双级矩阵变换器网侧功率因数的控制方法

与传统PWM变频器相比,双级矩阵式变换器具有输入功率因数可控、能量双向流动、无需大容量直流环节储能电容等优点。为了减小双级矩阵变换器对电网的不利影响,在对其进行控制的过程中,通常需要保证网侧功率因数为1。本文以双级矩阵变换器为研究对象,首先对其拓扑结构以及整流级和逆变级的控制策略进行了分析。在此基础上,研究了变换器前端功率因数角的调节范围。而后,考虑到输入滤波器的影响,推导得出了实际的网侧功率因数角和滤波器之后的功率因数角之间的关系。根据上述关系建立了实用的网侧功率因数调节方法,实现了单位功率因数。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

无电解电容永磁电机高功率因数控制策略

无电解电容驱动系统常采用体积小，寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量，但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题，提出了一种基于二阶广义积分锁相环和比例积分谐振控制器的带相位补偿的逆变器输出功率控制策略以改善网侧电流品质。首先，通过分析无电解电容驱动系统的电路拓扑结构，明确无电解电容驱动系统高功率因数条件；其次，利用二阶广义积分锁相环获取网侧电压的相位与幅值信息，并利用基尔霍夫电流定律计算逆变器输出功率相位补偿角；然后，建立了基于比例积分谐振控制器的逆变器输出功率控制回路，将逆变器输出功率调节接近理想值。最后，对比实验结果验证了所提方案的有效性。     

基于数学构造的矩阵变换器输入功率因数补偿算法

为了滤除矩阵变换器的输入电流高频谐波成分,需要安装输入滤波器。然而,输入滤波器会影响矩阵变换器输入功率因数,尤其在轻载运行情况下影响较大。为了在更宽范围内实现单位功率因数运行,提出一种基于数学构造的输入功率因数补偿算法,算法采用预估-校正思想,实现了更宽范围的精确单位功率因数运行,同时也不依赖输入滤波器的具体参数。实验结果验证了所提算法的正确性与可行性。     

双级矩阵变换器的网侧功率因数

通过建立双级矩阵变换器数学模型,得到了网侧功率因数角的解析表达式,着重探讨了系统各参数对网侧功率因数的影响,得出了18开关双级矩阵变换器网侧功率因数可调范围受系统参数影响的结论,通过仿真试验表明了理论分析的正确性。为解决双级矩阵变换器输入功率因数不为1的问题,提出了网侧功率因数闭环控制方法,解决了目前网侧功率因数无法实现动态补偿的问题,使网侧功率因数在系统参数变化时仍然保持为单位功率因数,最后通过实验表明该方法的可行性与有效性。     

基于输入电压观测的间接矩阵变换器MPC方法

针对间接矩阵变换器-异步电机(IMC-IM)调速系统,提出了一种基于输入电压观测的模型预测控制(MPC)方法。该方法对网侧电能质量和电机调速性能进行优化控制,并解决传统MPC方法检测量众多、采样调理成本高、时延长等问题。此方法基于IMC输入滤波器数学模型,设计了输入电压观测器,同时利用二阶差商法实现输入无功功率预测与输入电压的解耦,降低预测控制对观测模型的依赖。仿真结果表明IMC可实现正弦输入输出电流,且网侧功率因数接近于1;在设定转速及负载阶跃变化时,响应快、超调小。证明了该方法可实现电机良好动静态性能及网侧单位功率因数,并减少了3路输入电压采样及相应的硬件电路,最终简化AD采样、数字滤波和处理延时。     

LCL滤波PWM整流器的单位延时稳定控制

提出一种三相电压型LCL滤波脉宽调制(PWM)整流器的新型控制策略,利用单位延时和比例控制实现电流环的稳定控制,通过合理选取比例系数即可有效抑制谐振的发生。所提方法仅需检测LCL滤波器的网侧电感电流,无需有源阻尼环节。详细分析了控制器的设计过程及比例系数的选取方法。仿真和实验结果均表明电流环稳定,网侧电流正弦度高,功率因数接近于1。     

不平衡电网电压下精简矩阵变换器扩展直接功率模型预测控制

针对精简矩阵变换器（RMC）传统直接功率预测控制在电网电压不平衡工况下网侧电流畸变严重、输入功率和直流侧输出电压存在较大波动的问题。该文提出一种适用于RMC的扩展直接功率预测控制方法。推导分析不平衡输入电压下有功功率和无功功率的二倍频波动表达式，利用1/4电网周期延迟法提取电网电压、电流正负序分量，采用扩展瞬时功率理论重新构建瞬时功率的参考值，实现网侧功率和直流电压纹波波动的自抑制，最后搭建一台实验样机对所提方法进行了验证。实验结果表明，电网电压不平衡下所提方法使直流侧输出电压、有功功率和无功功率波动相较传统直接功率预测得到了有效抑制，实现了RMC网侧电流正弦且单位功率因数运行，验证了所提出方法的有效性和正确性。     

基于变流器联合控制的永磁风电机组孤网调频方法

针对孤网中负荷与分布式电源波动引起的频率骤变及小幅振荡问题,展开永磁风电机组孤网调频研究。基于改进的转矩下垂控制算法,提出一种变流器小信号动态模型,探讨降载系数与下垂系数对机侧变流器输入功率的影响,以及直流母线电压补偿值对网侧变流器输出功率的影响。为抑制风速及负荷扰动,设计基于H_∞理论的联合控制器,给出控制器相关参数,优化变流器输入、输出功率,从而在机组稳定运行前提下提高孤网抗扰动能力,有效减弱频率骤变并抑制小幅振荡。联合控制与其他控制方法仿真分析表明,基于变流器联合控制机组运行数据较稳定,且孤网频率波动最小。最后通过实验进一步验证所提控制策略的有效性。     

基于重复控制的单相整流驱动系统高功率因数实现方法

针对传统单相不控整流供电的调速系统存在的网侧功率因数低、畸变严重以及电机转矩脉动问题,本文提出一种基础重复控制的永磁同步电机(PMSM)驱动系统高功率因数实现方法,该方法拟实现以下目标:1)调节PMSM转速;2)优化网侧电流品质;3)提高网侧功率因数。分析了母线电压波动有效值与网侧功率因数之间的关系,得出降低母线支撑电容与网侧电流的内在联系,进而推导出整流侧功率、支撑电容功率和逆变侧功率的关系函数。此外,为了满足逆变侧功率随网侧电压二倍频周期性波动,引入重复控制器实现对正弦周期性内环q轴电流的高精度跟踪。最后,基于双15 kW的PMSM对拖调速系统实验平台进行实验验证与分析。结果表明,所提方法可实现驱动系统的三大控制目标,同时降低母线支撑电容可降低驱动系统成本和压缩体积。     

一种矩阵整流器非线性积分滑模控制

针对不确定非线性的矩阵整流器滑模控制系统,依据一类具有"小误差放大,大误差饱和"特点的光滑连续非线性饱和函数,分别对传统的切换函数及其控制函数进行优化,以期形成矩阵整流器的非线性积分滑模控制,并在此基础上对输入功率因数进行了补偿。实验结果表明,所提控制策略在确保网侧为单位功率因数的同时具有良好的控制性能,且能有效地抑制滑模抖振,提高波形质量。     

带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制

针对双级矩阵变换器(TSMC)输入功率因数易受系统参数和负载影响的问题,提出了一种带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制方案。电流闭环确保输入电流严格跟踪电压,补偿环节实现了输入相位的无差控制。在推导TSMC数学模型,分析其输入功率因数角特性的基础上,给出了该方案的理论依据,并搭建了一台基于DSP+CPLD的实验样机。实验结果表明,该方案的采用最终使TSMC在各种系统参数和负载下具有优良传动性能的同时均能实现单位功率因数,并且降低了系统输入电流谐波含量,提高了输入电流正弦度,从而验证了该方案的可行性和有效性。     

电网不平衡条件下STATCOM的非线性控制

在电网电压不平衡条件下,以网侧各相单位功率因数为补偿控制目标,提出了基于虚拟导纳的静止同步补偿器(STATCOM)无源控制方法,可保证输电线路有功损耗最小。在dq同步旋转坐标系下,建立了不平衡条件下STATCOM的数学模型,构造出相互独立的正负序双电流环系统,以便于控制系统设计。基于无源性理论,利用能量成形和阻尼注入方法,分别对正负序电流环设计了控制器。给出了STATCOM直流侧电压与虚拟导纳的数学关系式,阐明了虚拟导纳电流控制的合理性和可行性,并设计了直流电压外环比例积分控制器。仿真实验结果表明,所提控制策略可实现电网电压不平衡条件下STATCOM对无功负荷的快速补偿,同时可保证网侧各相均实现单位功率因数控制。     

无电解电容和电感PMSM驱动系统控制研究

无电解电容和电感的永磁同步电机驱动系统中,电机侧的谐波会影响到前端输入侧。为了解决这个问题,提出了一种新型功率因数校正方法,以改善输入基频电流响应并减少输入电流谐波。电机转矩控制基于输入功率和电机转矩之间的关系设计,其可实现系统高功率因数运行。快速电压前馈控制改善了逆变器的输出功率响应,其基于直流链路平均电流控制逆变器输出功率,进而降低了输入电流谐波。最后通过试验验证了新型控制方案的有效性。     

LCL并网逆变器的电流双闭环控制

采用LCL滤波器作为电压型并网逆变器与电网的接口,建立LCL滤波器的数学模型,提出一种基于电网侧电流外环、逆变器侧电流内环的LCL并网逆变器控制方法。该控制方法既能有效保护功率开关,又能保证系统稳定及并网电流的单位功率因数。针对该电流双闭环控制方法,给出一种基于赫尔维茨稳定判据及李纳德-戚帕特稳定判据的内外环控制器参数设计方案。进行了LCL并网逆变器并网运行仿真与实验。仿真和实验结果验证了所提LCL并网逆变器控制方法的正确性和可行性。     

一种电动汽车充电系统单相整流有源滤波方法

提出了一种应用于电动汽车一体化充电系统中的单相PWM整流有源滤波的控制方法,以抑制充电中单相整流电路的直流电压二次纹波。在单相电网电压充电时,这种控制方法能通过控制电机驱动器电路,复用其中的两相同时进行单相整流和有源滤波,在实现整流器单位功率因数运行、稳定输出直流电压的同时,减小直流侧电压的二次纹波,减小网侧输入电流的总谐波畸变率。对单相整流直流侧电压二次纹波的产生机理、有源滤波电路的拓扑结构、单相整流和有源滤波的控制原理和方法进行了详细地分析。最后搭建输入电压峰值110 V,输出直流电压220 V,负载等效电阻100Ω的仿真模型,通过仿真和实验结果验证了所提控制方法的可行性。     

基于DSP单相PWM整流器的控制器研究

对于单相PWM整流器,为了减少直流侧电压二次波动对网侧电流的影响,实现网侧电流正弦化及输入端高功率因数,探讨了一种消除直流侧二次波动对网侧电流影响的谐波抑制方法.分析了单相PWM整流器的工作原理和直流侧电压二次波动的原因,并设计了消除二次波动对网侧电流影响的数字陷波滤波器及控制算法.通过计算机仿真及实验对该算法与常规控制算法进行对比,验证了该算法的优越性,即该算法能够有效消除直流侧二次波动对网侧电流的影响并改善网侧电流波形.     

定频化VIENNA整流器模型预测电流控制

VIENNA整流器是一种高性能三相三电平整流器,不仅网侧性能优良,并且具有功率密度高、结构简单等特点。将模型预测控制引入了VIENNA整流器的电流控制当中,并针对传统模型预测控制计算复杂、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频化的模型预测电流控制方法,通过优化价值函数、引入调制模块的方式固定开关频率,并实现网侧单位功率因数、输出直流电压稳定和输入电流正弦的目标。实验验证了所提方案的正确性。     

一种改进的单相整流器控制策略研究

针对传统的基于低通滤波器的单相锁相环带来的网侧电压幅值衰减和相位滞后问题,提出了一种带通滤波器锁相环控制策略,基于带通滤波器对输入信号幅值无衰减和相位保持的特性,在所设定条件下该方法能够无延迟地提取出网侧电压的基波,并保持基波电压的幅值不变。针对电流环比例谐振控制器因带宽小,在电网频率偏移时带来功率因数下降的问题,采用了一种改进的比例谐振控制器。该控制器增加了带宽,具备零稳态误差和消除电网电压扰动影响的能力,能够减小电网频率偏移对系统的影响。最后,仿真和实验验证了所提出的基于带通滤波器锁相环控制策略和经过改进的比例谐振控制器方法的有效性和正确性。     

三相电流型整流器及其控制策略的研究

分析了用于蓄电池充电的电流型整流器(Current Source Rectifier,CSR)主电路拓扑结构,采用了三值逻辑空间矢量调制,建立了dq坐标系下三相CSR多环路直接电流控制的线性大信号数学模型。针对模型中d、q轴的耦合影响问题,采用了一种前馈解耦控制方法,消除了系统的非线性、耦合特性,从而简化了控制环路的设计。其次,针对LC滤波器的谐振问题,引入了一种基于电容电压反馈的有源阻尼控制策略,Bode图分析结果验证了控制策略的有效性。研究结果表明,三相CSR直流侧输出电流、交流侧输入电流均能保证快速动态响响应,网侧电压电流实现了单位功率因数,同时电流内环引入的前馈有源阻尼控制有效抑制了LC滤波器的谐振,使网侧电流的THD值由4.55%降到了2.17%。     

基于复合前馈补偿的微网逆变器下垂控制研究

随着微网负荷环境变得日益复杂,基于传统下垂控制的微网逆变器存在输出功率不稳定、输出电流质量差和难以接入微网等问题。此处以某光伏组件厂区微网逆变器为研究对象,提出基于瞬时频率检测(IFD)和电压幅值比例积分(PI)补偿的网侧电压复合前馈策略,有效抑制由微网负荷变化产生的基波频率、幅值波动和网侧电压谐波对逆变器输出性能的影响。仿真和实验表明在微网存在间歇性非线性负荷的复杂工况下,基于所提复合前馈型下垂控制的并网逆变器输出功率稳定,与传统下垂控制方法相比输出电流波形质量改善明显。