一种基于优化占空比的五相永磁同步电机直接转矩控制算法

基于占空比的五相永磁同步电机直接转矩控制(direct torque control with duty ratio,DTC-DR)算法具有实现简单、动态响应快等优点,但其存在定子电流低次谐波含量较高的问题。虽然基于虚拟电压矢量集占空比优化的直接转矩控制(virtual voltage vectors based DTC-DR,V3-DTC-DR)算法可以有效地抑制低次谐波电流,但其降低直流母线电压利用率,电机调速范围受限。为解决上述低次谐波抑制与直流母线电压利用率不可兼顾的问题,该文提出一种基于优化占空比的直接转矩控制算法,不仅具有优越的稳态性能和良好的谐波抑制能力,同时与V3-DTC-DR算法相比,可提高约17%的直流母线电压利用率,即扩宽电机调速范围。最后,将所提算法与DTC-DR和V3-DTC-DR算法进行实验对比研究,实验结果验证所提算法的可行性和有效性。     

基于虚拟电压矢量集占空比优化的五相永磁同步电机直接转矩控制算法

传统的直接转矩控制(direct torque control,DTC)算法具有结构简单、动态响应迅速等优点,然而将其直接推广至五相系统中时会造成较大的谐波电流。为了消除其电流低次谐波、减小输出转矩脉动,针对五相永磁同步电机,提出一种基于虚拟矢量集占空比的优化DTC算法。构造虚拟电压矢量集,消除多相电机中特有定子电流低次谐波;分析转矩在不同电压矢量作用下的变化率,通过优化虚拟电压矢量的占空比有效减小转矩脉动;结合五相系统的特点分析传统离线开关表的不足,提出一种电压矢量的在线评估方法,利用评价函数选出最优的虚拟电压矢量。此外,半实物实验结果验证所提算法的有效性。     

稳态性能改善的双三相永磁电机直接转矩控制

传统直接转矩控制的双三相永磁电机存在电流谐波含量高、磁链脉动和转矩脉动大的缺点.为改善双三相永磁电机稳态性能,该文提出虚拟电压矢量集的新型占空比调制直接转矩控制.首先,电压矢量集由传统的12个基本电压矢量拓展到24个虚拟电压矢量,通过虚拟电压矢量实现对谐波平面的控制,减小谐波电流;再通过增加矢量个数减小磁链的控制误差,...     

空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

基于简化有限集模型预测电流控制的五相PMSM统一容错控制

在五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)中,有限集模型预测容错控制(finite control set model predictive fault tolerant control,FCS-MPFTC)存在计算量大、电流谐波含量高等问题。因此,该文提出一种简化FCS-MPFTC来实现相开路和短路故障情况下的统一容错控制。首先,将模型预测电流控制的电流代价函数等效转化为电压代价函数,并采用无差拍方法通过电流模型计算出参考电压。然后,基于抑制三次谐波电流为0的原则合成虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V3);通过重构V3和扇区,以直接获得参考电压矢量对应的最优电压矢量。最后,对传统和简化FCS-MPFTC在开路和短路故障下进行对比实验。结果表明,所提策略能够有效减小故障后计算量、转矩脉动以及电流谐波含量。     

自适应改进模糊调节电压矢量占空比永磁同步电机直接转矩控制

设计了模糊调节电压矢量占空比永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC),采用开关表选择电压矢量,采用模糊控制器确定电压矢量占空比。仿真结果表明,与传统DTC相比,可有效抑制磁链和转矩脉动,但也存在转矩较大时开关表控制失效引起转矩脉动的问题。针对开关表控制失效问题,提出了采用电压矢量选择策略取代开关表来选择电压矢量的改进控制策略。仿真结果表明：改进控制策略可有效抑制因开关表失效引起的转矩脉动,但动态性能较差。因此,进一步提出采用开关表与模糊调节电压矢量占空比的自适应切换控制。动态下,系统采用开关表控制;稳态下,系统采用改进模糊调节电压矢量占空比控制。仿真结果表明,自适应改进模糊调节电压矢量占空比控制可在保证良好稳态性能的基础上提升动态性能。     

单相PWM整流器两矢量有限集模型预测电流控制

为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-based finite-control-set model predictive current control)方法。该方法根据整流器的3种电压矢量进行扇区划分,并在每个开关周期内同时作用一个扇区内的2个边界矢量;结合电流误差评价函数,求解出各扇区边界电压矢量的最优作用时间;最后采用电流误差评价函数值最小的扇区边界矢量,并通过调制模块产生相应开关信号。为验证所提方法的正确性和有效性,在小功率实验平台上对该TV-FCS-MPCC与传统FCS-MPCC方法进行了实验对比研究,研究结果表明:TV-FCS-MPCC方法可以有效实现单相PWM整流器的控制目标,与传统FCS-MPCC方法相比,所提方法可以实现开关频率的固定,并降低网侧电流THD。     

一种简化的PMSM连续控制集模型预测电流控制

研究了基于三相逆变器相电压占空比的简化的连续控制集模型预测电流控制。通过改进电压矢量的合成方式,保持和传统矢量控制方法相同控制性能的前提下,将电流预测计算的次数由6次减少为3次,同时提高了母线电压利用率。通过对比实验对该方法进行验证,结果证明该方法能获得和SVPWM控制相同的稳态性能,有效地降低了电流纹波,且保留了模型预测控制在动态过程的控制性能。     

五相永磁同步电机串级模型预测电流控制

在五相永磁同步电机（PMSM）模型预测控制中,通过繁琐的计算法获取权重系数难以保证系统控制性能最优。针对该问题,本文采用级联模型预测控制的思想,提出五相PMSM串级模型预测电流控制。首先,分析所提方法选择最优电压矢量的机理。然后,结合五相PMSM的特点,设定被控变量的控制优先级,提出两种无权重系数的成本函数设计方案：基波电流优化方案采用幅值高的电压矢量,提高直流母线电压利用率和动态响应能力;谐波电流优化方案减小定子电流谐波,以降低系统噪声和振动。实验结果表明,所提方法能够保证施加电压矢量的最优性,使五相PMSM在不同工况下获得转矩脉动小、动态响应快、谐波电流小的良好性能。     

基于改进电压空间矢量调制的有源滤波器双滞环电流跟踪控制策略

以同时减小开关频率和电流跟踪误差为控制目标,提出一种电力有源滤波器电压空间矢量双滞环电流跟踪控制的新方法.该方法直接在复平面上实施控制,能够准确给出参考电压矢量,并结合误差电流矢量与双滞环选择优化的开关状态输出.双滞环的运用,有效降低高次谐波分量的同时保证了电流响应速度;电压空间矢量脉宽调制精确合成参考电压矢量,在恒定开关频率的同时提高了直流电压利用率.该控制策略简单可靠,鲁棒性强,易于离散化实现.仿真及实验结果均证明了其可行性及良好的暂稳态补偿性能.     

基于复合控制的有源滤波器电流控制新方法

为提高有源滤波器的电流跟踪性能,提出一种改进的基于电压空间矢量的双滞环电流控制新方法,该方法利用电流误差矢量与参考电压矢量的空间分布,基于内环的开关状态选择减少高次谐波分量,外环的开关状态选择加快响应速度原则,给出最佳的电压矢量切换,从而有效控制电流误差。电压空间矢量的引入可以提高直流电压利用率,降低开关频率,改善滤波器性能。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。     

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

无差拍优化五相永磁同步电机有限集模型预测转矩控制算法

多相永磁同步电机驱动系统在低压大功率、高可靠性的应用场合日受青睐和瞩目。首先研究了适用于五相永磁同步电机系统的传统有限集模型预测转矩控制(finite-control-set model predictive torque control,FCS-MPTC)算法,为了消除d3-q3谐波子空间的低次电流谐波,构造了包含谐波项的目标函数。然后,为了减小FCS-MPTC算法实现时带来的巨大计算量,提出了一种基于转矩与磁链无差拍估算的每个控制周期内电压矢量控制集优化方法。所提算法不仅保持了传统FCS-MPTC算法优越的稳态性能、快速的动态响应和低次电流谐波抑制能力,同时显著减少了数字实现的运算量。最后,将所提算法分别与两种传统FCS-MPTC算法进行半实物实验对比分析,验证了所提算法的正确性和有效性。     

用于抑制SSR的高压大容量低频电流发生器的研究与实现

针对火电厂用于提高机组抑制次同步谐振(SSR)能力的机端阻尼控制器向机组定子注入与扭振模态互补频率的次同步和超同步补偿电流的问题,提出一种应用级联式H桥多电平逆变器实现高压大容量低频电流发生器(HHLCG)的控制系统设计方法。HHLCG存在低频电流与输出的工频电压矢量非同速旋转、解耦困难、直流电压波动较大、电容电压平衡等突出问题,对HHLCG的电压内、外环和电流内环的三环控制方法进行了研究,重点研究了电压环的控制,提出电压闭环控制中对采样直流电压经过平滑处理的方法和占空比微调电容电压平衡控制方法。搭建了基于RTDS的数/模混合仿真平台。仿真及现场试验结果表明所提方法能够准确跟踪低频次同步目标电流的同时,实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好,动态响应快。     

异步电机SVPWM矢量控制系统仿真

在分析异步电机矢量控制原理的基础上,根据空间电压矢量脉宽调制理论,在Matlab／Simulink下建立了基于空间电压矢量脉宽调制的异步电机矢量控制仿真模型。仿真结果表明,该系统具有良好的动静态性能,提高了直流电压利用率,很好地降低了电机的电流谐波成分和转矩脉动。     

船用五相感应电机模型预测电流控制研究

传统五相感应电机矢量控制中包含多个PI参数需整定,且存在电压调制环节而造成控制系统结构复杂。引入模型预测电流控制代替矢量控制以解决该问题。获得预测模型后,在预测电流控制器中对五相逆变器输出的32个电压矢量进行遍历寻优,得到最优电压矢量的开关状态。为解决五相感应电机谐波空间电流影响,在代价函数中使用权重因子对谐波电流项进行调节,实现对谐波电流的抑制,并给出谐波含量与转速及权重因子之间关系。仿真结果表明,应用模型预测电流控制策略的五相感应电机动态响应速度快,在工况切换时依然具有良好的控制效果。     

改善电能质量的电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略

基于两相静止(αβ)坐标设计交流电网不平衡条件下电压源换流器高压直流输电(voltage source convener based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的双矢量电流及谐波补偿控制(αβ-dual vector current & harmonic compensation controller,αβ-DVCC&HC)方案,实现抑制直流电压2倍频波动及减小交流电流谐波的控制目标.在电流控制环中无须电流及电压正负序分解,改善了传统dq坐标双矢量电流控制(dq-dual vector current controller,dq-DVCC)策略因正负序分解带来的稳定及动态性能方面的问题,避免了电流控制环中引入3次交流谐波的可能性,显著降低了不平衡电网交流谐波电流.同时为了减小功率脉动对另一侧正常运行电网电能质量的影响,在电流控制环中加入3次谐波补偿,提高了电能质量.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC模型及αβ-DVCC&HC控制器,仿真结论表明本文控制策略的有效性.     

改进的五相电压源逆变器SVPWM算法

根据五相系统基波空间的大空间电压矢量在三次谐波空间相应地变成小空间电压矢量的特点,在五相电压源逆变器最近四矢量SVPWM算法的基础上,提出了一种改进的SVPWM算法。新算法能够同时合成基波空间和三次谐波空间的参考电压矢量。以电压源逆变器供电的五相永磁同步电机的驱动系统为例,搭建了基于Simulink的仿真模型,仿真结果表明:采用改进的SVPWM算法能够同时控制定子基波和3次谐波电流,定子电流近似于平顶波,定子电流峰值降低,电机性能得到提高。