三电平静止同步补偿器内模控制研究

静止同步补偿器(STATCOM)用于电网动态补偿时,无功电流检测环节及电流控制器的设计对其补偿性能起着决定性的影响。在传统的FBD功率理论的基础上,对传统FBD检测法做出改进,引入电网虚拟磁链模观测器代替原有的锁相环对电网电压进行重构,提高了电网电压存在畸变时无功电流的检测能力,同时采用惯性环节代替了低通滤波器降低了检测系统的时延。在此基础上针对静止同步补偿器存在着非线性和强耦合的特性,提出一种基于内模控制原理和三电平空间矢量算法相结合的电流解耦控制方法,根据内模控制基本原理,设计了静止同步补偿器的双闭环内模控制器。基于Matlab/Simulink仿真平台,对改进型FBD无功电流检测方法和电流环内模解耦控制器进行了系统仿真分析,最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

网侧三相PWM整流器最小耦合模型控制

三相电压型PWM整流器采用虚拟电网磁链定向方式,对谐波和干扰有良好的抑制作用,但未从根本上解决d、q轴电流交叉耦合问题。对此引入"虚拟定子磁链"概念,提出了三相PWM整流器最小耦合模型控制策略。建立了虚拟定子磁链定向方式下三相PWM整流器数学模型,并与传统的虚拟电网磁链定向方式进行对比分析。同时提出了虚拟定子磁链定向方式下直接电流控制和功率因数控制方法,为保证控制策略的有效实施,构建了频率自适应虚拟定子磁链观测模型。仿真和实验结果表明所提控制方案的有效性,相比于传统虚拟电网磁链定向方式,采用虚拟定子磁链定向控制可实现稳态完全解耦控制,同时削弱动态过程的耦合影响,具有优异的动、静态性能。     

基于锁相环和虚拟电网磁链的三相并网逆变器

为了提高三相并网逆变器的可靠性、降低并网逆变器的成本,提出一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的动态数学模型,采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流双闭环控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。实验结果表明,三相并网逆变器输出电流正弦度良好,谐波含量小,同时有很好的动、静态特性,从而验证了该方案的可行性和正确性。     

不连续空间PWM的无电网电压传感器的三相并网逆变器

为提高三相并网逆变器的可靠性和进一步降低三相并网逆变器的成本,采用了一种基于虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略.根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型,采用虚拟电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流闭环控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率.详细分析了连续空间PWM和不连续空间PWM之间的联系和区别.连续空间PWM和不连续空间PWM之间的本质区别在于零矢量的选择,选择不同的零矢量从而导致不同空间PWM.为了减少开关损耗,针对三相并网逆变器的特点,采用一种不连续空间PWM方式.仿真和实验结果看出:基于不连续空间PWM和虚拟电网磁链矢量定向的三相并网逆变器具有良好的动、静态性能,从而验证了该方案的可行性和正确性.     

一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法

为减少并网逆变器系统中传感器的数量,提出一种基于扩张状态观测器的无交流电压传感器锁相及电流控制方法.根据并网逆变器在旋转坐标下的电流状态方程设计扩张状态观测器对电网电压进行估计,并结合锁相环实时获取电网电压合成矢量的角度.该方法没有涉及直接的微分或积分运算,从而不需要考虑测量噪声、积分初值等因素对角度估计的影响.采用基于电网电压合成矢量定向的矢量控制策略对并网电流的dq轴分量分别实施控制,并利用扩张状态观测器的输出实现dq轴解耦和电网电压前馈.仿真结果证实该无传感器锁相方法在不同电网初始相位下的角度估计误差都能快速收敛,其锁相的动态性能要优于传统虚拟磁链法,并且所提出的电流控制策略能对并网电流的幅值、相位进行精准控制.     

无谐波检测环节的三电平有源电力滤波器控制系统

针对传统三相abc坐标系控制无法清除系统耦合量的扰动,建立了基于三电平SVPWM的无谐波检测环节解耦控制系统.通过对电网电压不平衡时上述无谐被检测有源电力滤波器解耦系统如何控制进行了研究,提出电网电压不平衡时系统控制方案.仿真试验表明,该无谐波检测解耦控制系统动态跟踪速度快、补偿效果好,不受负载突变影响,且当电网电压不平衡时依然能够保证有很好的谐波电流补偿性能.     

新型虚拟磁链定向的Hopfield神经网络谐波电流检测

谐波电流检测的准确性和快速性直接影响有源电力滤波器的补偿精度。相较于锁相环,虚拟磁链在电网电压波动的情况下也能准确定向,而且响应速度更快。文中采用由高通滤波器和变换坐标系组成的新型辨识算法,改善了虚拟磁链中由积分器引起的相位误差。Hopfield神经网络利用新型虚拟磁链观测到的电网电压定向角,对谐波电流进行检测。该方法引入能量函数构造反馈型神经网络,通过不断反馈收敛最后达到平衡,以实现对谐波电流的检测。仿真结果表明基于虚拟磁链的Hopfield神经网络方法能同时快速准确地检测出基波电流、总谐波电流和各次谐波电流,而且在负载突变、电压波动的情况下,与基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q法相比响应速度更快,准确性更高,具有更好的鲁棒性。     

考虑电压饱和的永磁同步电动机动态解耦控制

针对永磁同步电动机矢量控制中不能对定子电流d轴分量和q轴分量进行动态解耦的特点,采用双PI动态解耦的方法,避免了反馈解耦、对角矩阵解耦等方法中电机参数变化对解耦效果影响较大的问题,以及逆系统方法、基于微分几何原理解耦方法的复杂性.由于逆变器的饱和电压输出会导致电流的超调和振荡,在动态解耦的基础上提出了一种电压抗饱和的设计方法,并且通过进行补偿将双PI动态解耦控制和电压抗饱和设计有效地结合起来.仿真验证了这种动态解耦控制方法的有效性.     

一种新颖的感应电动机控制仿真研究

矢量控制是基于旋转坐标实现感应电动机的交、直轴电流的解耦控制,状态变换需要计算转子转差或转子磁链角的位置.提出了一种新颖的感应电动机解耦控制方案,该设计方法可以实现快速的转速、转矩和磁链的跟踪.与传统控制方法相比,该方法避免了转子转差或转子磁链角位置的计算.仿真结果证明了该设计方法的有效性.     

电压型驱动按定子或气隙磁链定向的优势分析

为了避免转子参数对低速动态性能的影响,采用电压输出控制型变频器,分别按定子和气隙磁链定向时的矢量控制.推导出磁链定向时的解耦控制方程,在附加一定形式的去耦项之后均可实现完全解耦,并且转矩和磁链检测算法均与转子参数无关,可大幅改善闭环控制的鲁棒性和精度.仿真结果表明,由电压输出控制型逆变器驱动的定子或气隙磁链定向的交流异步电动机动态调速系统会具有新的更大的应用优势.     

基于改进虚拟磁链的dq谐波检测方法

为了提升传统dq谐波检测法对网侧电压畸变的应对能力,提出一种基于复合二阶广义积分器的虚拟磁链定向的谐波检测方法。该方法采用虚拟磁链作为同步参考坐标系锁相环的改进环节,利用复合二阶广义积分器替代常规低通滤波器,消除了传统dq谐波检测方法由于三相电网电压不对称和畸变等恶劣工况造成的检测误差,并能准确锁定电网相位角和频率。仿真和实验结果表明,改进后的谐波检测方法不受电网不平衡和波形畸变的影响,所得基波正序电流基本不存在畸变,且能够准确跟踪频率的变化,证实了本文所提出的基于复合二阶广义积分虚拟磁链定向的谐波检测方法的有效性。     

采用参数辨识及新型主动阻尼控制的LCL滤波脉宽调制整流器

采用LCL滤波器的脉宽调制整流器一般需要检测电网电压、电流及直流母线电压,为抑制谐振还需检测交流滤波电容支路电压或电流。过多的传感器增加了整流器成本,且检测所得电网电压实际易受电网内感抗干扰,影响整流器稳定运行。首先提出一种基于电网参数辨识的虚拟磁链定向控制方法。在整流器启动之前,采用遗传算法辨识电网感抗、频率、幅值和初始相位角等参数,以获得虚拟磁链及其初值的精确观测。为抑制LCL滤波器谐振,提出一种通过一阶高通滤波器回馈整流器侧电流高频分量的新型有源阻尼控制方法,建立频域模型,分析高通滤波器参数对谐振抑制效果的影响。所提控制策略只需检测直流母线电压及整流器侧两相电流,省去了电网电压传感器及交流滤波电容支路电压或电流传感器。仿真和实验分析证实了该控制策略有效性。     

带有滤波电容电流补偿的风电并网逆变器控制

分析了并网逆变器的控制策略,采用电网电压矢量定向和d, q轴电流闭环控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。重点对输出滤波电容对并网电流相位的影响进行了分析,并对此提出了一种采用滤波电容电流补偿的方法。对比仿真结果表明,该补偿方法很好地消除了电网电压和并网电流的相位差。理论分析与仿真结果表明,带有滤波电容电流补偿的并网逆变器能够快速实现功率解耦控制,具有良好的动静态性能。     

光伏并网逆变器的定频滞环电流控制新方法

提出一种用于光伏发电系统与公用电网并网的逆变器定频滞环电流控制新方法,该方法首先基于电网线电压空间矢量将复平面分为6个扇区,在每个扇区内实现两相开关解耦分别控制相应的线电流;然后,在控制相的下一个线电流误差周期到来时,计算并调节下一周期的滞环宽度以达到定频滞环电流跟踪,改善输出电流波形,提高控制精度。该方法的主要特点是不需要额外的模拟电路便可以实现开关频率的稳定。利用Matlab进行建模,仿真结果证明了该方法对稳定滞环开关频率是有效的,同时也表明该方法应用于光伏并网逆变器是可行的。     

复杂电网下无功及谐波电流检测算法研究

当电网电压不对称、有谐波畸变、频率突变等情况下,传统的基于瞬时无功功率理论的电流检测法检测结果存在较大误差。根据Ip-Iq电流检测理论,提出一种基于复系数滤波正负序解耦网络的电流检测法,对其进行理论分析和数学建模,设计电流检测网络结构。该方法由于锁相环采用了复系数滤波正负序解耦网络,可在复杂电网情况下准确跟踪基波正序分量相序;由于电流滤波也采用了复系数滤波正负序解耦网络,滤波后的电流可以更精确的实现正负序分离。通过在电网电压不对称、有谐波畸变及频率突变三种情况下对所设计的电流检测网络进行仿真验证,结果表明了本方法的可行性和有效性。     

解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法

在新能源发电并网中,并网变换器需根据电网运行状态实施相应的控制以保证其安全可靠运行。需要对电网电压的频率和相位实现快速准确的检测,同时还需要为变流器的并网运行提取出正负序分量。本文针对解耦双同步参考坐标系锁相环在谐波情况下频率检测结果和同步效果差的问题,提出了一种解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法。该方法通过正负序dq轴系以及低次谐波的dq轴系分解,实现了多轴系dq分量的解耦,可以在电网电压不对称和含有谐波分量的情况下,快速提取出电网电压的频率和相位信息,同时还可得到正负序分量的dq轴变换结果。实验结果表明提出的方法在电网电压不对称、频率变化和含有多次谐波情况下均具有很好的同步效果。     

一种用于谐波检测的改进虚拟磁链定向方法

针对传统基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测算法对网侧电压畸变应变能力弱的缺点,提出一种基于复合三阶广义积分器的虚拟磁链观测的定向方法,并将其应用于ip-iq谐波检测算法。该方法采用虚拟电网磁链作为锁相环的改进环节,利用复合三阶广义积分器和正负序分量计算模块来实现正序磁链的提取;在准确锁定电网相位角和频率的基础上,消除了传统ip-iq谐波检测算法由于电网电压不对称,波形畸变和直流偏移分量的注入等原因造成的检测误差。仿真和实验表明,改进后的方法基本不受网侧恶劣工况的影响,应用于谐波检测得到的基波电流基本不存在畸变,且能够实时跟踪频率变化,证明了本文提出的基于复合三阶广义积分器的虚拟磁链定向方法的有效性。     

基于PR调节器的PWM整流器VFOC控制

研究了两相静止坐标系下三相电压源型PWM整流器虚拟磁链定向(VFOC)控制策略。采用虚拟磁链观测器得到坐标变换中的角度信息,无需电网电压传感器。电流环的控制采用比例谐振调节器(PR)取代传统的PI调节器。该调节器能够抑制低次谐波和开关频率附近的高次谐波,实现电流在两相静止坐标系下的稳态无静差跟踪控制,不需要前馈解耦,简化控制系统设计。搭建了以TMS320F2812DSP为控制核心的实验装置,仿真和试验结果证明了该方法的可行性。