低开关频率下双三相感应电机矢量控制策略

双三相感应电机以其自身特有的优点,特别适用于轨道交通等低压、大功率、可靠性要求高的应用场合。在大功率牵引传动系统中,因开关损耗和散热条件等限制,逆变器的最高开关频率通常不超过1kHz。根据多模式调制的特点,提出低开关频率条件下双三相感应电机矢量控制策略,主要包括磁链观测、基波(αβ)平面电流调节器、谐波(xy)平面电流调节器、相位调节器以及磁场定向校正策略。此外,针对方波工况下电压幅值无法调节问题,提出方波工况下的改进型矢量控制策略。通过仿真系统和小功率实验平台,验证了所提出的低开关频率下矢量控制策略的正确性和可行性。     

有轨电车永磁牵引系统PWM调制策略研究

有轨电车永磁牵引系统具有功率大、功率器件开关频率低的特点,为解决其不能全程异步调制、低次谐波大的问题,研究了一种基于中间60°同步调制的多模式PWM调制策略。有轨电车永磁牵引系统在应用矢量控制的基础上,通过采用多模式PWM调制策略,实现了全速度范围内从异步SPWM调制、同步SPWM调制、中间60°同步调制和方波调制之间的平滑过渡,输出电流畸变率小于18%,有效降低了电流谐波。现场实验结果表明,该方法具有良好的实用性和有效性。     

电力机车牵引传动系统的多模式调制策略及切换方法研究

针对交流电力机车牵引传动系统开关频率低的特点,研究了牵引系统的多模式脉宽调制策略以及不同调制策略之间的切换方法,实现了电机控制算法和多模式调制策略的统一框架设计。根据不同调制模式的特点,提出了一种由异步调制切换至同步SVPWM再到同步SHEPWM调制直至方波调制的多模式PWM调制策略;针对不同调制模式在切换过程中出现的问题,使用了一种三相同步的切换方法;为避免电机控制算法和多模式脉宽调制策略之间存在的相角匹配问题,提出了可以简化算法实现复杂程度的统一框架设计方法,并论述了在低采样率下电流调节器和磁链观测器的设计过程;最后,在小功率牵引实验平台实现了无速度传感器电力机车牵引工况下全速域的稳定运行,实验结果验证了算法的有效性。     

低开关频率下双定子感应电机SVPWM同步调制策略研究

在铁路等大功率牵引传动系统中,由于开关损耗和散热条件等因素的限制,逆变器的最高开关频率通常受到严格的限制,此时需要采用多模式调制技术。在分析现有24扇区空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术的基础上,提出了3种具有不同脉冲数的SVPWM同步调制策略,这些调制方法适用于两电平六相电压型逆变器供电的不对称双定子感应电机。通过对比分析3种调制策略的谐波特性,提出了一套适用于大功率牵引传动系统在低开关频率条件下的多模式SVPWM调制策略;同时,也提出了多模式调制的切换策略。通过仿真和实验,对提出的多模式SVPWM调制策略进行了验证,并实现了不同调制模式之间的平滑切换。     

大功率交流电力机车脉宽调制方法

针对大功率交流传动电力机车最高开关频率比较低的特点,研究了其在整个速度范围内的调制策略,在低载波比条件下研究并分析了一种中间60°调制方案,在此基础上分析了在不同调制方法和不同载波比之间切换的原则,实现了异步调制、普通同步调制、中间60°调制以及方波之间的平滑切换,最后通过仿真和实验给予了验证。     

基于多模式SVPWM算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略

弱磁控制技术可以降低逆变器的容量、拓宽调速范围,对提高轨道交通永磁同步牵引系统的性能有着重要而现实的意义。性能优异的调制方式更能保证弱磁系统输出良好的控制性能,而大功率传动系统开关器件的开关频率较低,使得传统的空间电压矢量异步调制方法已不能满足控制策略需要,本文在分析空间电压矢量多模式调制算法原理以及永磁同步电机弱磁原理的基础上,提出了新型的基于多模式空间电压矢量调制算法的永磁同步牵引电机弱磁控制策略,保证永磁同步牵引电机弱磁控制系统能充分利用开关频率,且在异步调制和分段同步调制段都具有良好的输出特性,仿真和试验验证了本方案的可行性和有效性。     

新型混合级联多电平换流器调制策略

重点研究了不同运行模式下混合级联多电平换流器的调制策略。首先,为降低导通开关的开关频率和稳态损耗,提出了具有基频开关特性的不对称方波调制策略;分析了该调制方式下整形电路与外界系统的能量交换特性,并给出了电压调制比和占空比的取值范围。其次,提出了适于整形电路的改进载波移相调制方法和子模块电容电压均衡策略;研究了混合级联多电平换流器的直流闭锁模式和静止同步补偿器运行模式,指出通过修正调制参考波稳态调制策略,其仍可适用于静止同步补偿器运行模式。最后,PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所述调制策略的有效性和可行性。     

基于滑模和空间矢量调制的永磁同步电动机直接转矩控制

针对永磁同步电动机(IPMSM)的常规直接转矩控制(DTC)中存在的磁链转矩脉动大和开关频率不恒定等问题,在建立定子磁链坐标系下永磁同步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于滑模和空间矢量调制(SVM)的新型DTC方法,该方法利用转矩和磁链滑模控制器(SMC)替代常规DTC中的磁滞比较器和开关策略,再结合空间矢量调制方法控制逆变器运行。仿真和实验结果证明了这种基于空间矢量调制的直接转矩控制方法可以有效地减小常规直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,并使逆变器工作在恒定的开关频率下。     

计及功率极性和序列连续性的三电平闭环虚拟矢量调制策略

针对三电平变流器应用于大功率高速航空起动发电机系统所产生的中点电位偏差问题,提出一种考虑起动发电两种功率极性和开关序列连续性的中点电位偏差闭环虚拟空间矢量调制策略.建立了三电平变流器输出电压序列的中点电荷模型,据此分析了低载波比工况下虚拟空间矢量调制策略及闭环虚拟空间矢量调制策略下中点电位不平衡问题.在传统虚拟空间矢量...     

基于FPGA和dSPACE的三电平逆变器SVPWM控制

按照牵引传动中对大功率、低开关频率的要求,分析了三电平逆变器低速时采用恒开关频率异步调制,高速时采用多脉冲同步调制的原理及实现策略,理论分析了适用于高速动车组变频调速控制的开关多脉冲组合模式,并推导出对应的实现算法.应用FPGA控制器和dSPACE半实物仿真平台,完成了上述各种调制模式的仿真实验,其结果证实了这种控制算法的有效性,并表明基于dSPACE的半实物仿真平台是一种功能强大、操作便捷的测试工具.     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

级联式电力电子变压器混合脉宽调制谐波分析及均衡控制

针对基于级联H桥及隔离双向DC/DC变换器的电力电子变压器,提出一种混合工频和高频调制的混合脉宽调制(HPWM)策略。基于波形合成原理及双重傅里叶积分方法,对5电平级联H桥HPWM输出电压频谱表达式进行了理论推导,并与载波移相调制时输出电压谐波特性进行对比。结果表明HPWM输出电压波形仅含有基波与载波边带谐波,在不增加谐波总畸变率的同时可降低系统开关频率。为解决HPWM时各模块开关模式不对称造成的中间直流电压不均衡问题,提出一种前级级联H桥采用开关函数轮换控制与后级隔离双向DC/DC变换器电压反馈加前馈控制相结合的子模块均衡控制策略,有效确保子模块功率及电容电压处于相同的动态变化范围。仿真和实验结果验证了HPWM谐波分析的正确性及所提控制策略的有效性。     

PDM Control Method for a Matrix Converter Converting Several‐Hundred‐kHz Single‐Phase Input to Commercial Frequency Three‐Phase Output

This paper discusses pulse density modulation (PDM) control methods for a single‐phase to three‐phase matrix converter (MC) in high‐frequency applications. The proposed circuit is used as an interface converter for a wireless power transfer system. This converter can input a frequency of several hundred kilohertz and output a low frequency, that is, 50 Hz or 60 Hz, for a commercial power grid. The proposed circuit implements zero voltage switching (ZVS) operation by using PDM control methods and obtains high efficiency. In this paper, two PDM control strategies are compared: delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on space vector modulation (SVM), which is proposed here. Also, the experimental results obtained with the proposed system will be presented and discussed. The total harmonic distortions (THDs) of the output voltage with delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on SVM are found to be 5.96% and 2.15%, respectively. In addition, the maximum efficiencies with delta–sigma conversion and the PDM control based on SVM are 93.4% and 97.3%, respectively. From the results, the validity of the PDM control based on SVM has been confirmed for improvement of the output waveforms and reduction of the switching loss.     

基于模糊控制的储能参与一次调频综合控制策略

针对储能调频控制模式间以临界值方式直接切换造成功率跃变及储能荷电状态（SOC）过高过低,储能出力受限问题,提出一种基于模糊控制的储能参与的一次调频综合控制策略。首先,分析储能虚拟下垂、虚拟惯量和虚拟负惯量控制参数对系统频率响应的影响,确定各控制参数调频优势和稳定变化范围;其次,设计含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现控制模式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;最后,采用logistics函数设计SOC反馈控制策略和SOC自恢复控制策略,使储能容量得到更好的保持,提高储能的调频能力。仿真实验验证了所提策略的有效性。     

基于暖通负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略

为提升系统频率稳定水平,提出了一种基于暖通空调负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略,采用建筑采暖热泵作为可控负荷参与系统调频服务.首先,通过构建等值热力学参数模型来描述热泵的控制温度动态过程.进而根据用户温度舒适范围确定单体热泵的调频可控域,判断热泵是否可参与调频响应,保障热泵工作过程中的控制温度满足用户需求.同时,...     

基于多时间尺度的储能调峰调频协同控制策略

储能(Energy Storage,ES)仅参与电网单一场景(调峰或调频)控制,利用率低.首先,提出一种基于ES荷电状态(State of charge,SoC)的调峰调频工作区域划分方法和协同控制策略,可实现ES在调峰与调频控制间切换,进而提高利用率.其次,为进一步提高ES调峰调频效果,在调峰单一场景中分别提出变功率...     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。