动态电压恢复器的谐波补偿数字控制技术

为了使动态电压恢复器(DVR)可以补偿低次谐波电压,克服数字控制对系统性能的影响,提高其电压补偿效果,提出了一种电压外环基波比例谐振(PR)控制和电感电流内环指定次谐波PR控制的双闭环数字控制策略。重点分析了虚拟LC法和阶跃响应不变法对PR控制器的离散化效果,采用了更为直接的数字设计方法,并对离散域下基波PR控制器和指定次谐波PR控制器进行了详细的参数设计,避免了采样、计算延时等对稳态误差和动态响应特性的影响。在理论分析的基础上开发了11k V·A的DVR样机,并进行了相应的测试,实验结果表明,DVR样机能够满足敏感负载对电压质量的要求,数字控制系统也具有良好的动态响应特性。     

数字控制对并网逆变系统稳定性和动态性能的影响

详细分析了模拟控制和数字控制中采样过程、零阶保持、滞后一拍控制对系统稳定性和动态性能的影响。分析结果表明随着数字控制各环节的引入,系统产生了明显的控制延时,导致系统闭环特征方程的阶次升高,不仅减小了系统的临界稳定增益,而且还使系统的动态性能变差。为此采用预测控制来消除数字控制延时造成的影响。最后,将数字比例控制和预测控制应用到由DSP芯片控制的逆变器样机中,通过对比2种控制系统输出电压和电流的动、静态波形,验证了分析结果的正确性。     

控制延时对虚拟同步机全局稳定性的影响分析

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可使并网逆变器模拟传统同步发电机运行,应用前景广阔。VSG控制依托数字控制技术实现,存在数字控制固有的控制延时问题,制约系统的响应特性和控制精度,影响系统的稳定性。现有研究多局限于分析数字控制延时对控制系统局部稳定性的影响,鲜有文献涉及延时对系统全局稳定性的影响。研究了一种基于状态空间建模和灵敏度分析的逆变器延时稳定性分析方法。首先,建立基于VSG控制的逆变器全阶状态空间模型,包括数字控制延时、内部电压电流控制环、基于VSG控制的功率外环以及物理环节;然后,借助特征值和灵敏度分析,评估控制延时对系统全局稳定性的影响。在此基础上,给出使系统稳定的临界延时时间。仿真和实验结果验证了文中理论分析的正确性,文中所述方法可以为逆变系统参数设计提供理论参考依据。     

基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(WAC)控制因其对LCL型并网逆变器固有的降阶特性而备受关注,通过对逆变器控制系统的环路增益进行零极点对消,达到将三阶系统降为一阶系统的目的。但是,传统WAC控制未充分考虑数字控制延时对系统造成的影响,数字控制延时的存在导致系统无法进行理想降阶,并网逆变器对弱电网的鲁棒性较差。鉴于此,提出了一种基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性WAC控制策略,在耦合点电压前馈通道引入一阶高通滤波器,进而对系统反向谐振峰进行完全补偿,以提高并网逆变器对弱电网的适应性。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。     

基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究

该文首先比较了逆变器模型与直流电机模型的相似性，提出逆变器的控制可以借鉴直流电机的双闭环控制方法。然后针对输出电压的交叉反馈作用，采用了控制对象的解耦，消除了输出电压对内环的影响，简化了问题。数字控制具有很多优点，但是它引入的采样延时和计算延时对系统的性能影响很大。为了提高控制的实时性和鲁棒性，建立了基于改进z变换的状态观测器和扰动观测器，合理设计其极点，可以得到无差拍观测器，并在此基础上实现内环电容电流的无差拍控制。考虑内环的快速性，外环可以采用简单的比例调节器，从而整个数字双环控制系统的设计非常简单。最后，实验证明这种方法可以保证良好静态和动态性能，在非线性负载下，也能得到良好的输出电压波形。     

基于等效基波及奇次谐波谐振器组的单相动态电压恢复器控制

为提高单相动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)的补偿性能,提出一种基于等效基波及奇次谐波谐振器组的数字控制方法。采用可等效为一组谐振器的延时模块,能够有效抑制电网基波和谐波扰动。给出一种包含两个控制参数和一组零相移陷波滤波器的结构及其设计方法,使系统在保证稳定性的同时,获得较大的谐振增益。其中,延时环节衰减系数可增加谐振器组鲁棒性;控制器比例增益可解决零相移陷波器中使用延时带来的问题;零相移陷波器组既能对消LC谐振峰,也能解决等效谐振器组高增益在高频处的稳定性问题。同时,引入电源电压和负载电流双前馈来保证响应速度,增加了对扰动的抑制能力。所提控制策略结构简单,谐波补偿能力强,动态响应快,易于实现。在2kW单相DVR实验装置上的实验结果验证了该控制方法的正确性。     

基于LCL滤波的vienna拓扑三相整流技术研究

vienna拓扑整流器具有低开关损耗、三电平电压波形等优点,适于提高系统功率密度。为进一步提高功率密度,将LCL滤波器引入到三相vienna拓扑整流器前端,分析了不同电流反馈下,系统控制系统数字延时对系统稳定性的影响。基于vienna整流器相比普通三相整流器能工作于更高的开关频率的特点,提出利用DSP固有的数字控制的延时特性,在保持一定开关纹波衰减的情况下,合理设计LCL滤波器谐振频率,达到保持系统稳定和减小滤波器体积的目的。最后通过仿真和实验验证了理论推导和分析的合理性。     

LCL型并网逆变器重复双闭环控制方法

并网逆变器需要具有较高的稳态控制精度、快速的动态响应性能以及较强的抗干扰能力。而传统单环重复控制方法动态特性较差,基于逆变侧电流反馈的重复双闭环控制方法和网侧电流反馈单环控制方法纹波较大,稳态精度不高。因此,提出了一种基于电网电流反馈内环和重复控制外环的双闭环控制策略。利用数字控制固有的一拍延时特性,设计了控制系统内环,实现LCL滤波器的稳定控制;根据内环闭环传递函数特性,设计了相应陷波器、二阶滤波器以及超前环节作为控制系统外环;同时,引入了给定前馈和电网电压前馈控制环节来抑制电网电压对系统的影响,以增强系统的动态性能。理论分析和实验结果表明,该方法使LCL型并网逆变器具有稳态精度高、动态性能好以及抗干扰能力强的优点。     

自抗扰控制器在动态电压恢复器中的应用

为了提高动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)系统的动态性能和鲁棒性,根据自抗扰控制器(ADRC)的原理设计了DVR自抗扰控制方案.自抗扰控制器的设计不需要精确的DVR参数和数学模型,将电网电压和负载电流视为系统的未知干扰,用扩张状态观测器对未知扰动进行观测,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,使系统的控制律今与系统的给定输入和输出有关,减少了控制过程中的检测量,将复杂的控制过程加以简化.仿真和实验表明,自抗扰控制器对系统模型的不确定性和外扰具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能.     

动态电压恢复器比例谐振控制

针对动态电压恢复器(DVR)的快速和精确电压补偿问题,提出一种基于比例谐振控制的DVR双环反馈控制策略,电压外环将电容电压和指令输出电压比较,得到的电压偏差信号经过比例谐振控制器,控制器输出信号交给电流内环处理,而电流反馈内环采用简单比例控制以保证系统的快速性.将比例谐振控制器应用于DVR输出补偿电压控制策略中,可实现对指令补偿电压信号的无静差跟踪.在比例谐振控制器频率特性分析的基础上,详细分析离散域下引入控制延时的DVR反馈环控制系统.分析表明电流内环具有可靠的稳定性,作用于电压外环的比例谐振控制保证了系统的稳态精度,以及对负载电流的抗干扰能力,整个控制系统具有良好的动态和稳态性能.仿真结果验证了理论分析的正确性和所设计方法的有效性.