基于纹波电流前馈的并网逆变器模型预测控制方法

研究了一种基于纹波电流前馈的单相并网逆变器的电流控制方法。首先研究了适用于单相并网逆变器的传统有限集模型预测控制算法(FCS-MPC)。随后研究了输出电流的纹波特征,接着通过改进传统的有限集模型预测控制算法,在此基础上增加了前馈纹波电流环节,以达到降低单相并网逆变器输出电流纹波的目的。最后通过仿真和实验,证实了所提控制方法的有效性。     

单相准Z源逆变器改进模型预测控制策略

传统模型预测控制(MPC)应用于准Z源逆变器(qZSI)中存在控制变量误差较大的问题,导致工频电流纹波增加,电能质量恶化。因此,此处提出一种基于电流电压纹波双前馈的改进MPC策略。首先分析系统在不同模态下的工作原理,构建离散状态模型;其次计算输出电流和电容电压在各状态下的纹波,通过双前馈迭代生成新参考值,并采用两步预测法对系统的执行滞后周期予以补偿,以增强电流和电压的控制效果;然后对代价函数综合排序,合理选择最优矢量,避免了权重系数的试凑,进一步增强变量之间的协同控制。最后,实验结果表明,系统具有良好的动、稳态性能,验证了改进策略可行、有效。     

一种新型半准Z源逆变器在风力发电变流系统中的应用

针对传统Z源风力发电变流系统机侧定子电流畸变严重,Z源网络电感电流纹波大的缺点,该文提出一种半准Z源逆变器(half quasi-Z-source inverter,H-q ZSI),并将其应用于直驱永磁风力发电系统。阐述H-q ZSI电感电流连续时的工作原理,得出升压因子与直通占空比的关系。当H-q ZSI处于直通状态时,加在各输入电感上的电流仅由相电压瞬时值决定,改善机侧电流与机侧电压的非线性关系,从而降低发电机定子电流谐波。通过分析准Z源逆变器和H-q ZSI输入电感电流纹波的产生机理,得出相同系统参数下,与准Z源逆变器相比,H-q ZSI的输入电感电流纹波有效减小。最后通过仿真与实验验证理论分析的正确性。     

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制EI北大核心CSCD

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。本文深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压来进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了这种变换器的可行性。     

改进Z源逆变器的三次谐波注入控制策略

改进Z源逆变器与传统Z源逆变器相比具有Z源网络电容电压低、有内在的抑制启动冲击的能力等优点.但基于简单升压控制的改进Z源逆变器存在功率器件电压应力大以及Z源网络电感电流纹波大的缺陷.本文将三次谐波注入调制策略应用于改进Z源逆变器,与简单升压控制相比,能有效减小功率器件电压应力和Z网络电感电流脉动.对这两种调制策略应用于改进Z源逆变的综合性能进行了对比分析.在理论研究的基础上,通过仿真和实验验证了三次谐波注入调制策略的优点.     

基于纹波电流计算的面装式永磁同步电机驱动系统逆变器死区补偿

对于电压源型逆变器,由于其功率开关管寄生电容的存在,使逆变器开关周期内输出电压上升和下降不再是瞬时实现,而传统的死区补偿方法并未考虑寄生电容的影响,不仅导致死区补偿效果欠佳,而且存在电流过零点判断困难及易产生过补偿的技术不足。为此,论文首先分析计及开关管寄生电容的逆变器死区效应,然后,针对面装式永磁同步电机(SMPMSM)驱动系统,详细推导其逆变器输出纹波电流的计算公式,提出基于纹波电流计算的逆变器死区补偿方法,并通过基于不同死区补偿方法的SMPMSM驱动系统建模、仿真和实验,验证了所提出的死区补偿方法的技术优势。     

SVPWM控制时双向Z源逆变器电容电压纹波分析

Z源逆变器在SPWM简单控制时的电容电压纹波在整个负载周期内是恒定的,而在SVPWM控制下,电压纹波会随着电压矢量相位变化而变化,故电压纹波的求解更为复杂。本文的研究证明,Z源电感取值较大,电容的电压纹波与电感值无关。但是,如果电感取值较小,那么电压纹波与电感值是相关的。分析了双向Z源逆变器在SVPWM策略下的关键电感值和电容电压纹波,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

储能用宽范围输入改进型串联Z源逆变器

针对储能用逆变器提出一种带有旁路开关的改进型串联Z源拓扑,在电池电压较高时将Z源网络切除,保留原串联Z源逆变器优势的同时,其降压模式工作特性与传统电压源逆变器相同,Z源网络不产生损耗,且可实现能量双向流动.首先对改进型串联Z源逆变器的工作模态进行了分析,推导了输入输出电压关系,并给出了Z源网络参数设计原则.然后给出了一种输入电压前馈、电容电压反馈的直流链电压控制策略,最后通过仿真与实验证实了拓扑与控制策略的有效性.     

PWM控制方式下死区对变频器性能的影响分析

阐述了电压源逆变器(VSI)死区产生的原理与潜在的危害,并在理想和实际情况下,死区对逆变器输出波形的影响进行了分析.最后,在对死区补偿原理分析的基础上,提出了一种基于MR16的软件死区补偿方法.实验结果表明,这种死区补偿方法在一定程度上改善了电动机低频运行性能.     

高压变频器共模电压仿真研究

该文分析了PWM高压变频器中输出电缆对电机影响、共模电压和三电平逆变器箝位点电位不平衡机理。为有效抑制共模电压对变频器的不良影响，提出了新型拓扑结构：在24脉波整流/三电平逆变的高压变频器中，设置共模电抗器，并将整流器中性点、直流侧中间点、输出滤波器中性点和三电平逆变器箝位点相连，并通过小电阻和系统地相连。基于该拓扑结构对6kV／2250kW的电机所进行的仿真结果表明，该拓扑结构可以减小高压变频器的共模电压，提高变频器运行的可靠性。     

Z-源逆变器直流链升压电路控制器的研究

本文提出了一种PID控制器控制Z-源逆变器Z-源网络电容两端的电压,得到较为恒定的直流链电压。基于Z-源网络小信号模型和直通占空比调制信号传递函数的基础上,得到整个环路的开环增益,设计了PID控制器。该控制器具有抑制诸如电源电压波动、负载电流扰动等的功能。同时,由于增加了微分(D)调节,系统的动态性能和稳定裕度都得到了很大程度的改善;能够克服由于Z-源网络电容和直通占空比之间的非线性关系给系统带来的闭环控制器设计困难、系统的动态性能差等缺点,使控制器参数设计非常准确、简单,动态、静态有了明显的提高。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

两级式逆变器母线电压二次纹波分析及抑制

针对前级采用Boost电路、后级采用单相全桥逆变电路的两级式逆变器,研究基于传统电压外环电流内环控制改进的方法,以解决抑制中间母线电压低频纹波的问题。由于输入功率是直流量,输出的瞬时功率中除了有直流分量外,还含有2倍于工频的脉动分量,导致输入输出功率不平衡,从而使中间母线电压含有二次低频电压纹波。该低频电压纹波会引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命,会导致逆变输出电压波形出现削顶而产生畸变,还会影响系统的动态性能。为了解决母线电压低频纹波所带来的问题,提出了一种将输出功率前馈到前级直流变换器以实现母线电压低频纹波抑制的方法。仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性和有效性,母线电压低频纹波得到很好的抑制。     

Novel Pulse-width Modulation Strategy to Minimize the Switching Losses of Z-Source Inverters

This article proposes a novel pulse-width modulation strategy to minimize switching losses of the Z-source inverter. The Z-source inverter has different pulse-width modulation patterns unlike the conventional voltage source inverter. Shoot-through states have been inserted within the zero states of the traditional pulse-width modulation patterns of a voltage source inverter to boost DC input voltage. Thus, the Z-source inverter has six active states, two zero states, and additional shoot-through states differentiating the Z-source and conventional voltage source inverters. The currents flowing through the switches of the Z-source inverter are larger than those of the conventional voltage source inverter, because Z-network currents must flow through the switches during the shoot-through states. Therefore, shoot-through currents increase the total switching losses of the Z-source inverter. In this article, switching losses of the Z-source inverter with the existing pulse-width modulation strategy are analyzed in detail. Then, new modulation signals of the Z-source inverter are introduced to produce unique pulse-width modulation patterns that minimize the switching losses of the Z-source inverter. The switching losses of the Z-source inverter with both pulse-width modulation strategies are simulated and compared. In addition, an experimental system has been built and tested to verify the effectiveness of the proposed strategy.     

基于Z源电容电压变化的并网电流控制策略

Z源逆变器属于单级系统,具有结构简单,允许逆变桥同一桥臂上下功率器件直通,输出波形畸变小等优点,在光伏发电等输入电压变换范围比较大的场合具有很好的应用前景。在光伏并网系统中,并网电流的频繁变化将会对电网的电能质量带来负面影响。为此,本文结合单相Z源光伏并网逆变器的特点,提出了通过Z源电容电压变化来调节并网电流幅值的控制方法。该方法能够减小并网电流的波动,从而改善并网电流的波形质量。实验结果证明了该控制策略的有效性。     

Z源逆变器拓扑对比研究

针对传统Z源逆变器存在的一些缺陷,有文献研究了Z源逆变器拓扑的改进问题,目前存在两种改进的Z源逆变器拓扑。其中一种将输入电源插入到Z源网络中,带来的优点是输入电流连续,并可以减小其中一个电容的耐压;另一种输入电源与负载位于同一侧,可以减小Z源电容的电压,并可以实现变换器的软启动。本文在分析改进拓扑稳态工作原理的基础上,对三种拓扑进行了对比分析,并给出了仿真和实验研究的结果,验证了理论分析的正确性。     

Control of cascaded transformer multilevel inverter based DSTATCOM

In this paper, the design of a distribution static compensator (DSTATCOM) based on cascaded transformer multilevel inverter is proposed. The topology requires controlling only a common dc storage capacitor. Two-level ramp-comparison current control method is extended for the multilevel inverter using phase-shifted multi-carrier PWM. The method provides equal switching stress and power handling for all the cascaded units. The net switching frequency increases while the ripple magnitude reduces using multilevel topology. These cause the feedforward gain to increase leading to a higher bandwidth of the control loop. An expression of the feedforward gain is derived for fixed switching frequency modulation of the inverter. It is shown that the use of proportional plus resonant controller with proposed multilevel modulation improves the tracking characteristics at fundamental frequency. A seven-level inverter based DSTATCOM is proposed for the application to the three-phase medium voltage distribution system and the results are shown through the PSCAD/EMTDC simulation. The proposed modulation and control scheme is validated through the experimental results that are obtained using the laboratory model of a single-phase, five-level inverter based DSTATCOM.     

增强型Z源逆变器的直流链电压直接控制策略

增强型Z源逆变器与传统Z源逆变器相比不仅具有很强的升压能力,而且很大程度减小Z源网络电容、开关器件电压应力.但Z源逆变器现有控制策略是通过测量电容电压构建闭环间接控制直流链峰值电压,而Z源网络电容电压并不能准确反映直流链电压的动态特性.为了提高增强型Z源逆变器的直流链电压动态响应速度和控制精度,借助于数学建模,提出一种直流链电压直接控制的闭环控制策略,通过直接测量直流链峰值电压来提高系统的控制精度,采用电感内环、直流链峰值电压外环的双闭环控制提高了系统的动态响应速度,有效地抑制非最小相位特性对系统地影响.仿真和实验结果证明控制器对输入和负载扰动具有很好抑制能力.     

简化型Z源并网逆变器

针对传统Z源逆变器电路体积庞大、启动冲击大、输入电流断续造成直流电压利用率低,提出了一种简化型Z源逆变器拓扑.该拓扑在基本保持传统Z源逆变器升压能力的前提下,减少阻抗网络中高压电容的数量,用二极管为直通状态下的阻抗网络电感电流提供续流电路,减小了电路的体积及设计成本,同时该拓扑不存在启动冲击问题,保证了输入电流的连续.将该拓扑应用于三相并网系统,基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了控制系统.对其稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析,验证了拓扑的可行性及性能.