基于网侧功率前馈的二倍频功率有源解耦控制

在单相脉宽调制(PWM)变流器中输入功率存在二倍频波动,会导致直流侧电压二倍频纹波含量较高,需要大容量电容进行滤波.设计了H桥结构的有源功率解耦电路来吸收二倍频功率波动,通过网侧电压电流可计算输入的二倍频功率波动,进而获得二倍频有源功率解耦电路中电感电流或电容电压指令,并利用单电感电流控制环或电容电压外环电感电流内环的双闭环控制方式实现二倍频功率的有源解耦控制.分析对比了有源功率解耦电路采用电感电流单闭环控制方式和电容电压双闭环控制方式的优缺点,指出双闭环控制方式具有稳定性强、响应速度快等优点,并通过Matlab/Simulink仿真和Typhoon HIL602实验平台验证了该控制策略的有效性.     

改进Z源逆变器的三次谐波注入控制策略

改进Z源逆变器与传统Z源逆变器相比具有Z源网络电容电压低、有内在的抑制启动冲击的能力等优点.但基于简单升压控制的改进Z源逆变器存在功率器件电压应力大以及Z源网络电感电流纹波大的缺陷.本文将三次谐波注入调制策略应用于改进Z源逆变器,与简单升压控制相比,能有效减小功率器件电压应力和Z网络电感电流脉动.对这两种调制策略应用于改进Z源逆变的综合性能进行了对比分析.在理论研究的基础上,通过仿真和实验验证了三次谐波注入调制策略的优点.     

基于带抽头电感准Z源网络的BLDCM控制策略

针对无刷直流电机工作时存在的转矩脉动,分别对换相区和导通区提出不同的抑制策略。换相区在桥式电路输入端接一带抽头电感的准Z源网络,利用该拓扑的高升压增益特性,在换相期间调整直流母线电压等于4倍电机反电动势,使电机关断相电流下降速率与开通相电流上升速率相等,有效抑制换相时的转矩脉动;导通区采用PWM-ON-PWM调制方法,消除了非导通相的二极管续流现象,电流波动及转矩脉动得到很好地控制。仿真结果显示,换相期间的转矩脉动降低到3.8%,导通区的电流和转矩波形较抑制前更加平稳,证明了系统在换相区和导通区都能有效降低转矩脉动。     

单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路研究

单相逆变器输入电流低频纹波抑制是燃料电池及光伏电池发电系统亟需解决的问题.本文深入研究单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路拓扑及其输入电流低频纹波抑制策略,给出控制参数、关键电路参数设计准则和实验波形.该电路拓扑中有源功率解耦电路位于全桥逆变器输出侧,与全桥逆变器共用输出滤波电感与电容,通过在输出滤波电容上叠加直流电压和低频偶次谐波电压实现逆变器功率解耦,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向直流侧传递的路径.理论和实验结果验证了这种方法的有效性和可行性.     

具有功率解耦能力的升降压逆变器

在单相光伏并网逆变器中,若要逆变器交流侧瞬时功率满足并网的需要,则在逆变器直流侧会产生不平衡脉动功率和二阶纹波电流,影响直流输入源利用率.为了减小直流侧的二次纹波,一般并联大容量的电解电容器,但电解电容器体积大且寿命较短.介绍了一种带有功率解耦电路的单相升降压逆变器,采用基于脉冲能量调制的有源功率解耦控制,将二阶纹波功率输送到薄膜电容,实现功率解耦.最后仿真验证了升降压逆变器功率解耦的有效性.     

实现有源功率解耦控制的改进三相四桥臂拓扑

传统三相四桥臂拓扑在含单相/三相不平衡负载或源的微电网系统中备受关注。然而当采用现有策略控制电压三相平衡时,由于单相/三相不平衡负载或源的存在,交流侧电流存在负序分量,将引起瞬时功率二次脉动,耦合到直流侧,导致直流电压或电流含有二次纹波,影响系统性能和寿命。针对该问题,文中提出了一种改进的三相四桥臂拓扑,并通过有源功率解耦控制,在不增加开关器件的基础上,使交流侧的二次脉动功率由交流侧电容提供,直流侧仅需提供交流侧平均功率分量,实现功率解耦并减小系统总电容量。其次,分析了所提拓扑直流侧所需最低电压和开关器件电流应力的影响因素。最后,仿真以及实验结果表明所提改进拓扑和策略在保证电压质量的同时可以实现有源功率解耦,有利于改善系统性能并实现直流侧电容轻量化。     

简化型Z源并网逆变器

针对传统Z源逆变器电路体积庞大、启动冲击大、输入电流断续造成直流电压利用率低,提出了一种简化型Z源逆变器拓扑.该拓扑在基本保持传统Z源逆变器升压能力的前提下,减少阻抗网络中高压电容的数量,用二极管为直通状态下的阻抗网络电感电流提供续流电路,减小了电路的体积及设计成本,同时该拓扑不存在启动冲击问题,保证了输入电流的连续.将该拓扑应用于三相并网系统,基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了控制系统.对其稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析,验证了拓扑的可行性及性能.     

基于准Z源直接矩阵变换器的新型空间矢量调制策略研究

由于矩阵变换器的电压利用率较低,严重限制了其在并网变换器等方面的应用,故将准Z源网络引入到矩阵变换器中,并提出新型直通状态插入方式,从而提高了电压利用率和抗干扰能力等。首先,分析准Z源直接矩阵变换器的升压原理;其次,简单介绍了双空间矢量调制方法,然后在采用直通状态代替部分零矢量的传统调制基础上,提出新型直通状态的插入方式,把直通零矢量均分10等份插入到SVPWM调制策略中,降低了稳态状态下Z源网络电容电压和电感电流的波动;最后,搭建准Z源直接矩阵变换器的仿真模型和实验平台,结果验证了这种新型调制策略的正确性和有效性。     

基于准Z源网络的永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

针对方波驱动的无刷直流电机普遍存在的换相转矩脉动较大的问题,提出了一种基于准Z源网络抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动的方法。在三相桥臂前级增加准Z源网络,换相期间由准Z源网络调整直流母线电压,使电机关断相电流下降速率与开通相电流上升速率相等,从而有效抑制换相转矩脉动。分析了换相转矩脉动产生的原因,详细介绍了通过增加前级功率变换电路抑制换相转矩脉动的电路拓扑与控制算法。仿真及实验结果表明,该方法能够有效抑制永磁无刷直流电机换相转矩脉动,如采用合适的电路参数,仿真模型中转矩脉动可减少到平均转矩的4.6%以下,实际设计的系统实验可将转矩脉动抑制在平均转矩的12%以下。     

三相准Z源并网逆变器的简单升压改进空间矢量调制策略

提出一种大升压比三相准Z源并网逆变器及其三种简单升压改进空间矢量调制(SVM)策略,把两种已有的改进SVM用作简单升压调制,并对该逆变器采用五种简单升压改进SVM策略下的逆变桥和阻抗网络二极管开关损耗、储能电感损耗、储能电感和滤波电感电流纹波、输出并网电流总谐波失真(THD)等性能参数进行深入的比较研究,得出采用直通矢量位于零矢量与有效矢量之间的四段直通简单升压改进SVM时该逆变器综合性能最优。准Z源并网逆变器由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变器级联构成;简单升压改进SVM策略具有最大化利用零矢量作用时间、功率管开关损耗和电压应力小、升压能力强等优点。实验验证了该逆变器的可行性和理论分析的正确性,为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的光伏、风力等新能源并网发电系统奠定了关键技术基础。     

一种共地型低开关纹波光伏微逆变器

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置一个小容量的单电感滤波器。将滤波电感与该逆变器的内部电感进行磁集成,以构建纹波转移通道,并通过合理设计耦合系数即可将滤波电感上的开关电流纹波转移至该逆变器的内部电感,进而有效抑制并网电流的纹波。最后,搭建了额定功率为420 W的实验室样机,验证了所提逆变器的有效性。     

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。     

不对称半桥单相单级式车载充电系统改进控制策略研究

对称半桥可以有效吸收单相变换系统直流侧二次纹波、减小系统体积、提高功率密度,但当半桥上下桥臂电容容值不等时,会在直流侧产生一次纹波。针对这一问题,分析研究了不对称半桥单相单级式车载充电系统,提出电感电流加电容偏置补偿的改进控制策略。基于该控制策略,从满足二次纹波功率补偿、电池最低电压及避免过调制三方面研究了半桥电路电感及电容参数设计方法。仿真和实验结果验证了不对称半桥通过采用改进的控制策略不仅能够有效滤除二次纹波,且不产生一次纹波,还可降低电池端电压与电流纹波;仿真验证了参数设计方法的有效性。     

基于Buck变换器的无刷直流电机转矩控制仿真

无刷直流电动机（BLDCM）存在转矩脉动的突出缺点，提出了一种基于直流环节电压控制和模糊PID控制器的新型混合控制策略，以抑制无刷直流电机的转矩脉。电路拓扑包含功率因数校正降压转换器和逆变器。降压转换器通过控制直流电路电压来降低换向转矩脉动，使用模糊PID控制器和脉冲宽度调制（PWM）技术的逆变器在导通区域提供适当的电流。 Buck变换器降低了通过控制直流环节电压换向转矩脉动，逆变器使用模糊PID和PWM技术提供导通区域的电流。该方法能够消除传导区转矩脉动,削弱换相区转矩脉动，仿真结果表明，该策略具有功率因数校正功能，可有效抑制转矩脉动，提升电机运行的鲁棒性。     

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

单相PFC输出母线电压波动抑制与脉动功率转移技术

采用电解电容抑制单相功率因数校正PFC(power factor correction)输出母线电压波动的方式受到电解电容本身寿命短、体积大等因素限制,难以做到高功率密度以及长时间稳定性。因此,提出一种采用双向升降压电路实现输出母线功率解耦的策略,从而可移除母线处的电解电容。详细分析了解耦电路的基本工作状态,并基于相关参数的设计考虑提出一种新型控制方案,在双闭环的基础上引入输出母线电压波动加权控制,进一步增加在功率解耦支路与输出母线之间转移的脉动功率,减小母线电压纹波,实验结果验证该电路及控制方案的有效性。     

抑制电流纹波的模块化多电平直流变换器移相调制策略

模块化多电平直流变换器在采用传统载波移相脉宽调制时,如果各模块的输入及输出电压不一致,就会在电感上产生更大的电流纹波,增大电感的损耗,同时也不利于滤波器件的优化设计.针对这种情况,文中通过对电流纹波的频域分析,揭示了传统移相调制技术存在的问题,并确定了电流纹波幅值、各模块输入/输出电压与载波移相角之间的关系.以电流纹波中开关频率次谐波幅值最小为目标计算各模块的载波移相角,根据不同的工况调整移相角的算法,进而实现了一种电流纹波抑制的调制策略.对三模块级联的模块化多电平直流变换器进行了软件仿真和实验测试,仿真和实验结果都表明在各模块输入及输出电压不相等工况下,所提控制策略能够有效地抑制电流纹波,从而验证了所提控制策略的正确性和实用性.     

应用于混合动力变换器中的新型变频控制方法

针对混合动力车载变换器中由于电感量较小，而导致功率器件工作频率较高，从而引起开关损耗过大的问题，该文提出了一种新颖的变频控制方法。该方法根据DC/DC变换器输出电压的变化相应地调整开关管的工作频率，有效地减少了在整个电压输出范围内的开关损耗，避免功率模块局部过热。同时，针对额定电流输出时开关损耗应力较大的问题，提出了电感电流恒脉动的变频控制方法。以此保证在整个输出电压范围内电流峰值恒定，从而在提高电感利用率的同时减少了开关损耗。另外，当输出电流小于额定电流时，提出了一种损耗最小化的变频控制方案。实验表明，采用变频控制方法在减少电感体积的同时，并没有使功率开关的损耗明显增加，从而合理地解决了散热问题。该控制策略可以用于混合动力车载变换器中。     

改进型抽头电感准Z源逆变器

以分布式电源并网发电为背景,以提高逆变器的升压能力、探索新的逆变器拓扑结构为目的,提出一种改进型抽头电感准Z源逆变器。采用在准Z源逆变器中引入抽头电感的方法,得到了一种新的逆变器拓扑,与抽头电感准Z源逆变器相比,此改进型拓扑具有对称抽头电感结构。介绍了改进型抽头电感准Z源逆变器的工作原理,分析了升压能力。将所提逆变器与传统Z源逆变器作比较,结果表明所提出的逆变器具有较高的升压能力,可以利用抽头的位置来调节升压比,具有良好的对称性,减少器件的电压应力,增强了系统的可靠性。设计并观察实验,实验结果验证了此逆变器的性能。表明此逆变器具有良好的性能,在一定程度上能够满足分布式电源并网发电对逆变器的要求。     

直交型电力机车直流侧电压稳定控制及改善方法

针对直交型电力机车在恒功率工况下的直流侧电压不稳定问题,提出一种网侧电路与牵引传动系统动态解耦的有源阻抗稳定控制方法,并提出一种回馈系数改善策略,以降低网侧电压纹波对牵引传动系统的影响。建立了系统等效数学模型,依据系统稳定判据提出一种有源阻抗稳定控制方法,然后分析了在网侧电压含有纹波时稳定控制对牵引传动系统的影响,通过引入合适的控制回馈系数对控制效果进行改善,通过仿真与实验证明了所提控制方法与改善策略的可行性和正确性。