不平衡负载情况下基于双序dq坐标系双级矩阵变换器的闭环控制研究

不平衡负载会引起双级矩阵变换器(TSMC)输出电压的不对称,三相不对称电压可按照对称分量法分解为3个平衡分量:正序、负序和零序分量,该文基于对各分量分别在正序、负序同步旋转坐标系(dq坐标系)下表达式的推导,分析了基于单向dq坐标系PI闭环控制存在的问题,提出了基于双序dq坐标系的闭环控制方法:采用正序和反序两组PI控制器分别对输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈控制,所提方法可以控制正序分量跟随正序参考给定且稳态无静差,同时可以对负序分量进行完全控制,能有效快速抑制负载的不平衡扰动,保证了TSMC高性能的输出电压。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于阻抗分析的三相逆变器负载不平衡控制

通过逆变器输出阻抗的分析,得出了三相逆变器输出电压不平衡的根本原因,提出通过设计适当的闭环控制来减小逆变器输出阻抗,以减小三相输出电压不平衡度的控制思想。本文根据三相输出电压不平衡时的特点,提出了通过DSC提取出负载电压及电感电流中的正序、负序分量,分别在正序dq坐标系及负序dq坐标系下对正序分量及负序分量采用电压、电流的双环前馈解耦控制的方案,用于对逆变器负载不平衡引起的输出电压不平衡的控制。闭环输出阻抗的分析显示,该控制方案在整体减小闭环系统输出阻抗的同时,能够大幅有效地减小负序分量对应输出阻抗。仿真与实验结果证明,该控制方案对不平衡负载引起的输出电压失衡有较好地控制作用。     

基于dq坐标双级矩阵变换器的闭环控制研究

双级矩阵变换器(TSMC)是一种很有发展潜力的矩阵变换器,在实际应用中,TSMC常会遇到输入电压波动和输出负载变化等扰动,TSMC现有的控制方法均为开环控制,TSMC不能根据扰动自动修正开关函数,因此其输出电压会在扰动下产生波动。提出了基于dq坐标系TSMC输出电压的闭环控制方法:通过三相静止坐标到两相同步旋转坐标(dq坐标)的转换,将TSMC系统中的三相交流量变为适合PI闭环控制的直流量,使得PI控制器能够在扰动情况下自动调节TSMC逆变级开关函数,维持输出电压幅值恒定,保证了TSMC高性能的输出。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于虚拟同步机的微电网不平衡工况下改进控制策略

虚拟同步发电机技术能为微电网频率稳定提供虚拟惯量,而微电网运行时会存在大量不对称负荷,为补偿不平衡负载,输出三相对称电压电流,提出一种改进的基于虚拟同步机控制策略。在双二阶广义积分器中引入一个可调节系数λ,使输出的三相不对称电压能够准确分离出正、负序电压和电流,并提取出电压电流幅值、频率、相角信息,使输出电压达到三相平衡。电流控制采用一种基于dq坐标系的分序控制,使三相不平衡电流输出平衡。最后在Matlab/Simulink仿真平台和HIL硬件在环实验平台中通过对比传统虚拟同步控制策略和改进后虚拟同步控制策略,验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

系统不平衡情况下静止无功发生器控制策略与仿真研究

通过分析静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)的工作原理及其在配电网系统不平衡状态下的补偿原理,在传统负序电流检测方法中增添了正、负序电流分离与检测和滤波环节,提出了基于正、负dq坐标系的补偿控制策略,设计了两组分别建立在正、负序dq坐标系的PI控制器,实现了对正序和负序分量的双向同步独立控制,搭建了不平衡系统仿真模型,以系统负载不对称配电网为例进行仿真实验,结果表明所提控制策略性能优越。     

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。     

静止无功发生器在不平衡系统中的控制策略研究

针对电网中三相负载不平衡或大容量单相负载的使用在电网中产生大量负序电流,对其造成严重影响的问题,对SVG数学模型进行分析基础上提出了基于dq坐标变换正序与负序双向同步控制静止无功发生器(SVG)的控制策略,采用两组控制器分别对SVG输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈独立同步控制,达到既可补偿由感性或容性负载产生的正序无功电流,又可以有效抑制电网中负序电流的目的,提高了电网功率因数,减少了由负序电流引起的电网不平衡等故障。通过MATLABSimulink的仿真分析证明了该控制方案的合理性和有效性。     

三相四桥臂逆变器输出电压负序分量抑制研究

与其它拓扑类型的三相四线逆变器相比,三相四桥臂逆变器具有电路形式简单,体积小,电压利用率高等突出优点,并通过增加第四桥臂,使其具有带不平衡负载的能力.然而由不平衡负载引起的三相不平衡电流会导致输出电压中含有负序分量和零序分量,对此可以采用两组PI控制器来实现输出电压控制.一组基于逆时针旋转坐标系的PI控制器用于调节正序电压分量,另一组基于顺时针旋转坐标系的PI控制器用于消除负序电压分量的影响.在此,提出并分析了一种基于两组旋转坐标系的三相四桥臂逆变器双闭环PI控制器设计方案,在此基础上设计了一台5kVA样机,并通过了实验验证.     

不平衡负载时三相逆变器控制方法研究

负载不平衡时传统电压电流双环PI控制器无法实现三相逆变器输出电压平衡,对此提出了一种改进的电压电流双环PI控制器,利用信号延迟对消技术,将输出不平衡电压分解为正序分量和负序分量,在同步正、负序旋转坐标系中,正、负序电压变为直流量。分别在正、负序旋转坐标系中对各个量进行控制,使负序分量无静差跟踪零参考电压,有效地提高了三相逆变器带不平衡负载的能力,降低了输出电压的不平衡度,提高了电能质量。给出了在负载不平衡时输出电压的正、负序分离方法,分析了整个系统的控制框图,实验结果证明了改进算法的有效性和可行性。     

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于Simulink的异步电机同步旋转系下的仿真

为了研究异步电机在各种条件下运行和控制方法的改善,根据异步电机的动态数学模型,在坐标变换的基础上,利用Matlab Simulink软件包的矩阵连接(Matrix Concatenation)模块真正实现了电机数学模型的各部分在Simulink中的矩阵运算,构建了异步电机在同步旋转坐标系下的实际值的模型,在模型中保留了定、转子的0轴分量。通过对模型进行的实例仿真所得结果与电机参数的比较可知,所得仿真结果与实际电机相吻合,证明了所建立的模型是有效的。     

基于傅里叶级数的多时间尺度同步旋转坐标系电流跟踪控制方案

并联有源滤波器(APF)需要对不同频率的谐波电流实施跟踪控制,采用同一时间尺度控制很难实现对各次谐波电流的高准确度跟踪。提出一种基于APF的新型零静差电流跟踪控制算法,该算法使用基于傅里叶级(FS)数建立的多时间尺度同步旋转坐标系和比例积分运算(PI)。相对于常规的零静差控制算法,如比例谐振控制(PR),向量PI控制(VPI)等,提出的零静差电流跟踪控制算法增强了系统频率漂移适应性和抗干扰能力,尤其对高次谐波更加明显。对该控制算法的开环传递函数和闭环传递函数进行了详细分析。仿真和实验结果验证了该算法的有效性。     

基于Lyapunov函数的全数字锁相环的优化设计

对三相输入电压畸变条件下的矢量型数字锁相环工作原理及其非线性动态模型进行了研究,给出了一种基于Lyapunov函数的具有高稳定性和相位跟踪能力的三相数字PLL的设计方法。对环路滤波控制器和具有自动复位功能的压控振荡器分别进行离散化,解决了数字化过程中处理器有限字长的问题。对三相输入相不平衡、谐波、偏移等畸变条件下的PLL误差进行了计算和分析,采用PI控制器取代传统的环路滤波器,提高了三相数字锁相环抑制畸变的能力和跟踪响应的速度。采用DSP实现三相数字锁相环技术,并用于6kW逆变器功率因数的控制中,仿真和实验均验证了理论分析的正确性。     

APF控制器的动静态性能分析

讨论了基于可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Arrays,FPGA）实现的全数字控制器对并联型有源电力滤波器（Shunt Active Power Filter,SAPF）的动静态性能的影响,着重分析了数字控制器的运算延时和响应时间。最后,给出了控制器对SAPF动静态性能影响的实验结果。实验结果与理论分析一致。     

基于同步旋转坐标系的有源电力滤波器控制延时动态预测补偿策略

提出一种基于同步旋转坐标系(SRF)的有源电力滤波器(APF)控制延时动态预测补偿策略。该方法通过对各次SRF的相移控制,实现对APF各次谐波电流控制延时的补偿;同时,根据微变线性化原理,对SRF上暂态变化的同步谐波电流进行线性预测,从而实现对各次谐波电流控制延时的动态预测补偿。首先详细分析了APF控制延时的形成机理、对系统的影响以及延时抑制方法,在此基础上,重点论述所提控制延时动态预测补偿方法,并对基于该方法的APF控制系统进行分析设计。理论分析和实验结果表明,该方法能够实时响应负载暂态变化,精确补偿控制延时,有效提高谐波电流补偿的准确度。     

一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法

为了简化三相并网逆变器的谐波补偿控制,同时提高并网逆变器对电网背景谐波电压的抗干扰性能,提出一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法,该方法将本地谐波补偿和抗电网背景谐波电压扰动在三相并网逆变器控制中予以统一考虑。所提控制方法可根据控制目标的不同,在谐波抑制和谐波补偿两种模式下灵活切换。谐波补偿模式,在不需要进行谐波电流检测的前提下,可实现对本地负载谐波电流的有效补偿,简化了谐波补偿时并网逆变器的控制操作;谐波抑制模式,可抑制电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响,从而提高并网逆变器的抗干扰能力。通过对同步旋转坐标系下控制器到静止坐标系的等效变换,建立了整个控制系统在静止坐标系的频域模型,分析了系统的频域跟踪特性和稳定性。仿真与实验结果证明了所提方法的有效性。     

移动平均在并联有源电力滤波器中的应用

在并联型有源电力滤波器的设计中,若采用d,q同步旋转变换来提取谐波电流,则低通滤波器(Low Pass Filter,简称LPF)是设计的关键环节.介绍了d,q同步旋转变换和采用移动平均算法的LPF的基本原理,并通过仿真与常用的Butterworth LPF相比较,证明了移动平均算法在动态响应速度(15 ms以内)和稳态精度方面具有一定的优势.经试验验证,动态响应速度为15 ms,补偿后电流的THD达到2%左右,由此得出结论,基于移动平均算法的LPF具有优良的动态响应速度和稳态精度.     

新型统一电能质量调节器解耦控制方法

推导了ab 变换和dq0变换间存在对偶的变换特性,利用两者间的相互变换能解决某一类型的交叉耦合问题。针对基于dq0系统统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)模型中存在双环强耦合问题,证明了该耦合问题可通过ab 和dq0间的变换实现完全解耦。在此基础上提出了基于两相同步旋转dq坐标系的UPQC完全解耦的新型控制策略,控制过程中由于dq两相完全解耦,使控制更加简单、易实现,控制品质得到提高。大量基于EMTDC/PSCAD软件的仿真证明了该控制方法的有效性。