变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机的控制技术

为改善开绕组永磁同步发电机控制系统的复杂性,本文提出一种不控整流器与可控变流器集成的新型拓扑结构及其优化控制策略。通过建立开绕组永磁同步发电机数学模型,深入分析了变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机系统的电压空间矢量分配机制。通过分析电流矢量对不控整流器交流侧电压矢量的影响,研究了两侧直流母线电压相同情况下的系统电压空间矢量调制范围,并根据最大线性调制度的要求确定了单位功率因数控制作为所研系统的最优控制策略。最后,通过搭建开绕组永磁同步发电机实验平台,验证了所提出控制策略的正确性和可行性。     

基于新型双电压空间矢量调制的准Z源六桥臂电压源逆变器

传统多相逆变器输出电压幅值普遍低于输入电压。当负载过大,需要的直流母线电压会更高,相对应的滤波电容体积会更大,成本更高。在多相逆变器的传统控制中,死区设置的复杂性影响着输出波形的质量。针对这些缺点,将准Z源网络引入六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)中,在分析传统六桥臂逆变器空间矢量调制策略的基础上提出了一种新的带直通控制的双电压空间矢量调制策略。首先,分析准Z源六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)升压工作原理;接着,分析准Z源六桥臂电压源逆变器的电压矢量分布。在此基础上,详细阐述了所提出的带直通控制的双电压空间矢量调制策略以及两种基于直通零矢量作用时间分配的开关模式。最后,基于Matlab/Simulink进行仿真验证并设计了一台小功率样机进行实验验证。通过分析仿真与实验波形,充分验证准Z源六相逆变器及控制策略的正确性和可行性。     

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

基于比例谐振控制的共直流母线开绕组永磁同步电机零序电流抑制技术

由于共直流母线的开绕组永磁同步电机系统存在零序电流回路,变流器调制产生的共模电压和永磁体自身反电动势零序分量构成的零序电压源会在电机绕组内产生零序电流,影响开绕组永磁同步电机的运行效率和稳定性。因此,提出一种基于比例谐振控制的零序电流抑制方法,在建立开绕组永磁同步电机及其零序回路数学模型基础上,通过设计基于比例谐振控制的零序电流闭环系统来控制变流器输出电压的零序分量,达到对零序电流的抑制目的。同时深入分析了所提零序电流抑制策略在开绕组永磁同步电机不同运行工况下的稳定运行能力。最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验系统,验证了所提出零序电流抑制策略的有效性。     

Z源三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制策略

对Z源三相四桥臂逆变器的稳态工作原理进行了深入分析,并提出一种改进的三维空间矢量脉宽调制策略,通过合理地选择直通桥臂,将直通状态插入到传统零矢量状态中,保证不影响有效开关状态和输出电压。同时,分析了直通占空比和调制比的耦合关系,得出直通占空比的最大取值,进而提出相应的最大恒定升压控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建Z源三相四桥臂逆变器仿真模型,并在平衡及不平衡负载工况下进行仿真。仿真结果表明:Z源三相四桥臂逆变器在所提三维空间矢量脉宽调制策略下,不仅可以实现升压控制,而且相较传统Z源三相三桥臂逆变器,在不平衡负载条件下也能取得良好的控制效果。     

基于Z源逆变器的电动汽车永磁同步电机驱动控制策略

考虑到电动汽车行驶中存在外界转矩以及电池电压突降等现象,设计基于双向Z源逆变器的电动汽车永磁同步电机驱动控制方案。建立永磁同步电机的数学模型以及Clark和Park变换矩阵。根据Z源逆变器拓扑结构,分析直通态占空比与逆变器输出电压的关系,设计双向Z源逆变器的空间矢量调制算法,确定电机电压空间矢量的扇区位置与有效矢量的作用时间,得出逆变器各桥臂的切换时刻。采用MATLAB/SIMULINK软件搭建控制系统仿真模型,仿真研究转速、转矩、输入电压和输出电流在突加外界转矩以及电池电压突降下的响应情况,结果表明双向Z源逆变器驱动系统的可靠性,能满足电动汽车高性能的控制要求。     

基于开绕组结构的永磁风力发电机控制策略

为了实现永磁风力发电机组大容量、高性能的运行需求,建立一种基于开绕组结构的永磁同步发电机和两个级联两电平变流器组成的风力发电系统。对该系统所采用的矢量控制、无位置传感器运行、空间矢量调制等技术进行了研究。通过建立开绕组永磁同步发电机的数学模型,得出基于转子磁场定向的矢量控制策略,进而结合基于反电势估算法的无位置传感器运行技术,研究了开绕组永磁同步发电机在两个机侧变流器下的目标矢量分配方法及对应的空间矢量调制策略。分析结果表明,所提出的开绕组永磁同步发电系统不仅降低了机侧变流器的容量,还起到了三电平的调制效果。实验结果验证了所提结构及控制策略的正确性和可行性。     

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

单逆变器驱动双永磁同步电机断相容错控制策略

为保障单逆变器控制双表贴式永磁同步电机(surface-mountedpermanentmagnetsynchronousmotor,SPMSM)在发生断相故障后系统的安全可靠运行,该文提出一种单逆变器表贴式双永磁同步电机系统绕组断相故障容错控制策略。首先根据断相后的电机电压电流关系,设计一种用于单逆变器双永磁同步电机的绕组断相故障容错拓扑。在此基础上,为保证双永磁同步电机系统稳定运行,利用端口电压调整策略,满足双永磁同步电机的拓扑约束。仿真和实验结果表明,所提容错控制策略可确保单逆变器控制双电机系统在某一电机发生断相故障时仍然稳定运行。     

HEV用开绕组永磁同步电机双逆变器协同控制

针对传统多能源混合动力汽车(HEV),采取了一种可同时使用两种能源的开绕组(OW)永磁同步电机(PMSM)双逆变器驱动系统。利用开绕组系统的结构灵活性,研究了双逆变器在三种不同电压分配方式下的协同控制方法,通过分别控制两逆变器的输出电压,管理两逆变器与电机的功率流向,满足HEV不同运行工况的性能要求。同时采用了结合最大转矩电流比算法的空间矢量调制直接转矩控制策略,以获得系统更好可控性。实验结果验证了所提出的HEV用OW-PMSM双逆变器系统的协同控制策略的可行性和有效性。     

Z源逆变器光伏并网系统光伏电池MPPT和逆变器并网的单级控制

Z源逆变器光伏发电系统是一种具有升/降压功能的单级系统。它可以通过调节直通占空比实现前级光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)控制,然后由逆变器调制因子M实现并网控制,简称为两级控制。两级控制策略虽然控制器设计简单,但是在逆变器额定电压输出的情况下,调制因子小、有源元件电压应力和输出电流谐波含量高。本文提出了一种基于统一电压空间矢量的单级控制策略,从系统的角度出发,整合直流链升压电路控制量B和逆变器并网电路控制量U为一个变量——统一电压空间矢量U′。通过控制统一电压空间矢量的长度,进而达到同时控制直通占空比和逆变器调制因子的功能。该策略充分利用了直通零矢量,使逆变器的调整因子M增大,直流电压利用率高,相应地有源器件的电压应力和逆变器输出电流谐波得到很大的改善,并发挥了单级电路整机效率高的优势。实验结果验证了理论分析的正确性与实用性。     

共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略

由于变流器调制产生的共模电压和永磁电机反电动势三次谐波的存在,开绕组永磁同步电机两端共直流母线情况下会在电机绕组产生零序电流,影响了电机运行效率和稳定性。由此提出了共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略,通过建立开绕组永磁同步电机数学模型,分析了零序回路的工作特性,并通过对零序电流的闭环调节控制变流器产生共模电压以抵消反电动势三次谐波分量,达到抑制零序电流的目的;同时深入分析和对比了所提零序电流抑制策略和传统共模电压抑制策略的调制能力和最大调制度;最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验机组,对所提零序电流抑制策略的可行性和有效性进行了实验验证。     

准Z源逆变器SVPWM直通调制策略改进

基于SVPWM直通调制策略的准Z源逆变器应用越来越广泛,可实现在同等电压增益下调制度达到最大,从而减小开关器件的电压应力。直通零矢量六分段SVPWM调制策略对零矢量时间的利用率较低,只能达到75%,因此提出直通零矢量八分段的SVPWM调制策略,以最大程度利用零矢量的时间,理论利用率达到100%,在此基础上不增加开关频率、电流纹波和电压应力,并可使准Z源网络的升压能力更强。仿真结果验证了直通零矢量八分段SVPWM调制策略的有效性,为准Z源逆变器的调制策略提供了新思路。     

四桥臂变换器驱动开绕组永磁同步电机系统的死区效应分析与抑制

针对传统双逆变器驱动开绕组永磁同步电机系统的成本和复杂性高的问题,提出一种具有少开关特性的低成本四桥臂变换器驱动开绕组永磁电机的新型拓扑结构,在四桥臂变换器输出有效电压矢量和SVPWM策略分析的基础上,分析了系统中复用桥臂产生的非对称死区电压分布规律及其对相绕组电流畸变的影响,基于零序回路独立控制的方法设计了具有平均死区电压补偿的谐波电流抑制策略,将死区补偿后的开绕组永磁电机绕组电流总谐波含量抑制至5%左右,使得低成本的四桥臂变换器具有类似传统双逆变器驱动开绕组电机系统的输出特性,最后通过仿真和实验验证了所提死区分析和抑制策略的有效性。     

基于Z源逆变器的直驱永磁风力发电并网控制

将Z源逆变器应用于永磁直驱风力发电系统中。该逆变器能实现升降压变换的功能,同时不需要死区时间。本文以电压源型Z源逆变器为例,分析了基于Z源逆变器的永磁直驱风力发电系统并网的工作原理,针对其独特的阻抗网络和直通调制手段,采用改进升压控制方法,提出了一种基于Z源逆变器的直驱永磁风力发电并网控制策略。仿真结果表明,该控制策略具有良好的动态性能,提高了系统稳定性。     

具有升压和容错功能的开绕组感应电机驱动系统

为了提高电机驱动系统的可靠性和安全性,提出一种具有单级升压和容错功能的开绕组感应电机驱动系统。驱动系统运行的拓扑由阻抗源网络和3-H桥逆变器结合而成,既能实现单级升压又能在变流器发生故障下容错运行。根据直通零矢量插入原则以及3-H桥逆变器的调制策略,详细分析了单级升压3-H桥逆变器正常运行以及容错运行时的空间矢量脉宽调制方法。最后通过搭建的开绕组感应电机实验平台,验证了单级升压3-H桥逆变器调制策略的正确性以及开绕组感应电机驱动系统具有升压和容错功能。     

Z源逆变器在永磁同步电动机驱动系统中的应用

基于永磁同步电动机(PMSM)矢量控制原理,给出系统主电路并分析其工作原理及控制策略.将Z源逆变器应用于PMSM驱动系统,利用阻抗网络将前端二极管整流器与逆变桥连接,通过实时调整空间矢量调制中的直通时间,获得逆变桥侧稳定直流电压,有效度越电网电压跌落故障,降低网侧电流谐波,提高系统功率因数及可靠性.仿真结果验证了Z源PMSM驱动系统的可行性与优越性.     

一种基于Z源三电平逆变器的SVPWM算法研究

采用单Z源逆变器结构可以实现逆变器输出电压的升高。提出一种基于三电平单Z源逆变器的空间矢量脉宽调制策略,在矢量区域判断、发生顺序确定、合成时间计算的的基础上,阐述了直通矢量的插入策略。通过插入适当的直通矢量,实现了输出电压的升高,得到具有良好伏秒特性的逆变器输出波形。通过仿真分析,验证了相应理论控制算法的正确性。     

Z源三相三电平矩阵变换器研究

提出了一种应用于电动汽车电机驱动的Z源三相三电平矩阵变换器(ZS-SMC)拓扑,该拓扑克服了已有电动汽车多电平逆变器的诸多缺陷:成本高、损耗高、谐波大、可靠性低等。分析了ZS-SMC的改进同相载波层叠法的调制策略,并通过在调制波中引入零序分量,提高了直流电压的利用率。给出了基于ZS-SMC的内置式永磁同步电机驱动系统的控制策略。建立了系统仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑及其控制策略的正确性和可行性。     

Z源逆变器在风电并网系统中的电容电压纹波抑制策略

风电并网系统中Z源网络的电容电压纹波影响电容参数的选择,增大了系统体积和成本。传统的脉宽调制策略是将一个开关周期的直通时间平均分为6份,分别插入不同的状态矢量之间。该文提出一种抑制Z源网络电容电压纹波的改进脉宽调制策略,通过分析有效状态矢量和直通零矢量下Z源网络电容电压的升降,可在一个开关周期内直通时间总和不变的前提下,改变不同状态矢量之间的直通零矢量时间,有效减小Z源网络电容电压的最大峰值。仿真与实验结果表明,与传统调制策略相比,所提方法减小了风电并网系统中Z源网络的电容电压纹波,从而在相同系统参数下降低了所需电容量。