基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。     

组合开关状态的NPC三电平模型预测不平衡治理策略

三相四线制中点钳位(NPC)三电平不平衡补偿装置中点电压均衡会导致零序电流补偿不足,影响不平衡治理效果。为解决这一问题,提出组合开关状态的三电平模型预测不平衡治理策略,分析不同类电压矢量开关状态零序电流补偿与中点电压均衡的关系。并根据各类开关状态补偿零序电流能力,组合全零矢量、短矢量和中矢量13种开关状态进行模型预测不平衡治理。仿真对比不同组合开关状态在中点电压均衡前提下零序电流补偿能力,并采用所提出的开关状态进行不平衡治理。结果验证了组合开关状态控制的有效性和准确性。     

一种改进的有源电力滤波器模型预测电压控制

此处提出了一种改进的有源电力滤波器(APF)模型预测电压控制(MPVC)。将模型预测电流控制(MPCC)价值函数中APF提供的补偿电流转换为逆变器输出电压,以减少逆变器输出电压代入APF的离散化数学模型的计算次数。为了减小价值函数滚动优化次数,并简化算法,提出的控制根据空间矢量脉宽调制(SVPWM)的扇区判断思想,缩小备选电压矢量范围。在价值函数中加入开关频率控制环节,以降低开关频率,减小开关损耗,实现对谐波电流和开关频率的多目标控制。仿真结果和实验结果表明:相对于APF MPVC,改进的APF MPVC的APF开关频率更低,稳态精度更高。     

基于SVPWM的NPC三电平逆变器简化MPC算法

NPC（二极管中点钳位型）三电平逆变器的传统控制方法由于零矢量参与调制或滚动优化,无法有效降低CMV（共模电压）,且计算量大。针对上述问题,提出了一种基于SVPWM（空间矢量脉宽调制）的简化MPC（模型预测控制）算法。首先归一化控制输出电压,通过符号判断和逻辑运算确定所在扇区,将单个周期寻优的27个矢量降阶为10个,解决了计算复杂问题。然后,构建包含中点电位偏差、CMV抑制和开关频率在内的多目标优化函数,滚动寻优最佳矢量作用逆变器,实现CMV的最小化,且开关频率保持恒定。最后,实验验证该方法在相同的硬件条件下能以较少的时间控制多个目标,实现资源的最大化利用。     

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

一种优化三电平ANPC逆变器的MPC策略

针对三电平逆变器存在的中点电压波动,器件损耗不平衡等问题,提出了一种用于改善三电平有源中点钳位型逆变器(ANPC)中点电压平衡,系统响应速度等性能的模型预测控制算法。该算法基于Lyapunov函数的电压模式控制,利用逆变器功率开关的离散行为,设置开关状态控制器预选择电压矢量,利用优化后的开关状态矢量集来控制逆变器的功率开关。在MATLAB/Simulink环境中搭建了三相三电平ANPC逆变器模型,同SVPWM算法比较更好地平衡了中点电压和减少谐波含量,同时使计算速度提高了17.37%,总谐波失真降低了22.33%。验证了所提策略的有效性和合理性。     

基于模糊控制的永磁同步电机动态有限状态集模型预测转矩控制

永磁同步电机传统有限状态集模型预测转矩控制一般采用逆变器生成的全部电压矢量,并且电机在任何运行状态下,备选电压矢量集合均固定,从而使得转矩脉动大和计算量较大.基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩变化的作用规律,采用模糊控制器动态确定备选电压矢量集合.模糊控制器输入为定子磁链和转矩误差,输出为3个备选电压矢量的幅值和角度.仿真结果表明与传统固定有限状态集相比,其可有效减小磁链和转矩脉动,减小了模型预测转矩控制的运算量,但平均开关频率有所增大.为了减小平均开关频率,将零电压矢量也作为备选电压矢量之一.仿真结果表明:使用零电压矢量可有效减小平均开关频率,但动态下转矩响应较慢.为了提高转矩动态响应,提出当系统处于动态时,备选电压矢量只使用模糊控制器输出的3个电压矢量,仅当系统处于稳态时,才加入零电压矢量.仿真结果表明:该策略使得系统控制性能基本保持不变,提高了转矩动态响应速度,并消除了动态下磁链和转矩脉动.     

基于扇区判断的三电平APF多目标模型预测电流控制

有源滤波器是改善电网电能质量的关键设备之一。针对三电平有源滤波器传统模型电流预测控制方法中滚动优化次数多,程序运行时间长,开关损耗高的问题,研究了一种基于扇区判断的三电平有源滤波器多目标模型预测电流控制方法,首先对参考电压进行扇区的判断,然后再确定所在扇区的最优开关状态子集,以此进行滚动优化,同时考虑开关损耗的问题,在价值函数中引入平均开关频率约束。该方法不仅可以减少程序运行时间,同时在不影响补偿效果的情况下降低了平均开关频率。最后通过仿真和实验验证了所研究方法的正确性和有效性。     

三电平ANPC逆变器中点电压平衡和开关损耗减小的SVM控制策略

有源中点钳位型拓扑通过选择冗余开关状态和不同的电流通路能够有效控制器件的损耗平衡。论文对三电平有源中点钳位型逆变器中点电压平衡和开关损耗减少的控制策略进行研究,提出一种中点电压平衡和减小损耗的三电平空间矢量调制方法。将虚拟中矢量重新定义,新的虚拟中矢量由原中矢量和邻近的两对小矢量合成,因此参考矢量在空间矢量图的任何区域都有两个成对的正负小矢量参与合成,其中一个优先用于控制中点电压的平衡,另外一个可以用于其他控制目标。在每个开关周期内根据中点电压波动和开关序列选择合适的小矢量,在控制中点电压平衡的基础上有效地减小了器件的开关损耗。最后搭建三电平ANPC逆变器仿真和实验平台对提出的控制策略进行验证,实验结果表明了控制策略的有效性。     

三电平ANPC逆变器中点电压平衡控制策略

针对三电平有源中点箝位型逆变器存在中点电压偏移的问题,提出了一种改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)中点电压平衡控制策略。该策略对逆变器的三相桥臂分别进行控制,并根据采样得到的中点电压和三相电流的大小及方向,动态微调每个开关周期内各相开关序列零状态的占空比,从而改变直流侧电容的充放电时间,减小输出电流对中点电位的影响,达到控制中点电压平衡的目的。该控制策略使用和传统的SVPWM一样的矢量分区方法和脉冲开关序列,所以没有额外地增加矢量分区的复杂度和器件的开关损耗。最后搭建了三电平有源中点箝位型逆变器的仿真模型和实验平台对提出的控制策略进行了验证,仿真与实验结果证实了所提控制策略的有效性与可行性。     

Discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive control for three-level voltage source inverters

This paper proposes a discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive controller for three-level neutral-point-clamped inverters in grid-connected applications. The proposed strategy is based on cascaded model predictive control (MPC) for controlling the grid current while maintaining the capacitor voltage balanced without weighting factor. To enhance the closed-loop performance, the external MPC evaluates 19 basic and 138 virtual vectors (VV) of the proposed space vector method. The optimal control voltage is then selected using an extended deadbeat method to reduce the execution time of the proposed control algorithm. By using the discrete space vector modulation principle, the VV are synthesized based on switching sequence (SS) and are divided into negative and positive SSs considering their impact on the neutral point (NP) potential. The inner MPC evaluates both types of SSs and selects the one that keeps the capacitor voltage balanced. Various controllers are evaluated and compared against the proposed control strategy. The results show that the proposed strategy improves performance without weighting factor, while maintaining a total harmonic distortion of current to be less than 2%. Compared to the modulated MPC which provides the same fxed switching frequency, the proposed controller reduces the computational burden by over 50% while also providing better NP voltage balance accuracy     

具有共模电压抑制能力的PMSM混合模型预测转矩控制

模型预测控制(MPC)动态性能优越、抗扰动能力强,但零电压矢量的使用可引起较大的共模电压,产生轴电流、电磁干扰等问题。基于等效零矢量的多矢量合成MPC虽可抑制共模电压,但需在同一周期使用多个有效矢量,导致开关频率高、系统效率低。因此,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)的混合模型预测转矩控制(MPTC)策略,针对不同幅值的参考电压,分别使用虚拟矢量和多矢量合成2种电压矢量生成方式,可用较低的平均开关频率实现共模电压抑制,并保证良好的动、静态转矩控制性能。此外,通过改变控制模式的切换条件,可实现开关频率和转矩脉动的灵活切换。最后,仿真验证了所提方法的有效性。     

永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动较大的问题,提出磁链和转矩无差拍控制。建立了基于定子磁链坐标系的永磁同步电机磁链与转矩变化量简化计算模型,验证了简化模型的可行性,给出了基于简化模型的磁链和转矩无差拍控制计算过程,并采用空间矢量调制技术(DB-SVM)与模型预测控制技术(DB-MPC)实现无差拍控制。为了降低开关频率,提出一种将空间矢量调制与模型预测控制相结合来实现无差拍控制的方法。仿真结果表明:该方法可在保证系统良好运行同时,有效降低开关损耗与转矩脉动。     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。     

一种基于模型预测的永磁同步电机直接转矩控制策略

针对传统直接转矩控制(DTC)方法中电压矢量切换时间不固定以及电压矢量切换点受限于滞环宽度等问题,将模型预测控制(MPC)应用于永磁同步电机(PMSM)DTC系统,提出了一种优化的电压矢量预测选择方法。一方面,将预测的定子磁链和电磁转矩送入相应的滞环控制器,从电压矢量有限集中选择合适的电压矢量以确保预测的磁链和转矩分别在各自的滞环内;另一方面,引入代价函数和优化策略,选择不同情况下相应的最优电压矢量,且可以同时考虑电流保护等额外的控制目标。在一台凸极PMSM驱动平台上对所提出的控制策略进行了试验验证。试验结果表明,所提出的控制策略能够有效地将转矩控制在滞环内,验证了该策略的有效性。     

混合钳位式双PWM三电平变频调速系统

以电动机磁链定向调速系统为研究对象, 提出了一种混合钳位式双PWM三电平变换器的电路拓扑, 由于混合钳位式三电平变换器的开关状态由普通二极管钳位式的27个增加到64个, 本文提出了通过检测的悬浮电容电压和直流侧电容电压差值来实现冗余矢量的优化方法, 确保了直流电容电压的平衡, 实现了系统的四象限运行.并设计了基于DSP和CPLD的控制电路和主电路,通过实验验证了所提算法的有效性和实用性.     

永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动抑制研究

针对直接转矩控制系统不合理转矩脉动问题,依据永磁同步电机直接转矩控制理论,提出了基于12定子磁链扇区和12电压矢量的控制策略,分析了不同电压矢量在不同定子磁链扇区内对转矩的作用,给出了不合理转矩脉动产生的原因,并提出了一种新颖的开关表.理论分析和仿真结果表明这种控制策略可以最大程度上减小不合理转矩脉动范围.     

新型的三电平逆变零序注入与优化

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式控制三电平中点钳位(NPC)逆变器中点电位时需调节每个小扇区中冗余小矢量的作用时间,实现过程繁复。在CWPWM方式下,首先通过状态平均法推导出了每个开关周期内中点电位和零序电压之间的关系,并据此构建新颖的中点电位分段控制模型,在此基础上通过设定中点电位阈值并引入滞环,对注入的零序分量进行了优化,实现了在兼顾中点电位控制的同时有效地降低开关损耗。仿真和实验进一步验证了所提优化控制策略的有效性。     

一种改进型永磁同步电机模型预测电流控制方法

传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题,因此在传统MPCC的基础上,提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期,并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数,来评估两个周期内的最优电压矢量,使相邻周期最优电压矢量尽量相同,从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,相比于传统MPCC,所提方法在相同的控制频率下,可以有效降低开关频率。此外,在开关频率近似相等的情况下,所提方法可以有效改善电流控制性能。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。