基于预测控制的有源电力滤波器选择性谐波补偿方法

提出一种基于预测控制的并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)选择性谐波补偿方法。首先通过选择性谐波检测方法确定有源电力滤波器的参考电流值,并通过相位补偿降低系统延时的影响;然后在电流跟踪控制环节中引入预测控制,预测下一采样周期的参考电流值,并加入校正因子来消除预测误差;在此基础上计算出有源电力滤波器的参考电压矢量;最后利用空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制三相逆变器的实际输出电压跟踪参考电压,从而达到选择性谐波补偿的目的。实验结果证明了该方法的有效性。     

基于光伏并网逆变器的一种矢量角补偿法有限控制集模型预测控制研究

有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)提供了一种与众不同的能量处理方法,将功率变换器当做离散和非线性的执行器。它具有无须解耦运算和安装脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)调制器等优点,被广泛应用于电力电子变换器。传统FCS-MPC在延时补偿问题上采用拉格朗日外推法对未来参考值进行修正,但这种方法在出现阶跃变化时峰值较大。考虑到三相系统变量的矢量表示法后,能够根据一次采样时间的矢量角变化来估算未来参考值。因此,该文基于光伏并网逆变器,运用矢量角补偿法对FCS-MPC延时补偿后带来的未来参考值偏离进行修正,研究光伏光照强度变化时并网的动态控制效果,这个简单的补偿方法允许预测控制模型包含延时,并能够避免受控变量出现较大的纹波,同时该文在代价函数中加入了开关频率约束项,减少开关损耗,同时不会造成输出电流畸变。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证这种模型预测控制器在光照波动时并网运行过程中具有良好的控制性能,并论证此方法的可行性。     

三相并网逆变器内模控制的改进型GDPWM算法(英文)

针对单位功率因数并网的三相逆变器,推导三相并网逆变器内模控制方程,建立逆变器输出侧功率因数角随逆变器输出电流幅值变化的函数关系,深入分析传统常规化不连续脉宽调制(general discontinuous pulse width modulation,GDPWM)的特点,提出一种改进型最小开关损耗不连续调制(modified general discontinuous pulse width modulation,M-GDPWM)算法,该算法通过比较三相正弦参考电压之间的瞬时大小关系,或者逆变器输出三相电流的瞬时大小关系,来计算需要注入到三相正弦参考电压中的零序分量,从而无需像传统最小开关损耗不连续调制那样需要实时计算功率因数角,即可实现最小开关损耗控制。仿真与实验结果验证了所提M-GDPWM算法的正确性和有效性。     

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。     

电网电压不平衡情况下PWM整流器恒频直接功率控制

恒频直接功率控制(constant switching frequency direct power control,CSF-DPC)具有开关频率固定、动态性能好、系统采样频率较低等优点。电网电压不平衡会在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)型整流器交流侧产生大量谐波电流,使系统有功功率大幅波动,恶化系统性能。针对上述情况,提出一种新型恒频直接功率控制策略。该策略首先分离出电网电压和电流正、负序分量;然后在正、负序双旋转坐标系下计算瞬时功率与参考值之间的误差,根据误差生成整流器正、负序参考电压;合成后采用空间矢量调制(spacevector modulation,SVM)算法产生整流器电压,对功率进行补偿。该策略可有效抑制交流侧电流谐波,减小系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,改善系统稳态性能。仿真与实验结果证明了该策略的正确性和有效性。     

基于光伏并网逆变器的一种矢量角补偿法有限控制集模型预测控制研究EI北大核心CSCD

有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）提供了一种与众不同的能量处理方法,将功率变换器当做离散和非线性的执行器。它具有无须解耦运算和安装脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）调制器等优点,被广泛应用于电力电子变换器。传统FCS-MPC在延时补偿问题上采用拉格朗日外推法对未来参考值进行修正,但这种方法在出现阶跃变化时峰值较大。考虑到三相系统变量的矢量表示法后,能够根据一次采样时间的矢量角变化来估算未来参考值。因此,该文基于光伏并网逆变器,运用矢量角补偿法对FCS-MPC延时补偿后带来的未来参考值偏离进行修正,研究光伏光照强度变化时并网的动态控制效果,这个简单的补偿方法允许预测控制模型包含延时,并能够避免受控变量出现较大的纹波,同时该文在代价函数中加入了开关频率约束项,减少开关损耗,同时不会造成输出电流畸变。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证这种模型预测控制器在光照波动时并网运行过程中具有良好的控制性能,并论证此方法的可行性。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

结合五电平逆变和功率前馈的光伏并网系统

针对传统单相光伏并网系统中逆变器输出的并网电流谐波畸变率高、动态响应速度慢的缺点,提出一种主拓扑电路的改进方法,在直流母线与全桥逆变电路之间添加辅助电路,组成五电平全桥逆变器,再配合多载波脉宽调制PWM(pulse width modulation)技术,使逆变器具有五级电压输出,从而降低并网电流的谐波含量。同时在传统的控制方法中引入了功率前馈算法,将光伏电池输出功率作为前馈量加入电流内环,使电流环的给定值含有输入功率的信息,提高了并网电流对输入功率发生变化时的响应速度。仿真实验验证了该文提出方法的有效性。     

基于改进DPC-SVM的三相并网逆变器

针对传统基于空间矢量调制的直接功率控制 (Direct power control with space vector modulation,DPC-SVM)三相并网逆变器动态响应速度慢的问题,研究了一种三相并网逆变器的改进DPC-SVM方法。该控制方法基于传统空间矢量脉冲宽度调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)解耦控制的思想,利用参考功率前馈来提高系统的动态响应速度。详细阐述了传统和改进DPC-SVM方法的工作原理,并以15 kVA三相并网逆变器为例对传统和改进DPC-SVM方法进行了仿真和实验验证。与传统控制方法相比,改进控制方法具有更快的动态响应速度。     

基于电压空间矢量的类正弦滞环电流控制策略

滞环电流控制(hysteresis current control,HCC)是一种传统的电流控制方法,其实现简单、鲁棒性好、动态响应快。但当应用到三相系统时,由于三相间的耦合,会存在电流谐波大、开关频率过高等缺点。该文首先回顾了近年来为解决传统滞环控制自身问题而提出的一种改进的基于空间矢量的滞环电流控制(improved space vector-based HCC,ISV-HCC)方法的优缺点,然后提出了一种新型的基于电压空间矢量的类正弦滞环电流控制方法。该方法参考了空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)调制中的电压矢量概念,根据系统参数给定上下两滞环带,且当三相电流误差均在规定的滞环内时,采用零电压矢量开关模式,而当电流误差超出规定的滞环带时,则按照指定的逻辑对三相开关进行控制。最后,通过与传统HCC及ISV-HCC进行并网仿真与实验对比,证明该文所提出的方法具有更低的电流谐波及更小的开关频率,整体上具有更优的控制性能。     

三相SVPWM控制并网逆变器的软启动控制

为解决传统三相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制并网逆变器存在的启动冲击电流的问题,提出了一种软启动控制方法。该方法通过控制三相桥臂输出直交轴参考电压和直交轴参考电流实现三相并网逆变器的软启动。该文详细阐述了产生启动冲击电流的原因,给出了所提软启动控制方法的具体步骤和流程图,最后对1台15kVA三相SVPWM控制并网逆变器进行了实验验证,并对实验结果进行了详细分析。结果表明,提出的软启动控制方法简单,在电网电压平衡的情况下,启动时只与电网直轴电压有关,且无启动冲击电流。     

单相PWM整流器模型预测电流控制算法

该文将单相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器作为研究对象,以提升系统动态响应、维持单位功率因数、减小网侧电流谐波含量为研究目标,提出了一种基于最小电流误差的模型预测电流控制。为了在每个控制周期最小化电流误差,该文构建了虚拟d-q同步旋转坐标系,通过求解该坐标系下电流瞬时变化率,预测下一个控制周期的d-q轴电流分量,并结合最小电流误差评价函数求解出系统的最优调制函数。与传统瞬态电流比例积分(proportional integral,PI)控制算法相比,该文提出的方法不但具备了模型预测控制的快速动态响应,而且可实现零稳态电流误差。仿真和实验结果都证明了该方法的正确性和有效性。     

基于自适应神经网络观测的无电压传感器PWM整流器功率预测控制

模型预测控制在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器上的应用既降低了直接功率控制中的脉振又提高了动态响应速度,但是传统的模型预测功率控制(model predictive power control,MPDPC)中对未来时刻状态量的预测仅依靠模型,对模型参数变化较为敏感,功率预测精度受电压传感器的测量精度和网侧谐波变化的影响明显。为实现整流侧参数的实时辨识和提高整体的预测精度,以实现对功率的精准控制,文中在模型预测功率控制(model predictive power control,MPDPC)的基础上引入自适应神经网络电压观测器,提出基于自适应神经网络观测的无电压传感器PWM整流器功率预测控制(adaptive neural model predictive power control,ANMPDPC)策略。通过构建包含自适应神经网络辨识器和自适应神经网络滤波器的自适应电压观测器,实现网侧电压估计的同时滤除电压高次谐波对其的影响,并将电压观测器与功率二步预测相结合,进一步降低功率脉振,提高系统的响应速度和控制精度。仿真和实验结果表明,所提出的改进策略既实现了无电压传感器下的模型预测控制,又有效抑制了网侧谐波的高频干扰及参数变化对预测精度的影响。     

谐波电网电压下PWM整流器增强运行控制技术

在推导考虑5、7次谐波电网电压下脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器瞬时有功和无功功率数学模型基础上,以实现输入电流无谐波或输入功率无波动为控制目标,提出两种谐波电压下PWM整流器增强运行控制方案,进而讨论不同控制目标下PWM整流器基波和谐波电流指令计算原则。为实现谐波电压下基波和谐波电流的准确控制,设计在基频同步旋转坐标系、5倍频同步旋转坐标和7倍频同步旋转坐标系下的多PI电流控制方案。最后通过1 kW PWM整流器的实验系统搭建和实验结果分析,验证理论分析的正确性以及多PI电流控制方案的有效性。     

光储微电网逆变器有限集模型预测控制

针对光储微电网并网稳定问题提出了一种有限集模型预测控制（FCS-MPC）方案。储能系统双向DC/DC变换器采用电压电流双环控制,以稳定直流母线电压。建立并网逆变器离散化数学模型,将逆变器输出电流作为成本函数控制量,构建电流预测控制器。逆变器电流采用前2步预测,并使用矢量角补偿法对控制过程进行延时补偿。利用MATLAB/Simulink搭建光伏储能微电网仿真模型,对比分析传统控制和模型预测控制的电压电流响应。结果显示,所提方案在负载变化和光伏功率波动情况下,能提高直流母线电压稳定性,减小并网电流畸变率。     

基于ADALINE算法的三相并网逆变器模型预测控制

传统有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）策略需要建立准确的数学模型,当其应用于LCL型并网逆变器时则需多个电流电压传感器,若采样数据类型过少必然会产生建模误差。针对实际应用中传感器较少引起的预测模型参数失配问题,研究了一种基于自适应线性神经元（ADALINE）算法的模型预测控制策略。该方案采用ADALINE算法用于在线更新预测模型的计算参数,提高了预测模型的参数鲁棒性。同时对控制器延时进行了补偿,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,该方案有效减少了并网电流谐波含量,并且具有优良的瞬态性能,验证了该方案的可行性和有效性。     

基于滑模观测器的三电平风力发电并网逆变器无差拍优化模型预测控制

针对中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器系统,提出了一种基于滑模观测器的无差拍可优化有限控制集模型预测控制策略。为了降低电网电流谐波量及有功和无功功率的独立控制,采用了基于幂次函数的滑模观测器,实现对电网电压和耦合项进行实时性观测;以滑模观测器为基础,结合空间电压矢量位置信息,提出了基于电流无差拍的优化有限控制集模型预测控制,减少了控制计算量;通过基于中点不平衡电压补偿的性能代价目标函数,提高了控制系统的性能。仿真结果表明了该控制策略的可靠性和有效性。     

基于三矢量的三相PWM整流器低复杂性模型预测直接功率控制

有限控制集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control,FCS-MPDPC)在每个采样周期中仅输出单一离散电压矢量,功率控制精度差,而且需要大量的计算来选择最优电压矢量。针对上述问题,该文在研究脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器功率预测模型的基础上提出一种基于三矢量的三相PWM整流器低复杂度模型预测直接功率控制(low complexity model predictive direct power control,LC-MPDPC)方法。该方法以同步旋转坐标系下的负共轭复功率作为控制变量,通过计算直接获得目标电压矢量扇区位置;然后采用有功、无功功率误差最小的原则来计算各离散电压矢量作用时间;最后将其转换为开关状态作用于PWM整流器。为了验证所提控制方法的控制效果,与FCS-MPDPC方法进行对比分析,表明该文所提LC-MPDPC方法较FCS-MPDPC具有更好的功率控制精度。     

一种用于三相电压型PWM整流器的新型三矢量模型预测直接功率控制

三矢量模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)已应用于三相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,在理想电网条件下取得了良好的控制效果;但是在电网不平衡条件下,常规三矢量MPDPC存在网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大等问题。为此,提出一种新型三矢量MPDPC策略,采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,以新型瞬时有功和无功功率误差构成目标函数,通过求解目标函数最优的方式来选择矢量和计算矢量占空比。在电网不平衡条件下,以三相电压型PWM整流器为研究对象,对传统MPDPC策略和新型MPDPC策略进行了仿真与实验测试。结果表明:与传统MPDPC策略相比,采用新型MPDPC策略时网侧电流谐波含量低,并消除了新型瞬时有功和无功功率中的2倍频振荡分量。     

中高压链式SVG控制策略

为使静止无功发生器(static var generator,SVG)具备无功、谐波及不对称电流的综合补偿能力,对中高压链式SVG的控制策略进行了研究。基于选择性谐波补偿策略提出了利用同步旋转坐标变换及离散傅里叶变换(discrete fouries transform,DFT)相结合的SVG指令电流检测方法,应用载波层叠脉宽调制(pulse width modulation,PWM)实现指令电流跟踪控制,针对载波层叠PWM方法采用基于逆变桥自身能量平衡原理的软件方法实现直流侧电容电压均衡控制。该控制策略方法简便,运算量较小,便于工程实现,仿真和实验验证证明了其有效性。