永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大、动态响应速度快的优点,在大功率交流传动领域具有明显的优势。对永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,然而通常使用的光电编码器和旋转变压器等机械式位置传感器成本高、体积大、抗干扰能力差,限制了永磁同步电机的推广应用,无位置传感器控制技术是解决这一问题的重要途径。本文对永磁同步电机的无位置传感器控制技术进行了综述,从转子初始位置检测、低速与零速运行控制、中高速运行控制和全转速范围运行控制四个方面对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行了深入阐述和对比分析。最后,对永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展趋势进行了展望。     

用于逆变器分布式控制的切换式环网通信与同步方法

针对并联运行三相逆变器模块分布式控制问题,提出采用高速切换式光纤环网搭建分布式控制网络,每一个逆变器模块作为环网中的一个节点。结合具体的环网通信协议,计算切换式光纤环网一个开关周期内完成数据通信的时间,得出切换式光纤环网的应用范围。为了实现并联运行逆变器模块电流均衡并避免产生环流,采用环网中各节点精确同步的控制策略,使各个子节点产生相同的开关驱动脉冲。提出3种应用于切换式环网的节点同步方法,通过分析3种同步方法的时间延迟和同步精度,得出适合并联运行三相逆变器模块的双光纤环网拓扑结构。该结构简单可靠、同步精度高。搭建了切换式光纤环网实验平台,验证了切换式光纤环网通信时间计算方法和节点同步方法分析的正确性。     

一种LCL滤波器有源阻尼策略与设计方法

针对LCL滤波器的谐振峰特性会导致系统不稳定、中大功率变流器中无源阻尼方法的阻尼损耗会引起严重发热问题,根据LCL滤波器的传递函数和电容支路电流对系统阻尼的影响,提出一种电容支路电流反馈有源阻尼策略和反馈参数设计方法。研究了电容支路电流反馈有源阻尼策略对系统谐振峰增益和开关频率处增益的影响,将该有源阻尼策略和无源阻尼法进行了对比研究,得出电容支路电流反馈有源阻尼控制策略反馈参数的设计方法。对带有LCL滤波器的并网逆变器进行了仿真研究,仿真结果表明这种有源阻尼策略能有效抑制LCL滤波器的谐振峰,降低输出电流在谐振频率处谐波,增加系统的稳定性。     

基于双dq空间的永磁同步电机无位置传感器起动策略

不依赖电机转子位置检测的永磁同步电机流频比控制(IF控制)是一种无位置传感器起动策略,但由IF控制到基于磁链观测器的无位置传感器控制的平滑切换算法比较复杂,且切换瞬间非常容易引起电流的短时高频振荡。针对这一问题,提出一种基于双dq空间的永磁同步电机无位置传感器起动策略,分别在虚拟同步坐标系和转子同步坐标系下建立两个dq空间,在两个dq空间下分别建立电机的状态变量和控制变量,将两种控制策略之间的切换转化为两个dq空间的切换。双dq空间对应同样的三相静止坐标系,从而实现IF控制向磁链估计法的无缝切换。给出了基于双dq空间无位置传感器控制的实验结果,验证了该起动策略的有效性。     

适用于电力电子系统分布式控制的自动转发式环网通信策略

高速环网通信技术是电力电子系统实现模块化与标准化的重要手段之一,传统的转发式环网通信策略消耗时间较长,切换式环网虽然消耗时间缩短,但会在串行序列中引入乱码。针对这一问题,提出一种实现电力电子系统分布式控制的自动转发式环网通信策略,该通信策略省略了繁琐的指令转发过程,大幅度缩短了完成一次采样过程所消耗的时间,提高了环网通信的性能。分析了传统转发式环网通信策略与自动转发式环网通信策略的时间模型,并对两种环网通信策略完成单次采样过程的通信时间进行了定量计算。实验结果验证了所提通信策略的有效性和可靠性。     

中压大容量三重化三电平直流变换器冗余容错控制

三重化三电平直流变换器适用于高压直流输入、大电流直流输出的应用场合,其多模块交错并联组合的特点可有效提高系统工作的可靠性。为了切实体现这一优点,需实现该系统的冗余容错运行。首先从理论上分析交错角对系统冗余容错运行的影响,计算得到交错角的最佳值;继而提出一种电压电流双闭环PI控制加实时调节交错角的冗余容错控制策略,该控制策略依托于变换器的光纤环网通信分布式控制系统,保证了各模块的对等独立和功率均分,实现了变换器的冗余容错运行。最后通过一台MW级样机验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

用于高压电力电子装置的辅助电源的设计

高电压宽范围输入的辅助电源在中大功率电力电子装置中被广泛应用,提出了采用工作在DCM状态下单管反激电路的方案设计高压输入辅助电源,计算了变换器的电路参数;根据输入电压高的特点,优化设计了变压器的变比和二次侧的反射电压,考虑到变压器的绝缘和爬电效应,提出了一种高电压输入变压器的绕制方法;设计了RCD吸收电路,极大地减小了主开关管上关断时的电压尖峰。     

基于估计位置反馈电流解调算法的改进型高频旋转电压注入无位置传感器控制策略

高频旋转电压注入法是一种常用的永磁同步电机零低速区转子位置估计方法,其电流解调通常采用同步轴系高通滤波器（SFHF）算法实现,但不足之处在于,不仅电流解调过程复杂,而且位置估计误差随转速的变化而变化。为此,提出一种基于估计位置反馈（EPF）的电流解调算法。一方面,利用EPF电流解调算法设计高效的位置误差补偿策略,消除转速对位置估计精度的影响;另一方面,采用该电流解调算法后系统具有独立的位置估计环路,通过在位置环采用陷波器（NF）对谐波成分陷波,有效地扩展了位置环闭环带宽,从而提高了高动态加减速工况的位置估计精度。该文回顾传统高频旋转电压注入法的实现过程,详细介绍EPF电流解调算法以及位置估计误差补偿策略,并分析利用NF对位置环带宽进行扩展的原理。最后搭建永磁同步电机实验平台对所提策略进行实验验证。     

多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压方法

针对多电平有源中点钳位逆变器中串联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)存在的不均压问题,提出一种串联IGBT的均压方法。对于多电平有源中点钳位逆变器的每个桥臂,采用单输入、多输出的隔离电源生成钳位电压,跨接在串联工作的IGBT上;同时,在施加钳位电压的位置上添加钳位电容,用于钳位电压的保持,最终实现串联IGBT的动静态均压。由于逆变器换流回路不经过钳位电容,隔离电源只需很小功率即可维持钳位电容电压稳定。所提方法简单可靠、均压精度高且易于工程实现,一方面取消了传统的无源缓冲电路,减少额外损耗的同时降低了成本,另一方面无须引入复杂的主动闭环控制,避免了闭环控制的稳定性问题。最后,通过有源中点钳位五电平逆变器样机对所提均压方法进行了实验验证。     

IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略

用于永磁同步电机低速区的高频信号注入无位置传感器控制算法会产生额外的损耗,而且算法数字运算量较大。针对这一问题,提出一种IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略。在电机低速区采用转速开环、电流闭环的IF控制策略,对IF控制使用的虚拟同步坐标系和转子同步坐标系相位关系进行分析。在电机中高速区采用基于滑模观测器的无位置传感器控制策略,在滑模观测器中采用正弦型切换函数,改善了滑模运动的抖振问题。通过合理设计过渡状态,实现了两种控制策略的平滑切换。在一台三相永磁同步电机上对所提复合控制策略进行了实验验证。