多绕组高频变压器隔离式多电平变换器研究

为在高压大功率变换领域中省去工频变压器,并实现隔离、功率平衡和能量双向流动,提出了一种高频变压器隔离式级联型多电平变换器拓扑。级联H桥整流器和级联型逆变器的各个直流母线与采用多绕组高频变压器的隔离单元相连接,可通过多绕组变压器简单地实现各级负载不均衡时的功率平衡。本文给出了多绕组高频变压器隔离式多电平变换器的拓扑结构,并给出了包括级联H桥整流器控制和高频隔离单元控制的控制策略。实验结果验证了本文提出的拓扑和控制策略的正确性。     

基于模型预测控制的异步电机弱磁控制新方法

模型预测控制是一种基于被控系统模型的新型控制算法,该算法能够预测系统的未来状态,由滚动优化求出系统的最优控制变量,具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。为克服PI参数及电机参数对电压闭环弱磁控制策略性能的影响,本文提出了一种基于模型预测控制的异步电机弱磁控制新方法,详细描述了模型预测控制算法的实现过程,并通过优化使之适用于异步电机的实时控制。实验结果表明模型预测控制算法具有较快的响应速度,对电机参数具有较强的鲁棒性,在发生较大扰动时的控制性能优于传统的PI控制方法,非常适用于交流异步电机高性能弱磁控制场合。     

五电平有源中点钳位型逆变器母线中点电压平衡问题

五电平有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的多电平变换器。针对五电平有源中点钳位型逆变器的母线中点电压平衡问题展开研究,建立母线中点电压的波动模型,通过计算母线中点电流在一个基波周期内的平均值,证明了母线中点电压在理想和稳态下可自平衡。提出一种基于零序电压注入的中点电压平衡控制方法,通过计算所有关键零序电压对应的中点电流,并从中选择最优的关键零序电压来产生所需的目标中点电流,从而使母线中点电压波动最小。实验结果证明了该控制方法的有效性。     

三相异步电机电流多步预测控制方法

模型预测控制(MPC)具有概念简单、容易处理包含约束条件的多变量控制问题等优点,已成为电力传动领域研究的热点。针对三相异步电机磁场定向控制,研究了基于连续控制集模型预测控制的电流控制方法。首先,以同步坐标系(转子磁场定向)下电压方程为基础建立电机的增广模型,实现了电流无静差预测控制;其次,利用系统闭环极点研究了预测域长度和权重系数的确定方法,并分析了控制方法的参数鲁棒性。无静差是控制方法需要研究的基本问题,讨论了采用增广模型实现无静差预测控制的方法。确定预测域长度和权重系数是MPC设计的主要内容,重点分析了这些参数对系统闭环极点位置的影响,并讨论了这些参数的确定方法。实验结果表明,该方法能够完全替代PI调节器实现异步电机电流控制。     

轨道交通车辆牵引电传动系统的调制与控制策略

针对轨道交通车辆牵引电传动系统,研究适应全速度范围的多模式调制方法以及与之相应的混合控制方法。首先,分析轨道车辆牵引电传动系统的特点,提出与之对应的多模式调制方法。其次,在分析多模式调制方法特点以及改进矢量控制方法存在问题的基础上,提出由矢量控制和转差频率控制构成的混合控制方法。最后,通过仿真和实验验证了多模式调制方法以及混合控制方法的有效性。混合控制方法避免了单脉冲调制模式下的磁场定向和弱磁控制,简化了控制算法,提高了单脉冲调制时系统控制的可靠性。矢量控制和转差频率控制之间的切换方法是混合控制方法实现的关键,本文对该切换方法进行了详细讨论。实验结果表明,该方法能够保证两种控制方法之间的平滑切换。     

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略

为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。     

无差拍直接转矩控制的MRAS参数辨识方法

异步电机的无差拍直接转矩控制方法具有优异的动态、稳态控制性能,但其对参数准确性依赖较高,研究提出了一种适用于该控制算法的参数辨识方法,以提高算法的参数鲁棒性。首先对参数误差对无差拍直接转矩控制性能的影响进行了理论和仿真研究,之后基于模型参考自适应方法(MRAS)提出了一种针对励磁电感和转子时间常数的参数辨识方法。实验证明该方法辨识结果与理论分析相一致,辨识算法的有效性得到了验证。     

基于扩展Kalman滤波器的PMSM高性能控制系统

扩展Kalman滤波器考虑了系统噪声和测量噪声的影响,是一种基于最优控制理论的非线性估计方法.本文提出一种新型的用于永磁同步电机(PMSM)的基于扩展Kalman滤波器(EKF)的状态观测器,可以把有限精度的光电码盘信号的量化误差考虑为测量噪声,从而可以精确观测转子位置和转子转速.电机不需要知道转子初始位置就可以起动.该状态观测器还可以观测负载转矩,利用观测的负载转矩形成对给定转矩的前馈补偿,可以大大改善负载转矩波动过程中的转速控制性能.在轻负载时永磁同步电机定子电流较小,因此电流测量过程中的噪声和干扰对系统性能的影响就非常明显.Kalman滤波器可以有效消除电流测量值中的干扰和测量噪声,提高系统在轻载时的性能.仿真和实验结果验证了该系统的性能.     

采用多绕组高频变压器的新型多电平变换器拓扑及控制策略

提出了一种新型的采用多绕组高频变压器的多电平变换器拓扑。高频变压器与传统的工频变压器相比,在实现隔离的同时可以减小体积和重量。该变换器可以直接实现高压交流-高压交流的变换,也可以实现高压交流-多个低压交流或者直流的变换。通过电路拓扑的改变可以很容易改变输入和输出的电压等级,以适应不同的应用需求。变压器的各个绕组可以通过共同的磁场来实现功率和电压的平衡,不需要额外的功率和电压平衡算法。根据需要,变换器输出可以接不同功率、不同电压等级的负载,应用灵活、容易实现故障冗余。该新型电路拓扑模块化好,控制策略简单,具有很好的应用前景。仿真和实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性。     

一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑

H桥级联多电平逆变器在高压大容量变频调速领域得到了广泛的应用,其最大的不足之处是必须使用庞大、复杂而昂贵的多绕组移相隔离变压器。为了省去传统H桥级联多电平变换器中的多绕组移相变压器,提出了一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑结构。该拓扑由通用拓扑结构派生而来,全部由基本单元级联而成,不需要大量独立直流电源,省去了多绕组移相隔离变压器,具有模块性强、结构简单、易于扩展等优点。和现有的主要多电平拓扑结构相比,随着电平数的增多,使用元件较少,更适合于五电平及以上多电平使用。以五电平拓扑为例进行了研究,分析了其工作原理和悬浮电容电压平衡控制方法,仿真和实验结果验证了其可行性。