采用平均法的含输入滤波器电压型Buck变换器稳定性分析

输入滤波器与DC-DC变换器之间的相互作用是分布式电源系统中的一个常见问题。基于平均模型,研究含有2阶输入滤波器和电压型Buck变换器的级联系统稳定性问题。结果表明,输入滤波器对后级Buck变换器稳定性具有双重效果,即根据阻尼电阻Rf的不同,可以扩大或减小独立运行的Buck变换器稳定运行的参数范围。当PI控制器的参数选择在扩大了的稳定性参数范围内, 阻尼电阻Rf的极端增大或减小都会引起系统的低频振荡。这种情况下,现有的阻尼电阻设计标准将不再适用。电路实验验证了理论分析的结果。     

矩阵变换器系统的稳定性分析

论文提供了一种实用的矩阵变换器系统稳定性的分析方法。以非理想电源、输入滤波器、矩阵变换器及其驱动的三相对称阻感性负载组成的系统为对象，建立了两种不同的调制策略下系统的状态平均模型，分析了两种不同的调制策略下系统稳定性的不同性质。对非线性状态平均模型在稳态工作点处进行微偏线性化，建立了系统的小信号线性状态方程，通过对状态矩阵特征值移动规律的分析，研究了系统各参数影响稳定性的规律，并在此基础上，提出了改进滤波器结构来改善稳定性的措施，分析了改进的滤波器改善稳定性的根本原因。仿真结果表明了解析分析结论的正确性。     

一种用于优化LC-DAB级联系统稳定性的虚拟阻抗控制技术

将LC滤波器级联在双有源桥(DAB)变换器输入端,可改善输入电流质量,但DAB变换器和LC滤波器之间的相互作用易导致LC-DAB级联系统出现振荡现象.该文首先建立DAB变换器的状态空间平均化小信号数学模型,推导LC-DAB变换器的输入和输出阻抗模型以用于预测级联系统稳定性.基于此,采用有源阻尼的优化思路,分别提出基于LC-DAB变换器一次侧电容电压的并联虚拟阻抗和一次电流的串联虚拟阻抗控制策略,从而使得级联系统在全功率范围内均能稳定运行.实验结果证明,该阻抗模型及所提控制策略的有效性及正确性.     

基于离散状态空间模型的LCL滤波并网变换器控制策略

采用LCL滤波的并网变换器对高次谐波具有良好的衰减效果,但是LCL滤波器为无阻尼三阶系统,易发生谐振。通过加入阻尼电阻和有源阻尼可以抑制振荡,但阻尼电阻会增加系统的损耗,而有源阻尼需要增加传感器。基于状态空间法建立LCL滤波器的离散状态空间模型,针对LCL滤波器的特性,采用状态反馈配置系统极点来增加系统的阻尼,从而抑制LCL滤波系统的谐振,实现系统的稳定控制。通过引入“虚拟电阻”的方法对并网电流的闭环极点进行配置,根据此极点求得系统的状态反馈矩阵,在Z平面分析系统的稳定性和动态响应特性。最后,通过搭建的基于LCL滤波器的并网变换器进行验证,实验结果证明所提控制方法的可行性。     

矩阵变换器谐波计算方法与滤波器设计

文章描述了矩阵变换器间接空间矢量调制的基本原理,提出了一种基于傅里叶级数的矩阵变换器谐波计算方法,建立了矩阵变换器输入电流谐波计算的Matlab仿真模型并进行仿真;根据输入谐波仿真结果,设计了输入和输出滤波器.加入输入和输出滤波器后的仿真结果,证明了谐波计算方法和滤波器设计方法的正确性和可行性.     

基于改进离散法的含输入滤波器电流型Buck变换器稳定性分析

基于系统精确的状态方程,数值仿真研究了含输入滤波器电流型Buck变换器的稳定性问题.结果表明,输入滤波器参数Rf增大会引起系统慢时标意义下的低频振荡,Buck变换器控制参数k的增大则会引起系统快时标意义下的次谐波振荡.提出了一种改进离散法,建立了系数矩阵不可逆时系统的离散映射模型,并结合仿真结果对系统的稳定性进行了分析,给出了系统的稳定性边界.最后,还将本文结果与现有输入滤波器设计标准进行比较,指出了标准不足之处.     

矩阵变换器阻尼输入滤波器的优化设计

矩阵变换器(MC)在实际工作时存在一定的谐波,对所带的负载将产生很大的影响。基于矩阵变换器(MC)空间矢量调制法,提出了一种优化的阻尼输入滤波器。从输入侧将矩阵变换器功率单元等效电流源,推导出了输入滤波器稳态时数学表达式,得到了并联在电容两端电阻的计算公式,通过静态寻优法,确定了适合系统的最优值。在Matlab/Simullink中进行了建模和仿真,结果验证了分析结果的可行性。     

基于滤波器状态反馈的矩阵变换器网侧电流闭环策略

滤波器的引入降低了矩阵变换器轻载时的网侧功率因数,而滤波器的谐振特性更会导致系统不稳定。针对该问题,提出一种基于滤波器状态反馈的矩阵变换器网侧电流闭环控制策略,该策略以同步旋转坐标系下网侧电流为控制目标,并将滤波器状态变量的瞬时扰动引入电流环,对虚拟整流级电流矢量的期望值进行实时补偿,并根据补偿后的电流矢量期望值调制矩阵变换器。通过设置合理的反馈系数矩阵,滤波器的状态反馈使系统闭环极点移至更稳定的区域,增强了系统的稳定性。最后,实验结果表明该策略可以有效阻尼矩阵变换器动态过程的振荡,并能在全功率范围内使网侧保持较高功率因数。     

矩阵变换器的阻尼输入滤波器设计

在输入侧将矩阵变换器等效为一个buck型PWM整流器,推导出了采用LC滤波器的矩阵变换器输入电流与输出电流及输入电压之间的传递函数关系.给出了输入滤波器中的电感及电容参数选择方法.分析表明若输入滤波器仅采用LC电路将导致谐振频率附近输入电流振荡,引起系统不稳定.给出了一种带阻尼的输入滤波器的设计方法并进行了仿真验证.同...     

矩阵变换器的阻尼输入滤波器设计

在输入侧将矩阵变换器等效为一个buck型PWM整流器,推导出了采用LC滤波器的矩阵变换器输入电流与输出电流及输入电压之间的传递函数关系。给出了输入滤波器中的电感及电容参数选择方法。分析表明若输入滤波器仅采用LC电路将导致谐振频率附近输入电流振荡,引起系统不稳定。给出了一种带阻尼的输入滤波器的设计方法并进行了仿真验证。同时分析了矩阵变换器的电磁传导发射EMI特性,指出工业化的矩阵变换器需要加装EMI波器。     

高速发电机用宽电压范围双管Buck-Boost变换器暂态稳定分析与系统校正

高速永磁发电机宽速度范围运行时输出电压波动大,当发电机输出端接双管Buck-Boost变换器进行调压时,宽电压范围输入对变换器的稳定性和动态性能提出挑战。本文采用平均开关法建立了双管Buck-Boost变换器电感电流连续的非理想小信号模型,基于该模型分析了占空比、负载、输出滤波电容等效ESR、控制参数等对系统暂态稳定性能的影响,给出了提高系统暂态性能的控制参数设计方法。分析研究发现:占空比的变化导致系统的非最小相位反应明显,系统的动态响应变差;负载变化时系统的动态响应变化小;增大输出滤波电容等效ESR可以改善系统的动态性能。仿真和实验结果验证了暂态稳定分析和控制参数设计的合理性。     

Robust predictive dual-loop control method based on Lyapunov function stability and energy equilibrium though double-core processors for active power filter

In this paper, a robust predictive dual-loop control method based on Lyapunov function stability and energy equilibrium for active power filter (APF) is proposed to improve the anti-interference performance and self-adaptive capability of system. The proposed control method mainly includes robust predictive current control based on Lyapunov function stability (RPCC-LFS) in the inner current loop and energy equilibrium proportional-integrator (PI) control in the outer dc-link voltage loop. The RPCC-LFS is proposed to enhance self-adaptive capability when the output filter inductors vary, speed up the dynamic response, and improve the tracking accuracy when the loads fluctuate. The energy equilibrium PI controller is proposed to maintain the dc-link voltage stable and suppress the transient impulse. The stability and dynamic response of the proposed control system are analyzed in detail, and the proper control parameters are selected. A specific hardware and software design program based on double-core processors DSP + FPGA is thoroughly given out. Finally, the comparative simulations and experiments verified the validity of the proposed method.     

混合有源电力滤波器的新型电流迭代学习控制

混合有源电力滤波器可以动态抑制电网谐波电流和补偿容性无功功率,改善电网电能质量。针对传统PI型迭代学习控制算法在并联有源电力滤波器应用中的不足,算法收敛性严重依赖于学习控制的初始输入,迭代学习控制器的参数是定常值,会影响有源滤波系统的控制性能。本文提出一种新型PI迭代学习控制算法,将其应用于混合有源电力滤波器系统的电流反馈控制中,得到了应用迭代算法的收敛性条件,并采用一种改进的Ziegler-Nichols方法对控制器参数进行了优化,以提高系统的控制精度。为了提高系统的动态响应性能,提出一种谐波电流误差的反馈-前馈控制策略,其中电流误差信号的D型前馈控制环节用于实现滤波器系统的电流快速补偿,同时利用一个三层BP神经网络对前馈控制增益进行优化。仿真和实验结果证明了该迭代算法及控制策略的可行性与有效性。     

基于虚拟电阻的双馈风机次同步振荡分数阶PI控制

针对传统方法抑制双馈风机经不同串补电容并网引发的次同步振荡效果不佳的问题,文中提出一种基于虚拟电阻的风机分数阶比例-积分(FOPI)控制策略。首先,分析风电系统次同步振荡发生机理,并以风机并网电流为输入信号设计宽频带次同步电流滤波器,构建出虚拟电阻控制器以增强系统电气阻尼;之后,利用Oustaloup算法改进分数阶积分算子,以网侧变流器控制方程为底层模型重构FOPI电流控制环,分析积分阶次对电流跟踪动态特性的影响;然后,通过引入非线性迭代权重以及学习因子改进传统灰狼优化算法,优化控制策略参数;最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真验证模型,结果表明所提策略能有效抑制不同串补度下的次同步振荡,表现出较强的鲁棒稳定性。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法

由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环和滤波器等环节的三相并网变换器阻抗模型,分析不同电网阻抗和锁相环带宽与并网逆变器稳定性的内在联系。结合阻抗模型中系统电压通过锁相环对电流环的影响,提出一种改进的前馈控制方法来减小锁相环输出影响,前馈环节中包括系统电压、锁相环动态特性和滤波器等环节。分析表明,改进的控制方法能够有效提高并网逆变器在弱电网条件下运行的稳定性。实验证明了所提方法的正确性。     

Design of Multiple Feedback Control Loops for a Single-phase Full-bridge Inverter Based on Stability Considerations

Single-phase inverters employ LC filters for the purpose of reducing pulse-width modulation harmonics. The drawback of LC filter is its stability problem at resonance frequency. Passive damping offers simple and reliable solution, but it decreases the overall system efficiency. Active damping is lossless and provides flexibility of controlling the damping performance; however, it is sensitive to parameters variation. This article presents stability analysis of a single-phase full-bridge inverter to improve dynamic performance and stability. Design of LC filter is carried out considering both undamped and damped structures. The effect of filter parameters on pole-zero locations of the inverter is presented, and variation of the phase margin over a wide range of parameters variation is examined. Active damping using closed-loop current control of the full-bridge inverter to mitigate the resonance oscillation is designed and compared with passive damping. The disturbance rejection via dynamic stiffness with and without active damping is examined to justify the proposed current controller. Simulation and experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed design. It is found that the proposed control of the inverter provides excellent voltage regulation with low total harmonic distortion and ensures good performance and robust stability under parameters variation.     

LCL并网逆变器的单逆变器侧电流控制性能分析

对LCL滤波并网逆变器来说,单逆变器侧电流闭环控制实现较为方便,但是控制延迟导致系统仍存在欠阻尼谐振甚至不稳定。无源阻尼方法虽可实现优良的电流控制性能,但会导致额外的功率损耗;附加数字滤波器的有源阻尼方法具有改善系统稳定性的能力,但是数字滤波器在非谐振频率处的幅值以及相位特性影响控制性能。以无源阻尼方法下系统性能为基准,对比了已有的逆变器侧电流闭环控制有不同的谐振频率同控制频率的比值条件下的性能,结果表明在一拍采样与计算延迟下,已有的单逆变器侧电流闭环控制难以兼顾系统稳定性、动态特性以及鲁棒性,附加数字滤波器的有源阻尼方法具有较大的局限性。     

一种新型的改善直接转矩控制低速性能的磁链观测方法

直接转矩控制是继矢量控制后的一种新型的控制方法,而此方法的调速性能取决于高效稳定的定子磁链.由于定子电阻压降的存在使得电机运行在低速区时难以控制.因此,提出了一种新型的改善直接转矩控制系统低速性能的磁链观测方法.该方法采用低通滤波器代替纯积分环节,并提出对磁链幅值进行闭环反馈补偿和用模糊控制器补偿引入低通滤波器造成的磁链角的误差.仿真结果表明,采用此控制方法,直接转矩控制系统的低速性能有十分明显的提高,仿真结果证实了该方法的有效性.     

多模块矩阵变换器改进型线电压合成闭环控制策略研究

针对常规三相-三相矩阵变换器电压传输率低的缺陷,文章研究了一种多模块矩阵变换器拓扑结构,详细介绍了线电压合成调制策略的实现过程,给出输入侧与输出侧扇区划分方式、占空比表达式,提出以输出调制系数作为控制对象的闭环控制策略。在闭环控制中因输入无阻尼LC滤波器引起输入电流谐振进而影响输入性能的问题,在上述线电压合成闭环控制策略基础上,改进了原有采用高通滤波器提取高频谐波量的谐振抑制方法,提出了通过简单的数学计算将输出负载电流dq轴分量中的高频谐波量反馈到闭环控制中,实现了多模块矩阵变换器输入谐振的有效抑制。最后,建立仿真模型,采用Matlab有效抑制输入谐振,同时具有良好的动态与静态性能。     

A data‐driven design method of PID controller with noise filter

When undesirable control actions are generated by measurement noise due to feedback, it is preferable to reduce the noise sensitivity to improve control performance and to extend the plant lifespan. In this paper, a data‐driven design method of a proportional—integral—derivative (PID) controller with a noise filter is proposed for stable single‐input single‐output plants using a one‐shot plant response. This method attains disturbance attenuation under constraints of stability margin and noise sensitivity. A novel data‐based constraint on the PID gains is derived to bound noise sensitivity. A solution can be searched for by solving a linear matrix inequality with respect to PID gains for several values of the filter parameter. Numerical examples demonstrate the adequacy.