T型三电平逆变器无差拍电流预测和中点平衡控制方法

根据T型三电平逆变器的特点,提出一种新型无差拍预测控制方法。和传统无差拍方法相比,该方法能够提高电流跟踪的速度和精度,在相同开关频率下可使输出并网电流畸变减少。为了进一步解决T型三电平逆变器固有的中点不平衡问题,提出一种新型SVPWM调制策略实现中点平衡控制。在分析T型三电平逆变器模型的基础上,根据上侧电容和下侧电容电压的差值,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。实验结果验证了所提出的新型无差拍控制和SVPWM调制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

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。     

三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法

针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。该方法根据参考矢量的空间位置,让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线评估。对于三电平三相逆变器,快速有限控制集模型预测控制方法使参与计算的电压矢量由27个减少到12个,大大提高计算效率。最后,建立起5 k W二极管钳位型三电平三相逆变器实验平台。对于传统有限控制集模型预测控制和快速有限控制集模型预测控制进行对比稳态和动态实验。实验结果表明:所提出快速有限控制集模型预测控制方法使系统具有良好的静、动态性能。     

单相三电平并网逆变器多状态模型预测控制研究

单相三电平逆变系统中,传统有限控制集模型预测控制在较低的采样频率下无法保证输出电能质量。针对这一问题,提出一种多状态虚拟矢量模型预测控制方法。在单个控制周期内,输出多个开关状态,以提高并网电流的电能质量。建立了逆变器预测模型,根据预测矢量初步筛选一组开关状态,每个开关状态的作用时间由所设计的电流代价函数确定。为有效平衡直流母线电压,设计均压代价函数,进一步调整开关状态,得到最终输出到逆变器的开关状态序列。搭建仿真系统并进行了仿真分析,结果验证了所提控制策略的有效性,并网电能质量得到有效提高,直流母线电压波动小。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

T型三电平逆变器的并网电流D-Σ数字控制算法

为了提高T型三电平逆变器的并网电流质量,加快并网逆变器系统的动态响应速度,提高稳态控制精度,研究一种基于D-Σ数字控制的并网电流控制方法。根据T型三电平逆变器的单相等效电路,建立T型三电平逆变器的暂态数学模型,深入分析D-Σ数字控制原理,提出电网中性点与直流侧中点之间共模电压的预估方法,对比分析D-Σ数字控制与传统无差拍控制的动静态性能。通过仿真和实验研究证明了D-Σ数字控制的有效性和共模电压预估的正确性,充分展示了该算法优良的动静态性能。     

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。     

中点钳位型三电平并网逆变器有限集最优预测控制

详细推导了中点钳位型三电平并网逆变器的状态空间模型,并在此基础上提出了一种有限集最优预测(finite set optimal predictive,FSOP)控制方法。该方法将三电平并网逆变器的27个开关矢量组成一个有限集,然后在有限集中选择使罚函数最优的开关矢量,其中的罚函数是由输出电流误差、中点不平衡电压和器件开关次数组成的加权和。文中给出了FSOP控制方法的流程图,并通过仿真和实验评估了该方法的控制性能。仿真和实验结果表明:与传统方法相比,FSOP控制方法的控制目标灵活,通过调整罚函数的加权系数就可以灵活方便地优化逆变器的综合性能;FSOP控制方法避免了传统方法中控制器加调制器的级联结构,在跟踪输出电流参考信号、平衡中点电压方面具有较快的响应速度。     

NPC型三电平并网逆变器模型预测功率控制研究

根据NPC型三电平逆变器的特点,本文提出一种新型模型预测功率控制,可以提高电流跟踪的速度和精度。首先对NPC型三电平逆变器进行建模,然后在两相静止坐标系下建立预测功率的模型,在此基础上提出了模型预测直接功率控制。该方法用电压矢量作为基本控制矢量,利用电压矢量误差最小的价值函数实现功率控制。并针对实际系统中存在延迟的情况,设计了延时补偿的控制方法。为了进一步解决NPC三电平逆变器的中点不平衡问题,通过侧电容和下侧电容电压的差值,通过选择小矢量实现中点电位平衡控制,实验结果验证了本文提出的新型模型预测直接功率控制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统

研究了基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统。采用开关周期平均建模法,在dq0旋转坐标系下建立了三相电压型逆变器并联系统的状态空间模型,并以此为基础构建了三相电压型逆变器并联控制系统的预测模型;选定并联系统输出电压与参考电压的差值及各逆变器输出电流之间的差值构建控制系统的优化性能指标,通过滚动优化操作,实现了三相电压型逆变器并联系统的预测控制。仿真及实验结果表明,所构建的基于预测控制的三相电压型逆变器并联系统能够在不同负载条件及逆变器投切等工况下实现系统输出电压的跟踪及负载电流的均分,同时也具有良好的鲁棒性及自适应性。     

基于合成中矢量的三电平中点平衡预测控制

中点电位平衡问题是三电平逆变器的固有问题。首先由T型三电平逆变器的拓扑结构出发,分析了三电平逆变器矢量调制模型,但由于中矢量的影响,在低功率因数时小矢量调节能力有限。在此基础上提出了一种基于合成中矢量的三电平中点电位平衡预测控制方法,通过采用相邻的两个大矢量合成中矢量,从而消去中矢量对中点电位的影响,然后建立母线电容两端电压差的预测模型,进而选择开关矢量序列控制逆变器,从而达到中点电位在任意功率因数条件下的动态平衡。最后,通过实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

T型三电平并网逆变器有限集模型预测控制快速寻优方法

三电平变流器控制系统采用有限集模型预测控制(FCS-MPC),滚动优化需要遍历所有开关状态,针对其导致处理器运算量增加、处理时间长的问题,提出一种T型三电平并网逆变器优化计算量的FCS-MPC方法.通过构建基于电压预测的单目标代价函数,避免设计权重系数问题,减化单次寻优的步骤;根据直流母线电位分布选择冗余小矢量,实现中点电位平衡,使每个控制周期的预测次数减小至3次,提高寻优效率.有限控制集在预测过程中将所包含矢量的加权误差二次方最小作为依据划分,并利用矢量角补偿系统延迟,提高预测精度,使并网电流质量得到改善.搭建基于RT-Lab的功率硬件在环仿真系统和物理装置验证所提控制策略,实验结果验证了所提理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

5kW单相光伏逆变器的系统设计

研究了单相光伏逆变器的系统设计,采用三电平半桥技术解决了单相光伏逆变器的共模电压问题;系统分析了单相三电平光伏逆变器的模型与控制方法;提出了一种基于馈网电流的三电平电容中点电压控制方式,成功解决了中点电压不平衡问题。通过仿真和样机实验分别对5 kW单相光伏逆变器的系统设计进行了验证。     

感应电机准无差拍模型预测电流控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器驱动的感应电机模型预测电流控制,为了缩短其在线优化耗时、提高控制性能,提出了一种感应电机准无差拍模型预测电流控制策略。建立感应电机数学模型,对电流未来值进行预测。利用无差拍原理求出给定电压,选取给定电压所在小扇区的电压矢量,建立目标函数进行滚动优化,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器未来输出状态。同时引入全阶闭环磁链观测嚣,提高磁链观测的准确度;进行系统延时补偿,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,基于此种控制策略的调速系统,计算耗时小,转矩和电流动静态性能优良。     

混合有源中性点箝位型七电平逆变器及其控制策略

为了减少开关器件数量、提高效率、降低逆变器体积,本文提出了一种新型混合有源中性点箝位型七电平逆变器拓扑。该逆变器的每相桥臂由一个T字型三电平拓扑和一个有源中性点箝位型三电平拓扑两部分组成,通过与有源中性点箝位型和层叠式多单元的七电平拓扑的对比,可以发现所提出七电平拓扑具有开关器件少、损耗低和控制策略简单等优点。首先对逆变器的电流传输路径及其工作模态进行了分析,阐述了七电平空间矢量调制的基本原理,使用选择冗余矢量的方法设计了可同时控制悬浮电容电压和中性点电压的综合控制器。最后使用搭建的仿真和实验平台,在不同调制度和功率因数条件下进行了仿真和实验研究,验证了所提出拓扑和控制策略的可行性与有效性。     

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SAADR-PI的NPC三电平容错光伏并网逆变器FCS-MPC策略

为使并网逆变器在故障重构后仍向电网输送高质量电能,针对中性点钳位三电平逆变器容错拓扑,提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的有限控制集模型预测控制策略。首先,在直流侧电压控制环节引入自适应自抗扰比例积分控制器,以提高系统动态响应速度,增强系统鲁棒性能;然后,利用基于参考电压构造代价函数的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪,并在代价函数中引入直流侧电容电压和开关频率约束项,以抑制中点电压不平衡问题,降低开关损耗;最后,在Matlab/Simulink中建立光伏并网系统模型并进行时域仿真。仿真结果表明,所提策略在稳态及光照阶跃变化时,直流侧电压调节具有更快的动态响应和更平滑的瞬态性能,且并网电流谐波含量低、波形质量好,可保证故障后依然能向电网输送高质量电能。     

三相T型逆变器有限控制集模型预测控制策略

LCL滤波器的三相三电平并网逆变器预测控制研究较少,预测模型搭建复杂,计算量大.基于逆变器侧滤波电感三相电流搭建预测模型,可将逆变器数学模型由三阶降为一阶,并用逆变器状态函数计算得到的电流值替换电网侧电感电流传感器测试值,减少系统采样设备.在此模型基础上,首先利用有限控制集模型预测控制算法,其次对参考电压矢量空间角度做...     

基于多物理场耦合的并网逆变器容错控制研究

容错技术是多电平并网逆变器系统可靠运行的关键。针对桥臂故障此处提出了一种三电平混合FC+T型逆变器硬件容错结构,并提出一种应用于混合结构的多目标优化模型预测容错控制方法。该控制方法能够有效减小直流侧中点电压波动,并通过基于多物理场的协同仿真分析方法验证了该容错结构和控制策略的有效性。实验结果表明,重构后的三电平混合FC+T型逆变器在实现低谐波和中性点电位平衡控制的同时,功率损耗和结温也低于故障前的T型桥臂,实现了稳定容错运行。     

三电平逆变器有限开关序列模型预测控制策略

针对三电平有源中性点箝位(ANPC)逆变器采用模型预测控制(MPC)策略时存在开关频率不固定和采样频率较高的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测控制(FSS-MPC)策略。该策略将控制集确定为10组开关序列,构建了包含中性点电压偏差的目标函数,通过滚动优化确定最优开关序列,从而控制中性点电压平衡和减小开关器件损耗。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。