改进型快速重复控制在谐波电流源中的应用

重复控制(RC)策略与传统控制策略相比,能显著提高被控对象跟踪精度,并有效抑制外部干扰,被广泛应用于精密控制、新能源发电和电能质量控制等领域.然而,RC内模固有延时结构决定了其动态响应特性将逊色于传统控制策略.此处提出一种改进型快速RC策略,利用6k±1次RC内模,可有效减少控制延时并提高跟踪速度,提出一套基于该结构参数设计方法.最后通过谐波电流源(HCS)验证上述算法的可行性和有效性.     

基于重复控制的有源电力滤波器6k±1次谐波补偿

采用重复控制(RC)有利于提高有源电力滤波器(APF)的补偿性能。针对三相整流电路产生的6k+1次谐波为正序量,6k-1次谐波为负序量的特点,提出了dq旋转坐标系下的选择性RC内核,用于补偿6k±1次谐波。为消除该RC内核存在的N/6拍延时不为整数的影响,引入基于Thiran近似法的无限脉冲响应(IIR)滤波器来逼近所需的分数延时特性,提高系统补偿性能。采用重复控制器串联比例—积分(PI)控制器的复合控制结构,并对该复合控制系统进行了理论推导及稳定性分析,进而给出了控制器的详细设计方法。最后通过仿真验证了所提方法的有效性和优越性。     

单同步旋转坐标系下APF的谐波快速重复控制

输出补偿电流的控制精度直接影响有源电力滤波器(APF)的补偿效果。为提高APF的稳态补偿精度和动态响应速度,提出一种基于单同步旋转坐标的谐波电流快速重复控制(FRC)策略。在建立APF在基波旋转坐标系下数学模型的基础上,通过电网正序角速度的同步旋转坐标变换,可将输出指令电流中的基波分量转化为直流量,同时将6k±1次谐波分量转化为6k次交流量。随后提出比例积分(PI)控制结合FRC的复合控制方法,PI控制实现对直流量进行无差跟踪,同时抑制低频扰动,短延时的FRC实现对6k次交流量的准确跟踪和快速响应。该方法兼顾了APF对稳态补偿性能和动态响应速度的需求,实验结果验证了该控制策略有效。     

微网双向变流器的改进型重复控制技术研究

为减小电网电压不平衡对系统的影响,设计了三相独立可控的SPWM双向变流器,采用重复控制技术,它可作为一个整体也可单独进行控制。提出基于重复控制技术与瞬时值反馈相结合的改进型控制策略,对系统稳定性进行分析并设计补偿函数,分析结果表明改进的重复控制策略能够在降低稳态跟踪误差和总谐波畸变率(THD)的同时,动态性能提高。实验结果证明改进型重复控制策略的有效性和可行性。     

一种用于VSC-HVDC谐波抑制的重复控制策略

针对VSC-HVDC交流系统中5、7、11、13次谐波含量较大,采用一种改进型重复控制与PI调节器串联的控制方法。该方法的控制周期仅为传统重复控制周期的一半,具有较小的稳态误差,可以大幅度地消除系统各次奇次谐波。在PSCAD/EMTDC中搭建一个两端的VSC-HVDC系统,对未加重复控制、添加传统重复控制和改进型重复控制三种情况下换流站1、2侧交流电流的谐波含量进行仿真分析,结果表明改进型重复控制具有更好的谐波抑制效果。     

配电静止同步补偿器补偿电流优化重复控制策略

比例—积分与重复控制相结合的电流控制策略可以有效地提高配电静止同步补偿器的无功功率和谐波补偿精度,并抑制装置自身由于死区、电网畸变等影响在输出电流中产生的低次谐波,由于传统重复控制器设计引入周期延时环节,导致装置动态时性能不佳,稳定性差。针对这一问题进行改进,提出基于误差调节及改进内模的优化重复控制,利用滞环比较器和衰减器构成误差调节器,在指令或负载切换等动态过程中,根据无功轴电流误差幅值对重复控制器输入信号进行动态调节,减小重复控制对比例—积分前馈通路的影响,并根据三相电网在同步旋转坐标系下谐波电流特性,采用改进内模减小周期延时,提高装置动态性能和稳定性。仿真和实验结果验证了提出方法的可行性和实用性。     

基于自适应线性神经元滤波的内置式永磁电机转子位置观测器

为提高无位置传感器内置式永磁同步电动机(IPMSM)控制性能,提出一种改进的基于反电动势模型的自适应滤波转子位置观测器。针对逆变器非线性和磁场空间谐波引起扩展反电动势6k±1次谐波,进而产生6k次转子位置脉动观测误差问题,提出一种基于递归最小二乘算法自适应线性神经元滤波器的转子位置观测方法,从而实现IPMSM矢量控制系统准确解耦控制。该方案能够在线连续调整权重分量,保证了转子位置观测器的快速收敛性。通过自适应滤波器滤除指定的反电动势观测值谐波分量,从而提高正交软件锁相环获得转子位置信息的准确度。最后通过模型仿真和2.2k W IPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。     

三相并网逆变器改进型重复控制策略

为抑制并网逆变器注入电网的谐波,一般采用重复控制的方法以保证并网电流的稳态精度。单一的重复控制难以保证控制系统的响应速度,比例积分(PI)+重复控制的方法可有效解决控制响应速度与控制稳态精度间的矛盾。然而PI与重复控制算法间存在控制上的耦合性,在电流指令瞬态变化的过程中会造成电流波形的畸变。此处一方面使用了动态延时处理的改进型重复控制策略,另一方面就该改进重复控制算法因参数漂移而导致系统镇定补偿器设计难的问题重新设计了控制结构。通过仿真和实验对比验证了所提算法的正确性。     

基于自适应陷波滤波器的内置式永磁电机转子位置观测方法

针对逆变器非线性和磁场空间谐波引起定子电流及反电动势产生6k±1次谐波,进而导致6k次转子位置脉动观测误差,提出一种改进的基于有效磁链模型的自适应滤波转子位置观测方法,实现无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)矢量控制系统准确解耦控制,改善其控制性能。通过自适应陷波滤波器(adaptive notch filter,ANF)滤除指定的反电动势观测值谐波分量,从而提高正交软件锁相环获得转子位置信息的精度。该方法根据谐波分析结果,通过最小均方算法(least mean square,LMS)在线连续调整滤波器参数,保证了转子位置观测器的快速收敛性。最后通过2.2k W IPMSM无传感器矢量控制系统验证了控制策略的有效性。     

基于复合控制的有源电力滤波器电流控制策略

大量电力电子设备的使用,导致电网中产生了一系列的谐波。针对谐波抑制方法,提出了一种集无差拍控制和改进型重复控制于一体的复合控制策略,实现对pk±1次谐波的高效补偿。依据有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)的数学模型,推导出应用于有源电力滤波器的无差拍控制算法;提出一种改进型重复控制,缩短工频延时,通过调节内模p的值,抑制pk±1次谐波;详细研究了复合控制的设计方法。将无差拍控制和复合控制进行仿真对比和实验验证,经滤波后网侧电流畸变率分别降至7.8%和2.8%。该结果表明,复合控制可以效地补偿谐波,改善波形质量,同时满足稳态精度和动态性能的要求。     

非对称负载下矩阵变换器改进型PI重复控制

针对非对称负载下矩阵变换器(MC)重复控制与PI控制的不足,提出改进的复合控制策略,有效改善输出电压质量。通过建立d-q坐标系下的MC数学模型,分析系统稳定性条件与扰动抑制特性,设计控制器;因重复控制器的内模包含一个延迟环节,信号调节显著滞后。在分析Park变换前后谐波分布特点基础上,采用双序Park变换,将相坐标系下的谐波变换为d-q坐标系下的3倍次谐波,进而改进内模,减少控制系统调节时间,同时可保证谐波抑制性能。仿真结果表明,所提控制方案具有良好的扰动抑制特性和快速的调节能力,可有效解决三相输出电压不平衡问题。     

基于DSP的单相光伏并网控制系统的设计

提出一种基于改进型重复控制和传统PI控制的光伏并网复合控制策略,重复控制器用来减小并网电流的稳态误差,传统PI控制用米提高系统的动态性能.为验证提出的算法,搭建了基于TMS320F2812的单相光伏并网逆变系统实验模型.实验结果表明.提出的算法能够减少并网电流谐波,同时系统兼顾了良好的动静态性能.     

一种抑制电网扰动的单相并网逆变器的控制方法

来自电网的扰动,包括电压跌落、谐波以及电网阻抗的变化等,会影响采用LCL滤波器的光伏并网逆变器的正常并网。提出了一种使用重复控制的双闭环加前馈的单相光伏逆变器控制方法。采用比例控制器的反馈和前馈虽然不能彻底消除谐波影响,却可以抑制LCL滤波器谐振峰,并提供需要的增益和快速的响应,而重复控制则可以保证系统对电网谐波的抑制以及使系统具有良好的鲁棒性,并易于设计和实现。仿真和实验结果表明,控制系统在各种电网扰动发生时,仍然能够保证并网电流指标满足标准的要求。     

基于控制延迟补偿的混合有源滤波器的研究

为改善有源电力滤波器对谐波的补偿效果并增大补偿范围,提出了在并联一个高通无源滤波器的同时,在控制系统中引入控制延迟补偿模块;通过高通滤波器来抑制高次谐波,增大其补偿范围,通过控制延迟补偿模块来改善对低次谐波的补偿效果;阐述了控制延迟补偿的原理和算法。仿真分析结果表明了该方法的有效性。     

逆变电源改进型重复控制器设计及仿真研究

针对恒频恒压(CFCV)逆变电源控制系统,提出了一种采用重复控制器与比例、积分、微分调节器有机结合的控制策略,以提高逆变电源在非线性负载情况下的输出电源品质。基于该控制策略,给出了重复控制器各个部分参数的详细设计方案以及比例、积分、微分调节器的系数;构建补偿器Q(z)和S(z)时,引入特殊的零相移Notch函数,对PWM型逆变电源输出电压谐波干扰进行有效抑制。利用Matlab对系统进行了仿真,结果表明该改进型方案可以保证系统具有较好的动、静态特性,稳压精度高,输出波形的谐波含量降到了1.07%,误差收敛速度大幅度提高。     

改进的三相并网VSI电流预测控制策略研究

改进了电压源逆变器(VSI)传统电压电流双环控制策略,电网电压前馈补偿电网谐波干扰,双定时器实现多重采样,软件预算与滤波减小采样误差和系统控制非线性延迟。在一台6 kW光伏并网逆变器上进行了实验,实验结果证明了该预测控制算法提高了输出电流质量,多重采样缩短了控制延迟,控制器性能优越。     

基于独立光伏系统的三相三电平逆变器

为给二级能量变换结构的光伏电厂提供高效后级逆变器,设计和实现了一台12 kVA逆变器。主电路采用中点位式三电平结构,以IGBT作为主开关器件,以重复控制与瞬时值反馈控制相结合的控制策略产生SPWM波,利用重复控制抑制非线形负载下的电压畸变,利用瞬时值反馈控制改善系统的动态响应过程,输出级采用LC滤波器减少输出电压u的谐波及du/dt,采用软硬件相结合的限流保护方法。装置实验表明,这种逆变器效率和输出波形质量高。     

一种可再生能源并网逆变器的多谐振PR电流控制技术

在介绍三相并网逆变器电流双环控制策略的基础上,对基于LCL滤波器的并网逆变器在两相静止坐标系下建立完整的开关周期平均模型。在电流环中,应用多谐振比例谐振(proportional resonant,PR)调节器来达到无静差跟踪正弦电流基波给定并减小输出电流中特定次数的谐波含量,以提高并网电流质量。针对多谐振PR调节器阶数高、设计难的问题,采用根轨迹理论分析PR调节器参数、系统延时以及LCL滤波器参数对闭环系统极点的影响,并基于此理论分析设计极点位置,选择合适参数,在保证系统稳定的前提下使电流环达到最佳的性能。最后搭建一台10 kW并网逆变器样机,验证多谐振PR调节器对并网电流的改善作用以及基于根轨迹理论设计多谐振PR调节器的实用性与可行性。