MTPA控制下逆变器-IPMSM系统直流侧电压稳定性研究

在电机闭环控制系统中,由于转矩的快速跟随,可将逆变器-电机负载当做恒功率负载。恒功率负载的负阻抗特性使得牵引传动系统阻尼较小,从而引发直流侧电压和电流的振荡。通过深入分析牵引变流器模型、内置式永磁同步电机数学模型以及控制系统的数学模型,从机理上阐述了恒功率负载引发的牵引传动系统直流侧振荡产生的原因;进而通过小信号分析法,推导了最大转矩电流比控制下,逆变器-内置式永磁同步电机系统的导纳模型。在该导纳模型的基础上,通过频域下的伯德图以及奈奎斯特稳定性判据,分析了直流侧LC参数、电机电感参数、定子电阻参数以及功率对系统稳定性的影响,发现了各参数对稳定性的影响规律以及电机运行过程中的稳定性变化过程。基于该文的理论分析,实现了一种主动阻尼补偿方式,并通过仿真和实验验证了该补偿方式能有效增大系统阻尼,提升系统的稳定性。     

基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。     

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。     

基于矢量控制直流母线振荡抑制的研究

直流侧LC电路参数不匹配或者控制算法不当会引起异步电机牵引系统的母线电压、电流会产生振荡,降低系统稳定性。针对以上本文建立了牵引系统数学模型,并通过Matlab仿真软件建立了异步电机直流侧振荡抑制牵引系统的仿真模型,进行了仿真研究,提出了基于矢量控制算法振荡抑制控制策略,对直流侧母线电压、电流产生振荡进行有效地抑制,仿真结果验证了本文提出方法的合理性。最后通过地面联调试验验证了本文提出方法的可行性。     

地铁直流母线电压振荡现象及其抑制策略

由于牵引逆变器呈现负阻抗特性,当地铁车辆牵引功率加大时,系统的阻尼特性变差,此时任何小的激励源都可能引起直流侧母线电压的剧烈振荡。针对这一问题,首先建立了地铁永磁牵引系统在额定工作点处的小信号等效电路模型,研究主电路参数与系统稳定性之间的关系。然后在转子磁场定向的矢量控制基础上增加了基于转矩电流补偿的直流侧母线电压振荡抑制策略。最后经过仿真和现场试验验证可得,该策略对直流侧母线电压振荡有较好的抑制效果。     

弱电网下永磁风机网侧变流器频率耦合效应关键作用因子评估及控制对策

研究了弱电网背景下直驱风电机组网侧变流器并网电流频率耦合效应产生机理及其抑制对策。通过建立考虑电网阻抗及直流电压外环、锁相环等不对称控制环节影响的网侧变流器等效阻抗以及能够直观反应频率耦合效应的耦合导纳模型,分析了各关键作用因子对频率耦合效应的影响,并基于等效阻抗频率特性曲线分析了弱电网条件下频率耦合效应对系统稳定性产生的影响机理。针对并网电流中出现的频率耦合振荡风险,提出了一种基于二阶广义积分器的并网电流频率耦合分量抑制策略,理论分析表明此控制策略能够有效阻抑频率耦合效应,进而提高系统稳定性。仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性及引入此控制策略后直驱风电机组网侧变流器系统的鲁棒性。     

地铁牵引系统的稳定性提升控制

在地铁牵引传动系统研制及试验中,发现了逆变器交直流侧电压/电流振荡这一不稳定现象.为研究主电路参数与系统稳定性之间的关系,建立牵引系统在额定点处的小信号等效电路模型,得到了保证系统稳定的关系式.为抑制交直流振荡、提升系统稳定性,在传统牵引电机磁场定向矢量控制的基础上,增加了振荡抑制和时延补偿两个环节:前者通过主动提高直流侧系统阻尼以抑制振荡,后者则通过对转子磁链位置实时校正和d-q轴电流的完全解耦实现广义的时延补偿,二者均采用根轨迹法进行系统稳定性的分析与验证.最后在广州地铁1号线进行了装车试验,采用稳定性提升控制策略前/后的试验波形对比验证了其有效性.     

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。     

牵引四象限变流器的预测电流控制

以牵引四象限变流器为研究对象,在分析变流器工作原理的基础上,为提升变流器瞬态响应、降低网侧电流谐波、保证网侧单位功率因数和稳定直流侧电压,对变流器的预测电流控制策略进行了研究与分析。利用MATLAB/Simulink搭建四象限变流器主电路和预测电流控制系统模型,对牵引状态下的网侧电流谐波、网侧功率因数和直流侧电压进行仿真测试。仿真结果表明,在牵引工况下,基于预测电流控制的四象限变流器可以实现网侧电压电流同相、稳定中间直流电压以及降低网侧谐波含量。     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分析结果表明,交流侧电压扰动经交流侧输入导纳产生扰动电流,直流电压控制环对直流侧电压扰动的闭环控制也会产生扰动电流,2个扰动电流共同经直流侧输入阻抗形成直流侧电压扰动.采用经低通滤波的系统电压全前馈控制以及系统电压部分前馈控制策略进行实验验证,实验结果表明所提方法可以准确地分析交流系统故障下直流侧电压扰动水平.     

电网电压骤升情况下双馈变流器控制策略研究

风电场电网电压跌落恢复过程中若无功过剩、负载突然切除以及风电场35 kV非有效接地系统因单相接地故障引发谐振过电压,电网电压面临升高风险。由于双馈型风力发电机定子与电网相连,电网电压骤升时其暂态过程会造成定转子电压电流冲击和电机转矩振荡。为实现机组高电压穿越,针对电网电压骤升期间变流器不脱网的保护,拓扑上增加了直流Chopper电路,制定了一套穿越期间的脉冲管理逻辑。从变流器模型最大输出电压出发,提出了网侧无功优先的控制策略。转子侧变流器引进转子附加阻尼控制,加快直流磁链衰减,避免直流Chopper频繁动作,减轻机组转矩振荡过程。通过Simulink建立主回路模型,在控制程序嵌入Simulink作为控制器的方式进行混合仿真,更加逼近现场环境。结果验证了所提策略与保护方案的有效性和可行性,同时也验证了程序代码的正确性。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析

针对负载变流器经线路聚合至共母线直流系统后，其线路电感与负载变流器输入滤波电容构成的LC振荡环节落入负载变流器控制带宽内，从而导致整个共母线直流系统发生非预期失稳的现象，提出了负载子系统自稳性判据。首先，建立了负载侧计及线路影响的恒功率负载模型，研究了负载变流器控制带宽对共母线直流系统稳定性的影响。然后，确定了负载变流器的控制带宽选取范围，使得计及线路影响的恒功率负载阻抗在LC振荡频率处的阻尼为正，进而确保整个共母线直流系统稳定。最后，硬件在环仿真的实验结果验证了负载变流器控制带宽对系统稳定性影响理论分析的有效性。     

改进型解耦控制的牵引网低频振荡抑制研究

鉴于电气化铁路中采用基于双闭环瞬态直接电流控制的网侧整流器在发生牵引网低频振荡时通过调节 PI 控制器参数来抑制振荡的局限性,文中提出一种基于dq解耦控制的主动阻尼补偿的新方法,实现了网侧变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制,将直流侧电压信号反馈至电压环控制器,再通过反馈环节进行阻尼补偿。仿真对比不同控制策略下网侧整流器应用于车网系统仿真模型的工作特性,结果表明,基于dq解耦控制的主动阻尼补偿方法能够实现实时无静差跟踪并具有良好的抗干扰性能,能够较好地抑制高速铁路牵引网低频振荡。     

数据中心多供电单元并联系统低频导纳建模及稳定性分析

数据中心供电系统内部多供电单元(power supply unit, PSU)与配电网间交互作用,易造成数据中心供电系统发生低频振荡现象,而当前针对数据中心多PSU低频振荡研究尚缺乏有效的分析模型。提出一种针对数据中心多PSU的低频导纳建模与稳定性分析方法。首先,在单相PSU低频导纳模型基础上,通过等效聚合多PSU频率耦合影响,建立考虑频率耦合效应及直流侧电压影响的多PSU低频导纳模型,以提高阻抗模型的精度。然后,建立多PSU并联系统中单相PSU低频导纳模型,并基于奈奎斯特稳定判据详细地分析PSU数量、容量和电压环参数对系统稳定性的影响,得出各因素对系统稳定性影响规律。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性,为数据中心电力系统规划设计及稳定性运行提供可靠的分析模型。     

AC/DC-DC/AC级联变流器DC与AC双侧双向交互稳定性分析及协调优化控制

AC/DC-DC/AC级联变流器系统面临双向功率流动时,若不切换变流器控制策略,直流侧与交流侧的稳定性在正向功率与反向功率之间存在明显的差异,即双向功率稳定性差异,这种稳定性差异可能会导致系统发生振荡。针对这一问题,对直流侧和交流侧变流器阻抗进行了小信号建模,对比分析了各端口变流器阻抗在正反向功率下的阻抗特性差异,并提出了一种协调优化控制策略,发生扰动时,使其同时优化AC环节与DC环节在双向功率下的稳定性。通过阻抗稳定判据以及奈奎斯特稳定性判据,分别对比分析了交、直流侧优化前后正向功率与反向功率下稳定性的变化。研究结果表明:采用协调优化控制后,交流侧和直流侧电压在双向功率流动的情况下都能保持较好的稳定性,双向功率稳定性差异被大大减小。最后所提出控制策略的有效性通过Matlab/Simulink仿真和实验进行了验证。     

超级电容储能的双馈风机低电压穿越能力研究

针对双馈风电机低电压穿越过程中存在的问题,在分析电压跌落时风机直流侧电压模型的基础上,提出了超级电容器经隔离型全桥DC/DC变换器并联在风机直流母线处.通过超级电容储能系统吸收电网低电压故障时在直流侧产生的不平衡功率,以此抑制直流母线过电压.为了满足电网低电压故障期间的无功需求,机侧变流器采用无功优先控制;网侧变流器则...     

并网变流器序导纳模型的解耦控制方法

针对变流器中存在的频率耦合导致序阻抗法判断系统稳定性不准确的问题，提出了一种基于变流器序导纳模型的解耦控制方法。该方法在控制中引入解耦因子，并比较引入解耦因子前后变流器序导纳和耦合电流的变化。结果表明，引入解耦因子能在中低频段使序导纳的耦合项近似为0，变流器呈现出单输入单输出特性，耦合电流明显减小，从而序阻抗法能较准确地分析变流器的稳定性和系统的次同步和超同步振荡，同时解耦因子对系统的动态性能影响很小。Matlab仿真和实物实验验证了该解耦方法的正确性。     

基于综合附加阻尼的直流配电系统稳定性提升方法

直流配电网的数学建模是分析其稳定性的理论基础,对于分析系统的运行特性具有重大意义。基于典型P-U dc下垂控制的直流配电系统,建立了以动态导纳为基础的下垂控制小扰动稳定性分析模型,分析了直流线路电阻、电感参数变化对系统稳定性的影响。利用奈奎斯特判据对系统输出导纳与输入导纳之比进行分析,以评估系统的整体稳定性。提出了基于复合补偿的综合附加阻尼直流配电系统稳定性提升控制策略,对比分析了补偿前、后系统的稳定性,通过仿真软件搭建直流配电系统模型并进行时域仿真,理论分析和仿真结果均表明所提方法可以增强系统阻尼,抑制系统振荡。     

一种双馈风力发电系统低电压穿越控制策略

电网电压对称跌落时,通过对机侧变流器和网侧变流器的控制,使得风电机组不仅能够不脱网运行还能对电网提供无功,帮助电网电压恢复,实现双馈风力发电系统的低电压穿越。其中,机侧变流器的控制目标是实现最大风能跟踪以及控制无功功率,网侧变流器的控制目标是保证直流母线电压的稳定以及对输入电流无功分量进行控制。采用撬棒保护电路使流过转子侧的电流和直流母线电压在安全的范围之内。本文在原有的双馈风力发电机功率给定方法的基础上,增加了转速闭环,提升了转速与功率实时匹配的动态性能,增强了系统抗冲击能力,提高了系统稳定性。实验结果表明,提出的改进变换器控制策略和硬件保护相结合的低电压穿越控制方法动态响应快、方法行之有效。