基于无差拍电流内环的逆变控制算法研究

研究了一种基于电感电流无差拍内环的电压电流双闭环单相逆变控制算法。通过电感电流无差拍内环控制用来实现输出输入电压与电流内环的解耦,提高了内环的跟踪速度。在离散域下分析了无差拍模型电感参数匹配范围,针对数字控制延时降低了模型电感参数匹配范围并引起系统稳定裕度变小的的问题,提出了改进型的无差拍电流内环控制,提高了系统的稳定裕度,最后通过仿真和实验证明了该控制算法的可行性和优越性。     

级联H桥SVG的无差拍控制

为了提高级联H桥静止无功发生器(SVG)的动态性能和跟踪精度,提出了一种改进的无差拍控制方法。首先建立了级联H桥在dq坐标系下的数学模型和离散状态方程,然后在传统的无差拍控制算法的基础上分别设计了新的状态观测器对电流和电压进行观测。在常规离散状态观测器的基础上,预先计算设置的中间变量,提前预测下一拍指令电流,从而减小控制延时。并采用了改进的重复预测算法预估输出电压以提高电压跟踪精度。最后,搭建了级联H桥SVG的MATLAB仿真模型和10 k V等级的系统试验样机,并与常规状态观测器算法进行了对比仿真实验。结果表明:与常规状态观测器相比,采用所提出的改进无差拍控制算法得到的电网电流总谐波失真(THD)数值从3.21%减小到1.18%;该算法在有效提高系统的跟踪精度和动态响应速度的同时,深度消除了采样延时所带来的跟踪滞后问题,有效提高系统的无功补偿性能。     

一种光伏并网逆变器的双滞环SVPWM控制新算法

逆变器作为系统能量转换与控制的核心,其电流的控制设计至关重要。提出了一种改进的光伏并网逆变器双滞环电压空间矢量电流控制新算法。外环利用离散控制和无差拍控制原理,并在稳态和暂态时分别用2种不同的观测器模型预测指令电流,采用矢量合成控制算法。内环则利用逆变器输出电压及误差电流来判断参考电压矢量位置区域,选择最优电压空间矢量,直接在复平面上实施控制。结果表明,该算法不仅提高了电流动态响应速度,而且有效限制了误差电流,显著降低了逆变器的开关损耗。仿真和实验验证了该算法的有效性。     

基于DPWM1的无差拍解耦控制的三相并网逆变器

针对三相并网逆变器的特点,提出了一种新的基于不连续PWM调制的无差拍解耦控制策略。和传统不加补偿的无差拍控制器相比,新的无差拍控制器在相同的采样频率下可以减少输出电流脉动和畸变,改善了三相并网逆变器的性能。分析了不同不连续PWM的特点,根据三相并网逆变器的特点,DPWM1方式被采用。采用电网电压定向矢量控制和无差拍控制,实现了三相并网逆变器的d轴电流和q轴电流的解耦控制,使d轴电流控制三相并网逆变器的有功功率,q轴电流控制三相并网逆变器的无功功率。加了控制延时补偿的无差拍控制器,具备非常快速的动态响应能力,真正实现一拍达到给定值。实验结果验证了该方案的可行性和正确性。     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

有源电力滤波器采样滤波电路的优化设计及鲁棒控制

电流采样电路的设计和电流内环的控制效果是影响有源电力滤波器(APF)补偿精度的两个重要因素。文中首先通过波特图详细分析了电阻和电容参数选取对APF电流内环的影响,提出了一种RC滤波电路的参数设计方法。同时,考虑到控制延时环节不可避免存在,分析了带延时环节的z域无差拍离散控制模型,并讨论了电感值变化对系统鲁棒性的影响。对此,文中提出了一种预测电流控制方法,对采样的电网电压,逆变器输出电流都作了超前一拍预测,减小了延时对系统影响,增强系统的鲁棒性。此外,根据z域内的电流环传递函数对系统进行了稳定性分析,给出了控制参数的选取方法。针对该控制方法,搭建了APF试验样机,实验结果验证了控制策略的有效性和可行性。     

动态电压恢复器数字矢量控制方法的性能分析及改进

动态电压调节器(dynamic voltage restorer，DVR)是解决暂态电能质量问题的有效手段。根据DVR在dq同步旋转坐标系下的状态空间模型，采用前向欧拉法和无差拍控制原理推导得出包含内环电流控制器和外环电压控制器的数字双矢量控制算法。利用闭环模型进行稳定性分析和频率响应分析，研究参数变化对数字控制系统的影响。为补偿数字控制系统的采样延迟和计算时间，采用状态观测器对输出电流进行预估，并反馈至内环矢量电流控制器。仿真结果表明算法具有良好的动态和静态性能。提出2种改进的双矢量控制算法，实现对不对称电压跌落的无差补偿，并通过仿真和实验进行初步验证。     

三相并网逆变器无差拍双闭环控制方法

为简化并网逆变器控制器参数设计和提高并网逆变器动态响应性能与抗干扰能力,提出了一种三相并网逆变器无差拍双闭环控制方法。该方法采用直流侧电压无差拍控制器和交流侧瞬时电流无差拍控制器,控制系统所有参数可以基于给定电路元器件参数和电压回路方程直接计算获得,使得并网逆变器控制器参数设计十分简单。同时,该控制方法在数字处理器中容易实现并具有快速动态响应特性和较好抗干扰能力。最后,通过仿真分析验证了所提控制方法的可行性。     

向无源网络供电的MMC-HVDC逆变站高性能控制策略

向无源网络供电的逆变站通常采用电压外环、电流内环的控制方法,存在控制结构复杂、4个比例—积分调节器参数调整困难、负载扰动下动态响应较慢、向非线性负载及不对称负载供电时电压质量较差等缺点。为此,首先建立了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统逆变侧静止坐标系下的暂态数学模型,并推导其离散数学模型,进而据此设计了逆变站模型预测直接电压控制(MPDVC)策略。为减少MPDVC的计算量,将无差拍控制和模型预测控制相结合提出无差拍MPDVC,并定性分析了两种控制策略的等价关系。在PSCAD/EMTDC中搭建21电平MMC-HVDC仿真模型,在各种工况下对无差拍MPDVC进行了仿真验证,并与电压外环、电流内环的控制方法进行仿真对比。仿真结果表明,无差拍MPDVC在各种工况下均能向无源网络提供较高电压质量的电能,具有良好的稳态性能和动态性能,控制性能明显优于电压外环、电流内环的控制方法。     

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。首先,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;然后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;其次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。     

电压型逆变电源输出电压IMC-PID控制技术研究

提出了一种带PD输出电压瞬时值反馈内环的内模控制(internal model control, IMC)-PID电压型逆变电源控制方案：PD瞬时值反馈内环提高系统的动态性能，IMC-PID外环保证系统的稳态性能。给出了详细的基于极点配置的内环PD控制器和外环IMC-PID控制器设计步骤和方法。该方案只需检测输出电压，控制器结构简单，分析设计容易。仿真和实验结果表明该控制系统不仅具有优良的动、稳态性能，而且有很强的鲁棒性。相对电压、电流双环控制方案而言，该文提出的方案控制器结构和分析更加简单，成本更低，鲁棒性更强。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

基于双PWM补偿型单相交流稳压电源的设计

应用PWM整流器代替二极管不可控整流,既减少对电网的谐波污染,又可以实现能量双向流动。电压电流双闭环控制保证了直流侧电压的稳定和交流侧电流对电网电压的跟踪。逆变器采用了固定开关频率的直接电流控制方法中预测电流控制,电流内环采用比例调节,提高了电流响应速度。电压外环采用电压有效值反馈的PI调节,保证对逆变器输出电压的稳定可靠控制。逆变器的输出电压是补偿电压,与稳压电源的输入电压串联叠加得到稳压电源的输出电压。利用Simulink仿真工具,对所设计的电源进行仿真,验证了控制策略的可行性。最后做实验验证了设计结果。     

户用型单相光伏并网系统仿真分析

针对3 kW光伏并网发电系统,详细分析了光伏电池的模型;采用扰动观察法实现最大功率点跟踪;选择电流内环电压外环的双环控制作为并网逆变器的控制策略,其中电流内环控制并网逆变器的输出电流跟随电网电压,电压外环控制直流母线电压稳定在400 V;将主动式频率偏移法运用于孤岛检测的算法控制,孤岛出现后2 s内迅速检测出孤岛并切断光伏逆变器。给出了基于MATLAB/Simulink的系统仿真模型。结果表明:光伏电池能很好地实现最大功率点跟踪,逆变后成功并网,在规定的时间内对孤岛做出判断,达到预期的设计目的。     

基于矢量控制的内馈电机双闭环控制系统研究

基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理在内馈电机的内反馈环节设计了一套逆变控制系统。该逆变系统采用电流内环、电压外环的双闭环控制策略,对电压、电流环进行了参数设计,并利用MATLAB对双闭环控制的内馈电机调速系统进行了仿真。仿真结果表明,电机能在较大范围内实现平滑调速,及对单位功率因数控制,是适合内馈电机的一种新型控制方法。     

采用Z源变换器的小型风力并网逆变系统

基于Z源变换器的小型风力发电并网系统的工作特点及控制结构,不同于传统的电压型逆变器,Z源变换器引入特定的阻抗源网络将变换器主电路和电源耦合在一起,并且通过新增直通零矢量调制实现独特的直流升压功能,从而得到大范围变化的交流输出电压.经过对系统电路和要求的分析,文章对控制系统进行简单的设计.通过原有正弦波调制因子的控制,实现内环并网电流的单位功率因数运行和外环Z源电容电压的稳定;通过直通零矢量调制对发电机输出整流电流进行闭环控制,实现风力发电机的电能输出控制.最后,以2.5kW Z源变换器装置进行实验,实验结果验证了分析的正确性.     

PWM逆变器的建模与双环控制策略

为准确分析有源逆变器的运行特点，根据系统控制策略的需要，在考虑了有源逆变器输出的基础上采用开关函数法建立了有源逆变器的开关周期平均模型。提出一种前馈加双环控制的控制策略，它的双环控制包括一个电感电流内环控制和一个瞬时电压外环控制。仿真结果显示该系统有很好的正弦波输出波形，快速的动态响应和高精度的输出电流。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

电容电流瞬时值反馈控制逆变器的数字控制技术研究

采用电容电流反馈的双闭环瞬时值控制的逆变器具有输出波形正弦性好、动态响应快、输出外特性硬和稳态精度高等特点。该文基于状态观测器，对电容电流反馈瞬时值控制电路的数字实现方法进行研究，提出了基于电容电流反馈的解耦控制方法；设计了电流内环数字控制器，提出了一种电容电流采样时序，采用该采样时序可以真实反映电容电流开关周期内的电容电流平均值；提出了基于PWM逆变桥离散化模型的电容电流观测方法，可对电容电流做出准确观测，补偿数字控制器的采样延时和计算延时；提出了瞬时值电压控制外环的滤波方法，以提高输出电压的稳态精度。仿真和实验结果表明，该方案可以达到模拟电路实现双环控制的效果。     

逆变型分布式电源控制系统的设计

分布式发电系统并网运行时外特性控制是关系到其应用的关键问题之一。根据并网分布式电源的可控拟负荷外特性,设计了采用电流正弦脉宽调制(PWM)调节方法的电压型逆变控制器,整个体系充分考虑提高电能质量水平。该控制器的核心采用含有直流电压波动前馈补偿的双环串级PI结构。第1级为功率调节器,选择公共连接点(PCC)电压、电流作为反馈量,有功、无功可以分开独立调节;第2级为电流调节器,选择逆变器输出电流作为反馈量,考虑电流反馈解耦补偿,响应速度快。直流电压前馈补偿则可以降低直流侧缺少储能引发输入电压波动对控制效果的影响。输出滤波器的考虑则可进一步提高电能质量水平。仿真结果表明电流正弦PWM的双环串级PI控制系统能够较好地维持逆变型分布式电源恒功率电压源的拟负荷外特性,简单实用、设计灵活,可以得到较好的谐波注入。