三相电压型PWM整流器电流环前馈控制研究

在三相电压型PWM整流器中,为实现d轴电流环路和q轴电流环路的解耦控制,同时,提高电流环对电网电压等外部因素的抗扰性能,改善输入电流波形,引入了电流环前馈控制。本文通过对三相PWM整流器的小信号分析,得到了提高电流品质的电流环前馈单元。然后,针对小信号模型静态工作点偏移问题,通过控制方法的改进,补偿了直流电压静态工作点偏移引起的电流环控制性能变化。同时,研究了改进的前馈控制方法对启动尖峰电流的抑制作用。最后,实验结果验证了控制方法的有效性。     

永磁同步电机电流环控制耦合分析

在永磁同步电机(PMSM)高频运行和控制载波比低的情况下,由于电机阻抗耦合和数字控制延时的影响,d,q轴电流耦合加重导致电流失稳。在此搭建了同步坐标系下复系数传递函数表达的电流环控制模型,并在此基础上提出一种带角度补偿的复系数PI控制器,解决了耦合导致的PMSM电流环失稳问题。实验结果验证了该方法的可行性和算法的正确性。     

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。     

基于复矢量的电流环解耦控制方法研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)采用矢量控制后,可以实现电流静态解耦,但动态耦合关系依然存在,而且随着转速的升高,耦合作用的影响也越来越严重。传统的电压前馈解耦控制(voltage feed forward decoupling control,VFDC)对参数变化敏感,因此提出一种基于复矢量的电流环解耦控制策略。电机模型包含一个随速度变化的极点,因此电压前馈解耦控制器的固定零点很难保证全速度范围内的零极点对消;复矢量控制器包含一个随速度变化的虚轴零点,从而实现控制器的零点与被控对象的极点完全解耦。该文采用复矢量的分析方法建立了更精确的电机控制模型,并通过传递函数对解耦特性进行了分析,在此基础上给出了可用于仿真和实验的d-q轴的控制模型。仿真和实验结果表明复矢量解耦控制器有效提高了电流环的控制性能。     

一种异步电机的电流环解耦控制方法

在异步电机的矢量控制系统中,电流控制器处于内环,对系统响应的准确性和快速性有着重要影响。然而矢量控制经过坐标变换后,电流环中的d、q轴之间仍存在交叉耦合,并且随着同步频率增加耦合分量加大;另一方面,数字延时的存在使耦合加剧进一步降低了电流环特性,对于大功率低开关频率交流传动的影响尤其明显,严重时可能导致系统不稳定。为了实现良好的解耦控制,基于复矢量分析方法建立了更加精确完整的电机模型,提出一种电压解耦控制的电流控制器,在此基础上引入了延时及其补偿方法,并通过复矢量传递函数对控制策略的动态解耦性及鲁棒性进行了研究。仿真和实验结果表明所提方法有效提高了电机动态控制性能。     

三相电压型PWM整流器小信号建模及其控制器设计

通过对三相电压型PWM整流器大信号模型及零轴分量的分析,建立了dq坐标系下基于线性解耦的小信号动态模型。基于该模型,建立了系统电流内环及电压外环并分别进行理论分析和设计。在对控制环截止频率进行合理设计的基础上,通过调整控制环开环传递函数零点位置,折中考虑系统的相位裕量和低频增益,得到兼顾系统稳定性和抗扰性能要求的控制参数。最后,Matlab仿真结果和基于TMS320F2812 DSP控制的实验结果都证明了理论分析的正确性。     

电网畸变条件下MMC的控制策略研究

模块化多电平变换器(MMC)的传统双同步旋转坐标系解耦(DDSFR)锁相环(PLL)难以应对低次谐波电压,并且其d,q分量将谐波移相形成新的电压前馈谐波项.此处提出新型的复系数滤波器(CCF)锁相技术.首先,分析了传统CCF正负序解耦能够滤除电网谐波电压的原理,并提出了电网电压畸变条件下CCF解耦的频域等效传递函数分析方法.其次,针对传统CCF解耦的多阶离散化延时缺点,提出采用超前补偿函数补偿延时的方案,获得精度较高的相角与电压前馈项.同时,引入附加重复控制器改进电流环比例积分(PI)调节器,优化系统输出的总调制波.最后,对电网电压低次谐波工况进行了实验验证,所述新方案优化了装置的锁相输出与电流响应特性.     

一种提高电网适应性的前馈加权滤波控制策略

为了提高三相Vienna整流器在不同电网条件下的适应性,在此提出前馈加权滤波的控制策略.该控制策略的电网电压前馈由实时值和滤波值两部分组成,通过选取合适的加权系数兼顾抑制电网背景谐波和提高弱电网适应性.首先建立了弱电网下Vienna整流器的数学模型,其次利用系统开环传递函数波特图和根轨迹对比分析了弱电网下直接前馈控制、前馈低通滤波、前馈加权滤波的控制性能,得出前馈加权滤波具有更好的电网适应性,最后搭建20 kW充电模块实验平台,实验结果证明了该控制策略的可行性与正确性.     

单相并网模型电流控制及数字延时影响研究

并网逆变器作为电能变换的重要一环,其控制算法显得尤为重要。针对单相L型并网逆变器将模型电流控制应用其中,得到了一种参数易于整定的逆变并网控制算法且适用性强。为满足工程实践要求,分析了数字控制延时对系统稳定性的影响,并给出了控制参数修正方法;同时在计算并网逆变器给定输出电压时,对于数字控制延时的影响给出了电网电压反馈值合适的相位补偿。最后通过仿真与实验验证了模型电流控制的适用性及补偿数字控制延时影响的有效性。     

基于任意相位延时的单相整流器dq轴电流快速计算方法

以单相两电平脉冲整流器为研究对象,以提高其dq电流解耦控制的动态性能为目的,针对传统dq轴电流计算速度缓慢的问题,提出一种新的dq轴电流计算方法。首先,引入两相坐标系下空间复矢量的概念,建立整流器在dq坐标系下的数学模型,分析dq电流解耦控制的基本原理;然后,针对单相系统αβ-dq坐标转换需要引入虚拟正交分量问题,提出一种任意相位延时算法,并分析该算法的响应速度与抗噪声干扰能力,该算法与目前几种常用的正交信号产生(orthogonal signal generators,OSG)算法相比具有更快的响应速度,且无需复杂计算、实现简单容易;最后对所提出的算法结合单相整流器dq电流解耦控制进行计算机仿真与半实物实验验证,同时与几种常见OSG算法做对比实验,结果证明了所提算法的正确性与有效性。     

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。     

三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略

同步旋转d-q坐标系下的电压、电流双闭环控制,广泛应用于三相电压型PWM整流器。该方案结构简单,比较适合基于数字处理芯片的数字控制系统。由于交流侧电感工艺存在差异,且当电流很大电感饱和时,电感值也会有变化,实际控制系统往往忽略掉耦合项;而电压外环的非线性也使得控制系统的性能提升受到限制。提出一种新的电压电流双闭环控制策略,其中电流内环借鉴合成矢量的思想,提出同步旋转d-q坐标系下无电感L参数的电流解耦控制方法;电压外环采用电压平方为控制量实现线性化的间接电压控制。仿真与实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于复矢量调节器的低开关频率同步电机控制

为提高中压大功率变频器出力,需要降低器件的开关频率,这会导致脉宽调制(pulse width modulation,PWM)响应滞后,影响定子电流磁化分量和转矩分量间的动态解耦效果。受低开关频率制约,常规的比例积分(proportionalintegral,PI)及前馈补偿PI调节器难以满足系统要求。为改善这一问题,在对电励磁同步电机进行复矢量信号建模的基础上,充分考虑信号采样的延迟和开关器件在低开关频率下的惯性特性,结合经典的控制理论分析方法,设计了一种新颖的基于复矢量的电流调节器。该调节器能在低开关频率下实现对定子电流磁化分量和转矩分量的有效解耦,动稳态性能良好。Matlab仿真及DSP实验验证了该调节器的有效性与可行性。     

双PWM变频器供电的双馈发电机系统仿真

建立了双馈发电机矢量控制系统和三相PWM整流器的控制模型,在三相整流器的d-q轴数学模型的基础上,研究了其网侧电流控制策略,讨论了基于电网电压前馈控制和网侧电流补偿控制的解耦控制方法,通过仿真验证了控制策略的正确性和有效性.     

QPR and duty ratio feed‐forward control for vienna rectifier of HVDC supply system

The grid current of a Vienna rectifier will change from the continuous conduction mode (CCM ) to the discontinuous conduction mode (DCM ) when the load current or the inductance decreases. This deteriorates the grid current. Therefore, a strategy based on the variable duty ratio feed‐forward and quasi‐proportional‐resonant (QPR ) combined control is put forward, by introducing the needed duty ratio to the original output of current inner loop, whereby the pressure of the inner loop is effectively reduced. The working mechanism of the Vienna rectifier is first analyzed. The transfer functions of CCM and DCM between duty ratio and grid current are then built. At the same time, the parallel multi‐QPR harmonic compensators are adopted in the current inner loop to effectively eliminate the specific harmonic pollution. To verify the correctness and effectiveness of the proposed strategy, a 5.3‐kW prototype under digital control is established. The simulation and experimental results show that both the steady and transient performance of the proposed strategy are better under the fixed current inner loop parameters, the current zero crossing distortion can be eliminated, and the current quality acquired under the transformation between CCM to DCM can be further improved.     

低开关频率对并网逆变器控制环节的影响及补偿方法

为了防止大功率并网逆变器网侧LCL滤波器所导致的谐振问题,通常采用无源阻尼方法进行谐振抑制。但是传统的无源阻尼方法未考虑数字延时对系统稳定性的影响,通过在离散域和连续域建模结合奈奎斯特稳定判据分析,得出采用准比例-谐振(QPR)控制时,低开关频率下的数字延时角会导致无源阻尼方法在谐振频率附近出现负穿越。这个特性会导致电流环不能稳定运行,并进一步得出QPR控制下的无源阻尼系统稳定性不受电网阻抗变化的影响。为了保证低开关频率下电流环的稳定性,提出采用具有低通特性的超前环节补偿QPR控制器谐振频率相位滞后的方法,给出了超前补偿的设计步骤。最后,仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

无锁相环同步坐标变换检测法的硬件延时补偿

针对谐波检测电路遇到的硬件电路延时和锁相环检测误差问题,分析了无锁相环同步坐标变换检测方法对结果的影响,并引入通用瞬时无功理论中的波形相关系数概念,分析了硬件延时对补偿效果的影响,最终提出了一种无锁相环的、考虑硬件延时补偿的改进型同步坐标变换检测法。该方法通过预设同步坐标旋转角速度,避免了锁相环的检测误差,同时在同步坐标逆变换矩阵中引入相位补偿角对硬件延时进行补偿,具有实施简单、适合数字控制、测量准确,且不受电网电压畸变影响的特点。     

PWM整流器负载电流前馈控制策略研究

双闭环PI控制因其在控制系统结构上固有的不足及PI调节的滞后性,难以使PWM整流器在负载扰动下获得良好的动态性能.结合PWM整流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,给出了双闭环PI控制系统结构图,设计了负载扰动动态前馈补偿器及简化后的静态前馈补偿器.实验结果表明,静态前馈补偿可显著改善PWM整流器抗负载扰动动态性能.分...     

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier, CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。     

基于LCL滤波的vienna拓扑三相整流技术研究

vienna拓扑整流器具有低开关损耗、三电平电压波形等优点,适于提高系统功率密度。为进一步提高功率密度,将LCL滤波器引入到三相vienna拓扑整流器前端,分析了不同电流反馈下,系统控制系统数字延时对系统稳定性的影响。基于vienna整流器相比普通三相整流器能工作于更高的开关频率的特点,提出利用DSP固有的数字控制的延时特性,在保持一定开关纹波衰减的情况下,合理设计LCL滤波器谐振频率,达到保持系统稳定和减小滤波器体积的目的。最后通过仿真和实验验证了理论推导和分析的合理性。