Limit‐cycle stable control of current‐mode dc‐dc converter with zero‐perturbation dynamical compensation

Regarding the non‐limit‐cycle instabilities, which commonly exist in the feedback‐controlled switching power converters, a new zero‐perturbation dynamical compensation method is proposed based on a simplified self‐stable dynamical compensation condition in this paper. With a current‐mode Buck converter as the subject of investigation, the corresponding self‐stable perturbation control equation is given. At the same time, the system stability boundary is obtained based on the investigation of the system eigenvalues, and hence, the working range of control parameters is determined. Finally, the presented simulation and experiment results reveal that the new zero‐perturbation dynamical compensation controller is easily realized with an analog circuit and it will not sacrifice the working range of the original reference current compared with the traditional slope compensation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Filter‐based perturbation control of low‐frequency oscillation in voltage‐mode H‐bridge DC–AC inverter

This paper presents a new additional perturbation control method for suppressing low‐frequency oscillation in voltage‐mode H‐bridge DC–AC inverter. The stability boundary of the H‐bridge inverter is investigated from its small‐signal averaged model. High input voltage and light load would cause low‐frequency oscillation in this system. To this end, a filter‐based perturbation control (FBPC) is proposed for eliminating this oscillation, by using an analog filter to extract the unexpected signal and applying it to the control loop. Theoretical results show a larger stability range of the controlled system with the proposed FBPC. The simulation and experiment results show that the proposed controller can control the low‐frequency oscillation in H‐bridge DC–AC inverter well. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

光伏并网与有源滤波的统一控制策略研究

将光伏并网与有源滤波相结合的统一控制策略可解决光伏发电系统在光照不足时设备利用率低、有源滤波器功能单一、成本高等问题.但传统的最大功率跟踪控制扰动观测法通过施加扰动量寻找最大功率点,会使光伏模块的输出电流持续振荡,严重影响谐波补偿电流从检测到输出的精度.与传统方法不同,在光伏并网与有源滤波相结合的控制策略中改进分段式变...     

Design of band elimination filter for PMSM vector control operable in overmodulation region of inverter

This paper proposes a filter design for improving the control performance of the current control system of permanent magnet synchronous motors (PMSMs) using the overmodulation region of an inverter. The control performance of a vector control system for PMSMs using the overmodulation region of an inverter can be improved by suppressing harmonic components that are generated in this region. This paper utilizes band elimination filter (BEF) to eliminate harmonic components; however, unsuitable BEF setting leads to generation of large current oscillation at the resonant frequency of current feedback loop with BEF. In order to deal with these problems, the proposed filter design focuses on gain setting at the cutoff frequency of BEF. The proposed filter design can prevent the generation of current oscillation at the resonant frequency of the system, and can improve current control performance without complex adjustments. Simulations and experiments are carried out to show the effectiveness of the proposed BEF setting.     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

光伏波动下低压直流系统功率振荡抑制研究

针对低压直流系统中光伏波动造成的功率振荡问题，基于RLC阻抗网络模型小扰动稳定分析方法，提出一种采用电压前馈的控制策略。通过在电流环中引入直流电压比例分量，对电流环电流进行补偿，减小因输入侧变化导致的电流波动，实现了在光照波动较强条件下对系统功率振荡的抑制。理论分析结果表明：所提方法可有效减小谐振峰值和低频阻抗幅值，降低光伏波动较强时的系统功率振荡，使系统在光照强度变化较大情况下能够保持稳定运行。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

抑制谐波谐振的并网逆变器机侧电流反馈的CVFAD设计方法

LCL型并网逆变器机侧电流反馈控制较并网电流反馈控制具有更高的稳定性。但受数字控制延时的影响,系统的稳定性取决于谐振频率与采样频率的比值。且谐振频率附近存在一个谐波放大频域,在弱电网工况下易引发谐波谐振现象。而传统机侧电流反馈的双环控制方法受带宽限制,无法达到理想的稳定分界频率。针对该问题,提出一种电容电压有源阻尼的新型控制方法。该方法采用电容电压反馈内环提升系统阻尼效果,通过附加电容电压反馈回路使得系统开环零点重新配置,达到消除反向谐振峰的目的。理论分析表明,所提方法拓宽了系统稳定区间,不仅消除了谐波放大频域,且在电网阻抗宽范围变化时,系统始终具有较高的鲁棒性和控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于电流状态反馈的串联电压质量调节器比例谐振和谐波补偿控制

提出了一种基于电流状态反馈的比例谐振和谐波补偿的串联有源电压质量调节器控制方法。外环采用比例谐振控制器,并与谐波补偿器相结合,使系统具有谐波补偿能力;内环采用电感电流状态反馈,降低系统的谐振峰,并且增强系统的稳定性;同时,引入了负载电流前馈来增强系统对负载扰动的抑制能力。论文对所提出的控制方法进行了详细的理论和仿真分析,并在单相2kVA串联有源电压质量调节器实验装置上进行了验证。仿真和实验结果均证明了所提控制方法的正确性和有效性。     

应用于两级式逆变的双有源串联谐振变换器二倍频波动抑制及控制参数设计

在两级式逆变器中,后级逆变器在带有单相或三相不平衡负载时会产生二倍频的瞬时功率波动,此二倍频波动会耦合进入前级直流变换器,造成前级双有源串联谐振变换器(dual active bridge series resonant converter, DBSRC)的交流谐振电流幅值出现较大的二倍频波动。考虑到DBSRC高阶模型较为复杂,提出简化的降阶一阶小信号模型。基于此简化模型,通过在电压闭环回路中串入二倍频陷波器,大范围地增加二倍频处的闭环输出阻抗,从而实现抑制前级的DBSRC的谐振电流波动。进一步,提出保证两级式逆变系统稳定的二倍频波动抑制的控制参数设计方法。最后,通过仿真和实验验证了所提出的简化降阶模型和控制系统参数设计的有效性和可行性。     

基于改进调制的两级式单相光伏并网逆变器前级二次谐波抑制

为抑制两级式单相光伏并网逆变器前级电路中的二次谐波电流,利用开关周期平均模型对前级电路中二次谐波电流产生的原因进行了分析,基于此提出了抑制二次谐波电流的改进调制方法。该方法根据实时采样得到的母线电压修正占空比,无需复杂的运算处理,易于实现。进一步分析了改进调制方法下前级Boost电路的小信号传递函数,提出了欠阻尼条件下基于微分先行PID算法的光伏电池最大功率点电压跟踪方法。仿真表明,改进后的两级式单相光伏并网逆变器最大功率点跟踪过程振荡小,光伏电池输出电流平稳,二次谐波电流抑制效果显著。     

基于3N桥臂的MMC-STATCOM控制方法研究

围绕目前电力系统的无功需求逐渐增大的问题,提出一种基于3N桥臂MMC的STATCOM改进拓扑。该拓扑能够替代传统多STATCOM并联运行模式,降低多MMC之间的协调控制复杂度,有效避免参数谐振、功率振荡和多机并联环流问题,减少系统损耗和成本。通过数学建模分析了3N桥臂MMC的环流特性,针对环流中占有较大比例的二倍频分量设计了一种在d-q负序旋转坐标系下的抑制方法;采用电流直接控制,给出了系统在无功补偿工况下的整体控制方法;通过仿真验证了文中所提拓扑和控制方法的有效性和可行性。     

短路电流结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用

光伏电池输出功率随外部环境和负载的变化而变化,为充分发挥光伏器件的效能,需采用最大功率点跟踪电路。对于最大功率点跟踪电路的控制已经提出了许多方法,其中短路电流法和扰动观察法因其具有简单有效的优点而得到广泛应用。针对短路电流法的缺点,该文提出一种新的在线短路电流控制方法。该方法在不干扰系统正常工作的情况下,能迅速感知外部环境变化,但该方法效率不高。为充分发挥光伏电池的效能,在线短路电流控制方法的基础上再引入扰动观察法。该文扰动观察法的扰动步长针对最大功率点处稳态特性进行优化,优化后,扰动观察法可有效消除光伏器件输出功率在最大功率点的振荡现象,从而提高系统效率。仿真和实验研究证明,该方法可以快速跟踪外部环境变化,并消除系统在最大功率点的振荡现象。     

五相混合式步进电动机的振荡特性研究

研究了不对称现明对五相混合式步进电动机谐波电磁转矩的影响,提出了不对称现象是导致电机产生较大二次谐振的主要原因,且振荡时所产生的附加谐波电磁转矩会对电机的某些中高频振荡点（如基波谐振点）产生进一步影响,实验结果与理论分析相符。     

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中，光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡，因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先，采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型，并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后，基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标，评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度，获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析，提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域，有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度，提高了系统稳定性。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。     

改进型比例谐振控制器在船用岸电中的仿真与工程应用

为解决传统的船用变频电源所存在的不能无差跟踪正弦信号以及谐波控制效果不佳的问题,结合比例谐振控制器的特性,提出一种基于PI结合改进型比例谐振控制的空间矢量脉宽调制控制方法。通过PR控制器可以对特定频率下的交流指令进行无静差跟踪,将传统矢量控制下的有功和无功电流分量转换到静止坐标系下,避免了繁琐的计算。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真表明,相比于传统的PI控制,此方法谐波含量较小,电压畸变率明显降低。现场示范工程试验进一步验证了该方法的可行性。     

New Simple Torque‐Sensorless Torque Control for Quasi‐perfect Compensation of Sixth‐Harmonic Torque Ripple Due to Nonsinusoidal Distribution of Back EMF of PMSM

This paper proposes a new torque‐sensorless torque control method for permanent‐magnet synchronous motors (PMSMs). The proposed method can almost perfectly compensate the sixth harmonic torque ripple that is caused by nonsinusoidal distributions of the back electromagnetic force and the rotor magnetic flux of PMSMs. The torque control system is, in principle, constructed on the basis of vector control, but has two new, dedicated speed‐varying devices: a harmonic torque observer and a current controller. The speed‐varying harmonic torque observer can estimate the harmonic component over a wide range of speeds, even when the generated torque is constant, and produce a suitable compensation signal. The speed‐varying current controller shows stable control performance over a wide range of speeds; it can fully track the compensated current command containing the DC and sixth harmonic components. The effectiveness of the proposed method is examined and verified through extensive numerical experiments.     

Self‐oscillation loop design and measurement for an MEMS resonant accelerometer

This paper provides detailed information about the dynamic model and closed‐loop control theory of resonant accelerometer based on electrostatic stiffness. After the resonant accelerometer principle based on electrostatic stiffness has been analyzed, a dynamic model was built. According to the requirement of constant stable vibration amplitude for a different applied acceleration, control equations based on self‐sustained oscillation loop technology were also developed for the whole system. By applying the averaging method, the system behaviors were analyzed, and equilibria for the vibration amplitude were achieved. Theoretical analysis and simulation showed that the vibration amplitude became stable and attractive only when the stable criterion was satisfied. Using a PI controller, constant level vibrating amplitude can be achieved when the input acceleration changes. A resonant accelerometer was fabricated using bulk‐silicon dissolved process. Under the aforementioned conditions, the accelerometer was driven and tested using a self‐sustained oscillation loop. When the sensing voltage was 5 V, the sensitivity was 58 Hz/g, and the resolution was 3.5 mg for a single vibrating beam. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

光伏微逆变器中Boost变换器的混沌现象分析与控制研究

由于光伏并网微逆变器中Boost变换器存在着混沌现象,易造成微电网系统的不稳定。故引入两级式微逆变器,通过建立Boost变换器模型分析混沌现象产生机理,参考电流参数是造成混沌的重要因素。提出一种基于参数共振微扰法的Boost变换器混沌动力学控制方法,以参考电流作为微扰参数,推导出最优控制计算公式。通过实例验证,参数共振微扰法可以有效抑制Boost变换器的混沌现象。结果表明该控制算法对研究光伏微逆变器具有有效性和可行性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。