400Hz逆变电源全数字控制系统研究

传统的逆变电源控制方案在数字化实现过程中受到采样延时、计算延时以及电磁干扰等诸多因素的影响,在一定程度上限制了数字控制逆变电源性能的进一步提高.由于受采样控制的实时性限制,400Hz逆变器实现数字控制比工频逆变器更为困难.采用基于DSP的全数字化三闭环控制程序实现方案,设计了程序的软硬件,并深入研究了实现过程中出现的问题.最后研制了全数字控制的单相逆变电源试验样机.实验结果表明,该逆变系统有较快的动态响应、高稳压精度以及小的输出电压谐波畸变率.     

基于重复控制400Hz逆变电源数字控制系统研究

针对400Hz逆变电源输出电压波形的畸变问题,采用了重复控制技术解决方案.并根据该控制自身存在的问题,引入了电压有效值外环和电容电流瞬时值内环控制.系统利用重复控制抑制非线性负载下的电压畸变,电流瞬时值反馈控制提高系统的动态响应性能,构成了新型多环控制系统.该控制系统的有效性已在三相6kVA逆变电源实验样机上得剑证实.实验结果表明,该方案可保证系统有较快的动态响应、较高的稳态精度和较小的输出电压谐波畸变率.     

一种离网型并联逆变系统鲁棒电压控制方法

针对带非线性负载的离网型并联逆变系统,设计了一种鲁棒电压控制方法。该电压控制采用串级结构:电压反馈补偿环节、电流跟随内环、比例-谐振-微分(PRD)电压控制外环。电压反馈补偿环节和电流跟随内环实现逆变滤波系统的降阶,便于外环控制器的设计;PRD电压控制外环对基波和特征次谐波分量采取并行准谐振控制,微分环节可进一步降低闭环系统阶次。所提鲁棒电压控制方法无需引入额外负载电流反馈补偿项,便可实现抵抗负载电流扰动,实现高精度电压跟随效果,避免补偿项采样和计算延时引起的低鲁棒性问题。实验结果表明:所提出的鲁棒电压控制方法能够提高并联逆变系统的功率均分效果,降低逆变系统之间的环流,具备抵御非线性负载扰动的能力。     

适用于复杂负载条件下的光伏独立构网控制

新能源光伏发电系统具备独立构网与电压频率支撑能力是未来以新能源为主体的新型电力系统重要技术需求。考虑负载具有不平衡、非线性、时变等特点,针对复杂负载条件下的不平衡负载问题,提出一种基于新型谐振控制器的新能源光伏独立构网控制策略,其中电流内环采用电感电流比例控制器,电压外环采用新型谐振控制器。给出了电流环配置方法,提出了近似电感电流反馈法,分析了基于新型谐振控制器的电压环设计方法。最后通过原理样机实验表明所提方法实现了新能源光伏逆变器在独立构网条件下对不平衡负载的良好控制,具有高动态响应特性,有很好的工程实用参考价值。     

基于新型改进谐振控制器的APF无谐波电流提取控制策略

为了消除传统谐波电流提取环节对APF动稳态性能的影响,本文提出一种dq坐标系下基波电流与谐波电流分环解耦的新型控制结构.通过分环解耦,基波电流控制环只跟踪控制直流量,以实现直流侧电压稳定.谐波电流控制环利用改进谐振控制的选频特性,将负载电流直接送入谐波电流环,无需进行谐波分量提取,从而消除谐波提取环节带来的指令信号误差和延时.为提高系统相位裕度,本文提出一种新型改进谐振控制器,在余弦内模谐振控制器基础上引入一个实轴右半侧的零点,并在离散域下展开频率特性对比和参数影响分析.最后,通过实验验证了所提方法的有效性.     

指定谐波注入装置控制策略研究

研究了一种指定谐波电流注入装置控制策略,作为模拟谐波源来测试谐波源定位装置的性能.其采用了基于电网电压定向的矢量控制策略,对电压环和电流环进行了有效的调节.从谐波电流给定以及控制方法两方面对谐波注入问题进行了定量的研究.利用坐标变换技术使得谐振控制器的数量减半,节省了CPU的资源.测试不同参数下谐振控制器的性能,选择了最优性能的谐振控制器.仿真和实验结果验证了该调制策略的可行性与有效性,实现了多种指定谐波的组合输出,为谐波源定位方法提供了便利.     

基于电流状态反馈的串联电压质量调节器比例谐振和谐波补偿控制

提出了一种基于电流状态反馈的比例谐振和谐波补偿的串联有源电压质量调节器控制方法。外环采用比例谐振控制器,并与谐波补偿器相结合,使系统具有谐波补偿能力;内环采用电感电流状态反馈,降低系统的谐振峰,并且增强系统的稳定性;同时,引入了负载电流前馈来增强系统对负载扰动的抑制能力。论文对所提出的控制方法进行了详细的理论和仿真分析,并在单相2kVA串联有源电压质量调节器实验装置上进行了验证。仿真和实验结果均证明了所提控制方法的正确性和有效性。     

谐波功率均分的改进分频下垂控制器

提出一种谐波功率均分的改进下垂控制器。改进后的下垂控制器功率控制环通过加入特定次谐波下垂控制器可以实现基波和谐波功率精确均分,电压环采用准谐振PR控制,实现在较宽频带内逆变器输出电压的零稳态误差控制,准谐振PR控制器截止频率可调以满足系统动态响应速度。基于Matlab/Simulink的仿真和基于DSP的样机试验均验证了所提出方法的正确性和可靠性。     

谐波电网电压下基于矢量谐振控制的双馈异步发电机集成控制策略

通过建立5次、7次谐波电网电压下双馈异步风力发电机(DFIG)的数学模型,分析了DFIG风电机组运行于谐波电网下所产生的性能恶化。为改进DFIG在谐波电网下的运行性能,以DFIG定子电流正弦或定子输出有功/无功功率平稳为谐波控制目标,在转子电流PI闭环调节的基础上,加入定子电流矢量谐振控制或定子功率矢量谐振控制,以达到上述DFIG在谐波电网下的控制目标。为了有效实现控制目标,深入分析和对比了普通谐振控制器和矢量谐振控制器在DFIG运行于谐波电网下的300Hz交流信号调节性能。矢量谐振控制器由于其更为精确的300Hz交流信号调节能力以及充裕的相位裕度以确保闭环工作稳定性,因而更有助于DFIG在谐波电网下控制目标的实现。通过构建的风电机组,实验结果验证了本文所提出的谐波电网电压下的集成控制策略的正确性及有效性。     

基于DSP控制的逆变电源装置的研究

介绍了基于高性能DSP的逆变电源全数字化控制方案,该方案结合了重复控制、预测PID控制和前馈控制的优点,能减小逆变电源在非线性周期负载下的输出电压谐波畸变率和阶跃负载时的超调量。通过对1.6kVA单相SPWM逆变电源实验装置的实验,实验结果显示所采用的全数字化控制方案能达到逆变电源在各种负载条件下的动态和稳态指标要求。     

基于重复和PI控制的中频逆变器复合控制方案

提出了一种重复控制与PI控制相结合的中频逆变电源复合控制方案,即利用重复控制器得到畸变率很低的稳态输出波形,当系统负载突变时投入PI控制器,以改善系统的动态响应能力。负载的突变通过负载电流的快速幅值检测技术来判定。该方案在一台采用TI公司TMS320F240 DSP控制的400Hz,5.5kW逆变电源上得到验证。实验结果表明,该方案既保持了重复控制良好的稳态特性,也明显改善了系统的动态性能。     

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。     

基于状态观测器的中频逆变器双环控制方案

针对时间延迟对中频逆变器性能的影响,提出了一种基于状态观测器的双环控制方案,并在双环之外加入重复控制器.PI双环使系统具有快速的动态响应能力,重复控制环则提高了系统的稳态波形.最后,在一台采用DSP控制的中频逆变电源样机上得到的实验结果表明,该方案可以达到满意的稳态和动态效果.     

基于极点配置PI数字双环PWM逆变器的研究

本文分析了正弦波PWM逆变器的实际应用情况和数字控制的特点,在建立了逆变器及其控制系统的状态空间模型基础之上,采用了一种带输出电流前馈的PI数字双环控制方案(电感电流内环电压外环),并对控制系统直接离散化后利用极点配置的方法设计了控制系统参数,最后给出了在各种实验条件下的仿真波形。仿真结果表明,该方案设计简单可行,并能很好地达到逆变电源的各项性能指标要求。     

400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制

中频电源由于其较高的输出频率，要想得到较好的输出电压波形和较大的输出功率，则比工频逆变器的控制更加困难。针对400Hz中频逆变器的特点，给出了一种带幅值环的双闭环单相逆变器控制策略，得到了很好输出波形。并提出了一种介于有线和无线并联控制方法之间的共享同步信号的外特性下垂控制方法，以及用于消除直流环流的直流偏置电压下垂方法，将上述方法应用于中频逆变电源的并联运行控制，取得了很好的均流效果。介绍了该方案的理论依据，并搭建了两台1.5kW的实验样机，实验结果证明了该方案的有效性。     

三相逆变器的单环与双环控制比较研究

三相恒压恒频逆变器可采用单闭环和双闭环两种控制方法,为详细认识这两种方法的优缺点,建立同步旋转坐标系下三相逆变器模型,分别设计了带解耦的单闭环PID控制和双闭环Pl—PI控制的三相逆变器。在相同的极点配置下,对比分析二者的等效输出阻抗频率特性,并在PSCAD中仿真对比动态响应性能。结果表明,两种控制方法均具有优良的动态响应性能,但双闭环控制在低频段的等效输出阻抗较单闭环低,带非线性负载能力更强,且易实现输出限流保护功能。     

400Hz中频电源复合控制策略研究

提出一种基于重复控制和多环反馈控制的复合控制方法,该方法可以提高用于400Hz中频电源中的单相恒压恒频PWM逆变器的动态和稳态响应。其中,重复控制器用于在稳态情况下产生高质量的输出电压。多环反馈控制器则用来改善系统的动态特性。该控制策略已在一台基于DSP全数字控制400Hz中频电源装置上得到了验证。     

一种基于DDS的SPWM波形产生新算法研究

400Hz航空逆变电源要求输出电压波形总谐波含量小,稳压、稳频精度高.由此提出一种基于直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis,简称DDS)的SPWM波形产生新方法.利用该方法设计制造的航空逆变电源的输出电压波形谐波含量小,稳频精度高.根据一个DDS频率合成的数学模型,介绍了基于DDS理论在75F2413A单片机上实现SPWM波形的原理和方法.以及利用75F2413A的MCP模块生成SPWM波的简便性.通过9 kVA的样机试验证明了该方法的先进性.     

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。