含耦合电感的四管五电平整流器模型预测控制

PWM整流器广泛应用于高压直流传输系统、电力电子变压器和电力机车牵引等领域.以含耦合电感的单相匹管五电平整流器为对象,首先,在分析其工作原理的基础上建立了该整流器在两相静止坐标系下的离散化数学模型;然后,针对传统模型预测控制(finite control-set model predictive current con...     

单相五电平整流器滑模模型预测控制

五电平整流器由于具有大功率输出能力、网侧电流谐波小的特性而被广泛应用于高压电力传输变换场合.该文以耦合电感五电平整流器为研究对象,针对传统模型预测外环采用PI控制存在的动态性能差、抗扰动能力差的问题,提出滑模模型预测控制(SMMPC)算法.首先,分析整流器的五电平产生原理,在此基础上建立外环与内环控制所需的动态方程.然...     

一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器

通过对耦合电感、双向开关管单元与无桥功率因数校正电路(power factor correction,PFC)的有机融合,提出一族基于电感耦合式双升压(Dual-Boost)无桥三电平整流器.在 无桥 PFC 电路桥臂与直流侧上下分裂电容之间嵌入双向开关管单元,在每个工频周期无桥 PFC 电路桥臂之间产生 5种电平,可...     

三电平中点箝位PWM整流器建模及基于滑模控制的系统仿真

建立了三电平PWM整流器的数学模型,对整流器滑模控制策略进行了研究,设计了基于PI调节的电流内环和基于滑模控制的电压外环的双闭环控制器,给出了仿真结果。实验表明:该PWM整流器可以有效抑制谐波,实现网侧单位功率因数控制,具有优越动静态性能。     

三相PWM整流器高阶积分端末滑模控制策略

针对目前三相PWM整流器中PID控制器控制精度不高、鲁棒性较差,且传统积分滑模控制器滑模面抖振现象仍较大等问题,提出了一种三相PWM整流器电流内环高阶积分端末滑模控制策略。该控制策略结合了积分滑模面和端末滑模面,形成一种积分端末滑模面,从而获得有限的收敛时间,降低了稳态误差。并通过结合高阶滑模控制思想和传统P控制策略,提出一种高阶滑模趋近率,使得开关函数出现在控制量高阶方程中,有效降低了滑模面的抖振现象。最后,通过仿真试验证明了该策略的正确性和可行性。     

基于滑模控制的三电平PWM整流器建模及仿真

建立了中点箝位三电平PWM整流器的数学模型,为提高系统直流环节动态响应,设计了基于PI调节的电流内环和滑模变结构的电压外环的双闭环控制器。仿真结果表明:该PWM整流器可以有效抑制谐波,实现网侧单位功率因数控制,与常规PI控制器相比,滑模控制器的应用使得直流环节的动态性能得到明显改善。     

基于积分滑模控制的单Buck逆变器

针对单Buck逆变器提出了一种新颖的积分滑模控制策略。给出了单Buck逆变器的三阶动态模型,并详细阐述了三阶系统积分滑模控制器的设计思路,最后进行了实验验证。实验结果表明采用积分滑模控制,逆变器具有较小稳态终值误差、强鲁棒性和良好动态性能。     

滑模PR控制的三相Vienna整流器

针对传统比例积分PI控制中响应速度慢、稳态性能差等问题,本文提出滑模比例谐振PR控制方法,其中电压外环采用滑模控制,电流内环采用PR控制。滑模控制提高直流侧电压的响应速度,PR控制改善交流侧电流正弦化程度。最后搭建Matlab/Simulink仿真及实验平台,验证文中所提滑模PR控制策略的有效性和可行性。仿真和实验结果证明滑模PR控制策略具有较好的鲁棒性和动态性能。     

耦合电感三电平DC-DC变换器

为了降低光伏发电等大功率应用场合中直流电源的输入电压,提出了一类耦合电感三电平DC-DC变换器.该类变换器运用耦合电感模块替代传统电感,提高了电压增益;在结构上进行三电平变换,且在耦合电感两侧并入钳位二极管,减小了开关管的电压应力.以耦合电感三电平Sepic电路为例进行了研究,在Sa-ber中搭建了仿真模型,并制作了一台100 W的样机.实验结果表明:该变换器具有更高电压增益、低电压应力的特点.     

三相电压型PWM整流器的滑模控制

通过采用状态反馈精确线性化方法,将三相电压型整流器非线性化模型转化为完全可控的线性系统布鲁洛夫斯基标准型.利用滑模变结构控制策略,把系统性能指标作为滑模函数,通过合理选择系数来重新配置系统极点,能使系统快速、平稳且无抖动地进入滑动模态面,从而确保网侧电流波形正弦化和功率因数为1,使无功输出为零,确保输出直流电压偏差为零,使得直流电压恒定.实验结果验证了所提出理论的正确性.     

一种基于耦合电感的模块化多电平变流器控制

对一种新型结构MMC进行了原理分析,该结构采用耦合式(带中心抽头)桥臂电感,由于上、下桥臂的严格对称性,上、下桥臂基波电流反相,耦合电感的引入在很大程度上降低了桥臂单个电感上的压降,进而有效地抑制了桥臂环流。进一步对排序控制进行改进,改进后的排序法更利于上、下桥臂的充放电平衡,同时还能进一步稳定直流侧电流。最后利用Matlab/Simulink软件搭建了每相10个模块的MMC仿真模型。仿真结果表明了耦合电感结构的优势以及提出的改进排序法的有效性。     

基于非线性积分滑模变结构控制三相VSR的研究

为了提高三相电压型PWM整流器(VSR)对系统参数变化及负载扰动的能力,在传统积分滑模的基础上,提出非线性积分滑模变结构控制策略。该控制策略含有误差和误差积分项,减小稳态误差和抖振的同时又能提高系统的鲁棒性,并在此基础上对积分项进行削弱,防止积分饱和效应(windup)带来超调过大及响应时间过长的问题。采用指数趋近律,提高滑模面上的运动品质,以进一步削弱抖振效应。最后仿真结果表明,非线性积分滑模变结构控制策略与传统积分滑模、双闭环PI相比,该方法使系统具有超调小和更好的抗扰性、跟踪能力。     

三相PWM整流器的滑模控制和反馈线性化

建立了同步旋转坐标系下的三相电压型脉宽调制(PWM)整流器的非线性数学模型,针对常规的控制策略动态性能较差的特点,提出一种该坐标系下的电压外环滑模控制算法,电流内环采用状态反馈精确线性化控制策略。进而给出了整流器的硬件设计,实验结果表明样机输入电流正弦,直流电压稳定,功率因数高,且具有良好的动、静态性能,验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于新型四电平子模块拓扑的多电平整流器

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)基于其模块化的结构,能够在较低的开关频率下输出更高电压电平数来逼近正弦波形,使得其在高压大功率直流输电系统应用背景下比传统电压源换流器更可行。传统MMC子模块可以输出0、1两种电平,而本文提出了一种能够输出0、1、2、3四种电平的新型子模块拓扑结构,在换流器需要达到相同输出电平数的条件下,基于新型子模块的MMC级联子模块数量仅仅为基于半桥子模块MMC的2/3,能够可观的减小换流站体积。同时,IGBT开关数量相比半桥子模块MMC系统减少了1/6。在Matlab/Simulink中将最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)策略及改进的电容电压均衡策略应用于新型子模块拓扑,仿真结果验证了其有效性。     

基于零序分量注入的三电平PWM整流器目标优化控制

三电平PWM整流器具有功率因数可控、能量双向流动等优点,适合于中压大容量的应用场合.通过分析PWM整流器的数学模型建立了三电平PWM整流器矢量控制系统,根据空间矢量PWM和载波PWM的本质联系,以及选择冗余矢量的本质含义,提出了一套基于零序分量注入的多电平变换器PWM算法.根据所选择控制目标的不同,注入最优零序分量,该算法避开了寻找合成矢量和作用时间的复杂计算,对多电平系统具有通用性.本文将其应用于三电平PWM整流器控制系统中,实验结果验证了该算法的可行性,整流器在单位功率因数运行的同时,实现电容中点电压平衡,降低了开关损耗.     

基于滑模变结构控制的三相PWM整流器

在建立三相PWM整流器数学模型的基础上,针对目前三相PWM整流器动态性能较差的特点,设计了电压、电流双闭环控制系统。在内环电流的控制中,采用解耦方法对dq轴电流分别控制,为电流控制器设计了一种滑模变结构控制(SMVSC)方法。仿真实验表明:该控制方法设计简单,提高了PWM整流器的动态性能,而且较好地实现了电流的解耦控制,且使系统鲁棒性增强。     

三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。     

三相电流型多电平整流器的研究和设计

在建立三相电流型多电平整流器(MCSR)数学模型的基础上,分别对其控制系统和电路参数的设计方法进行了研究。在控制系统方面,首先研究了三相MCSR的双闭环控制策略,文中给出的设计方法充分考虑了整流器内部电路参数(如分流电感)对控制系统的影响。当考虑分流电感参数的影响时,三相MCSR直流侧电压的传递关系体现为二阶系统特性。由于二阶系统在谐振频率处有很大的幅值增益尖峰,这不仅使系统的性能变差,也给控制系统的设计带来一定的困难。为此,本文提出增加负载电流前馈控制环节,该方法解决了开环幅值增益尖峰和系统快速性之间的矛盾,使得系统即便采用较小的回路增益,仍可具有较快的动态响应和较好的稳态性能。在电路参数方面,提出了一种简单、通用的分流电感以及直流侧滤波电容参数的设计方法。最后,通过一台三模块并联的三相MCSR的试验工作,进行了验证。     

三相电流型多电平整流器的频域特性

基于双重傅里叶变换方法,对多模块并联的三相电流型多电平整流器在频率域的一些工作特性定量地进行了数学分析。文中主要研究了采用载波相移SPWM技术时,三相电流型多电平整流器交流侧电流的谐波特性和直流侧电压的谐波特性。研究结果表明,采用载波相移SPWM技术时,该整流器不仅在交流侧可以获得等效高频载波的多电平PWM电流波形,而且其直流侧电压中不包含低次谐波,最低次边带谐波群发生在N(N为整流器的并联模块数)倍载波频率处。最后,本文将频域分析结果应用于该整流器的参数设计,提出了一种简单、通用的分流电感参数的设计方法。仿真和实验结果对本文的理论分析进行了验证。