双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

基于储能型开关电感准Z源逆变器的模型预测控制

针对传统准Z源逆变器(quasi-Z-Source Inverter,QZSI)升压能力和功率协调控制能力的不足,本文提出将储能电池与开关电感型QZSI相结合构成储能型开关电感QZSI(Energy-Storage Switched-Inductor QZSI,ES-SLQZSI),提高了系统升压倍数和功率协调能力,并针对ES-SLQZSI系统,提出一种基于有限集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)结构的功率控制策略,在单级变换系统中实现了最大功率点追踪(MPPT)和并网功率控制。建立了ES-SLQZSI的离散时间模型,基于此模型设计预测函数与代价函数。然后,设计光伏功率MPPT模块和输出功率管理模块。相比于传统多级结构的储能光伏系统,该系统结构简单,无需额外的DC-DC变换器;相比于传统双环PI PWM控制策略,该方法简单易行,所需PI控制器少,无需PWM调制器;动态响应速度优良,适合被控变量较多的非线性系统。仿真结果验证了控制策略的有效性。     

一种增强型Z源逆变器的研究

针对在低功率因数以及Z源电感值较小的情况下,Z源逆变器二极管电流断续引起的直流链电压畸变的问题,研究了一种电容辅助增强型准Z源逆变器。深入分析Z源逆变器非正常工作状态产生的原因,利用Matlab/Simulink对电容辅助增强型准Z源逆变器和传统准Z源逆变器进行仿真分析。仿真结果表明,在低功率因素及Z源电感值较小的运行条件下,该增强型Z源逆变器可较好地解决直流链电压畸变的问题,有效改善逆变器输出电压的质量,简化Z源电感的设计。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

基于准Z源有源功率解耦的改进调制策略

为了抑制直流侧存在的二倍工频(2ω)脉动,传统单相准Z源通常需要设计庞大的准Z源阻抗网络,针对此问题,研究一种基于准Z源的有源功率解耦方法来抑制其二倍工频脉动。首先,通过状态空间平均法建立了有源功率解耦型准Z源拓扑的工作模型,分析了不同工作状态对解耦电路元件参数选取的影响,据此提出一种改进的调制策略以减小解耦电路电感电流波动。其次,采用主电路双环控制和基于PR控制器的解耦电路控制实现二倍工频解耦。最后通过仿真验证了结论。结果表明:改进调制策略后能有效地降低准Z源阻抗网络和解耦电路电感电流波动,准确完成二倍工频功率解耦,且有效地降低了直流链电压的波动,提高了逆变器运行稳定性。     

交直流配电网系统中准Z源网络的小信号模型分析与验证

配电网中Z源网络的引入可以灵活控制电压的输出,实现高效率的电能变换。为了详细分析准Z源网络拓扑的模型特征,利用状态空间法和小信号建模方法提出、分析并验证了一种应用于配电网中准Z源网络的小信号模型特征。首先,利用状态空间法推导了准Z源网络的数学模型;然后,利用小信号模型对准Z源网络进行暂态分析,并得出电感电流和电容电压传递函数。另外,详细分析了两种传递函数的零、极点分布情况,并得出了系统稳定性变化的特征。最后,利用MATLAB/Simulink软件仿真的结果和物理样机试验验证了所提方法的有效性。     

单相储能型准Z源逆变器的建模与系统参数设计方法

单相储能型准Z源逆变器(ES-qZSI)不仅能够在单级系统中同时实现升压和逆变的功能,而且能够平抑光伏输入功率的波动,但其直流侧存在二倍频纹波,这极大地影响了其性能。为了将二倍频纹波限制在允许的范围内,需要对系统参数进行优化。首先,基于状态空间平均法求二阶导数建立了含储能支路的单相ES-qZSI的二倍频分量模型。然后,依据建立的模型分析了各系统参数值对二倍频纹波的影响。最后,提出了抑制二倍频纹波的系统参数设计方法。仿真和实验结果证实了模型的准确性和系统参数设计方法的有效性。     

寄生参数对TΓ混合型阻抗源逆变器的影响

研究寄生参数对一种TΓ混合型阻抗源逆变器(TΓ-qZSI)的影响。首先分析在寄生参数条件下逆变器的电压、电流关系,推导出寄生参数条件下逆变器升压比与效率之间的关系。计算在寄生参数条件下逆变器主要元器件的功率损耗,及各部分损耗所占比重。并借助逆变器工作效率关系式,合理分析变换器中主要器件的寄生参数对整个电路性能的影响,从理论层面有效指导逆变器的参数设计,更合理地选择器件。最后制作1 kW样机并上电测试,实验结果成功验证了理论分析的正确性。     

抽头电感准Z源逆变器

提出一种高升压比的单级升压逆变器,它在传统准Z源逆变器拓扑中引入抽头电感无源网络,因此称为"抽头电感准Z源逆变器"(tapped inductor quasi-Z-source inverter,TL-qZSI)。该抽头电感无源网络包括一个抽头电感和两个二极管,替代了原准Z源逆变器中的一个电感。类似于抽头电感Z源逆变器(tapped inductor Z-source inverter,TL-ZSI),所提出的逆变器也能提供高升压能力,但比TL-ZSI略低些。分析电路的工作机理、升压能力和控制策略,讨论设计上的考虑。最后通过基于简单升压控制方法的实验结果验证该拓扑的实际性能。     

级联多电平准Z源逆变器的无差拍并网控制策略

以单项级联准Z源逆变器为研究对象,以提高动态响应速度和减小并网电流总谐波畸变率为研究目标,提出一种总分式无差拍并网控制策略。首先,针对级联型准Z源逆变器各模块输入功率有差异的特点,定义模块功率比例因子并将其应用于模块功率控制,实现各模块差异化功率分配和最大功率输出,并实现各模块直流链电压平衡。其次,建立并网电流与系统反馈状态量模型,采用无差拍控制策略实现并网电流快速控制。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。