载电流谐波含量、逆变器开关频率和功率损耗,从而提高了并网逆变器的运行效率。通过仿真和实验对比研究了传统单矢量法、传统双矢量法和所提方法的控制效果,并验证了所提方法的有效性。     

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。     

具有共模电压抑制能力的PMSM混合模型预测转矩控制

模型预测控制（MPC）动态性能优越、抗扰动能力强，但零电压矢量的使用可引起较大的共模电压，产生轴电流、电磁干扰等问题。基于等效零矢量的多矢量合成MPC虽可抑制共模电压，但需在同一周期使用多个有效矢量，导致开关频率高、系统效率低。因此，提出一种用于永磁同步电机（PMSM）的混合模型预测转矩控制（MPTC）策略，针对不同幅值的参考电压，分别使用虚拟矢量和多矢量合成2种电压矢量生成方式，可用较低的平均开关频率实现共模电压抑制，并保证良好的动、静态转矩控制性能。此外，通过改变控制模式的切换条件，可实现开关频率和转矩脉动的灵活切换。最后，仿真验证了所提方法的有效性。     

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。     

并联逆变器变开关频率交错零矢量PWM方法

零序环流抑制是交错并联逆变器正常运行的一个关键技术问题,过大的零序环流峰值将会增大开关管的电流应力,降低系统效率。该文在传统交错空间矢量调制的基础上,提出一种变开关频率交错零矢量脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)方法。建立交错零矢量PWM的零序环流时域模型,分析输出电流纹波特性以及电气参数差异对环流特性的影响。在保证最大零序环流峰值不变且输出电流纹波满足系统要求的前提下,引入变开关频率控制,并给出变开关频率交错零矢量PWM的实现方式。最后,实验验证所提方法的有效性。     

一种改进型永磁同步电机模型预测电流控制方法

传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题,因此在传统MPCC的基础上,提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期,并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数,来评估两个周期内的最优电压矢量,使相邻周期最优电压矢量尽量相同,从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,相比于传统MPCC,所提方法在相同的控制频率下,可以有效降低开关频率。此外,在开关频率近似相等的情况下,所提方法可以有效改善电流控制性能。     

三相电压型PWM整流器定频模型预测控制

针对模型预测控制(model predictive control,MPC)采样频率较高、开关频率不确定等问题,提出了一种三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier,VSR)定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency,FSF-MPC)。分析了三相VSR各电压矢量在六个扇区内对d、q轴电流瞬时变化的影响,基于电流预测模型,在固定时间间隔内以满足电流误差最小为原则计算各电压矢量作用时间。采用空间矢量调制原理获得功率器件的开关状态,实现模型预测控制的定频控制。1 kW样机的仿真与实验结果表明,与不定频模型预测控制相比,所提FSF-MPC控制算法开关频率恒定,且无需较高的采样频率,可有效降低纹波电流和电流失真,提高三相VSR系统的运行性能。     

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...     

一种基于双矢量恒定开关频率的三电平ANPC型全桥逆变器模型预测控制方法

针对三电平有源中点箝位型(activeneutral-pointclamped,ANPC)全桥逆变器在使用有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)方法时,存在开关频率不固定、电流谐波大、多目标优化复杂、对处理器运算效率要求高等问题,该文首先提出一种双矢量恒定开关频率FCS-MPC方法,该方法以逆变器输出电压矢量而非开关矢量为有限集进行模型预测,降低模型计算量;然后,通过代价函数寻优以确定最优和次优电压矢量,消除多目标优化问题;根据代价函数值计算矢量作用时间,并在下一控制周期中同时输出2种电压矢量,实现恒定开关频率,降低输出电流谐波;再次,推导基于不同变量约束实现所提方法的原理;最后,该文提出基于比例积分控制器调整冗余矢量作用时间来实现直流侧电容电压均衡控制的方法,此方法具有很快的调节速度。仿真和实验验证所提方法的良好性能。     

组合开关状态的NPC三电平模型预测不平衡治理策略

三相四线制中点钳位(NPC)三电平不平衡补偿装置中点电压均衡会导致零序电流补偿不足,影响不平衡治理效果。为解决这一问题,提出组合开关状态的三电平模型预测不平衡治理策略,分析不同类电压矢量开关状态零序电流补偿与中点电压均衡的关系。并根据各类开关状态补偿零序电流能力,组合全零矢量、短矢量和中矢量13种开关状态进行模型预测不平衡治理。仿真对比不同组合开关状态在中点电压均衡前提下零序电流补偿能力,并采用所提出的开关状态进行不平衡治理。结果验证了组合开关状态控制的有效性和准确性。     

快速矢量选择的三矢量PWM整流器模型预测低频控制

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control，FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题，为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控制。以无差拍控制原则得到了整流器的电压参考矢量，简化了预测过程；由功率跟踪控制的指标函数推导得到电压跟踪控制的指标函数；最后，根据扇区确定控制周期作用的2个有效矢量和零矢量，由电压跟踪控制函数得到了3个矢量的作用时间。通过仿真验证可知，与传统FCS-MPC相比，所提方法能够快速选择电压矢量，实现开关频率的固定，减小功率脉动并降低开关频率。     

基于四桥臂拓扑的开绕组永磁同步电机预测电流控制策略研究

开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统相比常规的开绕组同步电机双逆变器控制系统，在保证直流母线电压利用率一样的条件下，可以显著降低成本。为了抑制共母线开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统的零序电流，在传统的模型预测电流控制的基础上，提出基于三维空间快速选择最佳电压矢量和基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制方法。对共直流母线四桥臂系统的数学模型及αβ平面的电压矢量分布进行分析；采用模型预测电流算法进行控制；建立abc坐标系下的空间电压矢量分布系统，并分析几何空间关系，提出选择最优电压矢量的方法，效率得到提升，同时零序电流也得到了有效抑制；建立0轴电压预测方程，并采用中矢量调制方法，提出基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制策略，不仅抑制了零序电流，而且不需要复杂的价值函数计算，大大减少了计算量。该控制方法能够显著提升系统的动态和稳态性能。仿真验证了该控制方法的正确性和有效性。     

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。     

双向交直流变换器桥臂故障多矢量恒频模型预测容错控制

双向交直流变换器运行过程中的浪涌、尖峰等瞬态冲击会导致桥臂器件故障,进而威胁双向交直流变换器工作的可靠性。常规模型预测容错控制每个开关周期选取单个矢量作用于双向交直流容错变换器,所以开关频率不固定,难以准确跟踪目标矢量,电流谐波含量和功率脉动较大。为抑制常规模型预测容错控制下双向交直流变换器桥臂故障后的电流谐波和功率脉动,提出一种多矢量恒频模型预测容错控制方法。首先,重构桥臂故障后的双向交直流变换器系统结构,阐明故障容错运行机理及电压矢量变化。其次,建立容错运行模式的预测模型,在每个开关周期采用多个电压矢量的合成矢量跟踪目标矢量,并固定各矢量切换顺序,形成恒定开关频率。最后,仿真及实验结果表明,在所提控制策略下,双向交直流变换器发生桥臂故障后能够容错运行,且输出电流谐波减小,功率脉动下降,具有较好的稳态及动态性能。     

AC/DC变换器模型预测低频控制策略

针对传统的模型预测控制(MPC)方法因零矢量的使用而导致共模电压较大、开关频率较高等问题,在弃用零矢量的基础上,提出一种基于AC/DC变换器的模型预测低频控制方法,通过设计指标函数,控制电流快速跟踪并降低平均开关频率实现多目标优化控制。将开关状态变换次数作为最优矢量选择的一个标准,在确保电流控制精度的同时保持开关状态少量变化。该方法可降低功率变换开关损耗、提高整流器的工作效率。实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于三维及二维空间的六相永磁同步电机DTC

直接转矩控制(DTC)多相电机中零序分量直接影响驱动系统的运行性能,针对六相永磁同步电机(PMSM)提出一种DTC策略。该策略将三维零序空间电压矢量对零序立体空间电流误差控制效果与二维平面中电压矢量对转矩、磁链控制效果相结合,通过合理地选择最优开关表及电压矢量,实现定子磁链、电磁转矩、零序电流的控制。实验结果表明,所提控制策略实现了电磁转矩直接快速控制,同时也实现了零序电流为零控制,有效改善了相电流波形。     

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。     

一种改进的永磁同步发电机模型预测共模电压抑制方法

模型预测控制因具有实现简单、控制灵活等优点而在大功率电压源逆变器控制领域受到广泛关注。然而,传统的模型预测控制方法因采用零矢量而导致共模电压较大。直接弃用零矢量的模型预测控制方法虽然可以减小共模电压,但仍然存在计算量较大、开关频率较高等问题。因此,提出了一种改进的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测共模电压抑制方法。所提出的方法每个周期采用4个非零矢量进行优化运算,包含3个相邻非零矢量和1个不相邻非零矢量,从而降低了开关频率,且不影响电流控制。此外,文中还通过实验研究了所提出的共模电压抑制算法对PSMG转速控制的影响。实验结果表明,所提方法可以降低共模电压和开关频率,减小计算量,且不影响PMSG的电流和转速控制性能。