PWM整流器直接功率控制开关表优化方法

该文通过功率变换器的数学模型,分析了现行直接功率控制(DPC)系统的原理。传统DPC系统功率内环采用一个开关表同时控制瞬时有功功率和无功功率,开关表的设计决定了系统的动、静态性能,为了满足不同的控制要求,本文详细分析了开关表的设计方法,通过对传统开关表的改进,克服了传统开关表的缺点,获得了良好的功率控制效果。仿真结果验证了新开关表设计方法的有效性。     

DFIG风电机组网侧变换器的复开关表直接功率控制

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求.在分析网侧变换器数学模型和DPC原理的基础上,提出了一种基于复开关表的DPC新策略.该策略可根据变换器的交流输入电压、瞬时功率等工作状态,提供细化的开关表以供选择,从而在保留传统DPC结构简单特点的同时,获得了高精度的控制效果.仿真和实验结果表明,该控制策略在电网发生对称性过电压、电压跌落和不对称性故障时,均能保持三相输入电流的平衡、稳定,用于DFIG风电机组交流励磁变频电源的控制中能提高电网故障下风电系统的穿越运行能力,并减少脉宽调制变换器产生的电力谐波污染.     

基于直接功率控制的AFE变换器研究

研究了一种基于直接功率控制(DPC)的有源前端(AFE)变换器,该变换器具有网侧电流正弦、功率因数高、直流电压恒定、动态和稳态性能好、能量可双向流动等优点.首先,建立两相同步旋转坐标系下AFE变换器的功率控制模型,在此基础上外环采用电压平方控制,并采用电压给定值斜率限制,改善启动性能;内环采用功率前馈解耦控制,结合瞬时功率理论,用空间矢量算法取代开关表控制,解决传统DPC中开关频率不固定的问题,实现了对有功功率和无功功率的无耦合独立控制.仿真和实验均验证了该控制策略正确可行.     

基于新型开关表的DPC在三相光伏并网中的研究

将直接功率控制(DPC)应用于三相光伏并网系统中,分析了光伏特性,建立了电压型PWM整流器的数学建模,研究了DPC系统的原理,通过分析传统开关表的不足,提出了一种新型的开关表。利用Matlab/Simulink仿真,比较了基于传统开关表的DPC与基于新型开关表的DPC在三相光伏并网中的性能。结果表明:基于新型开关表的DPC可以较好的改善三相光伏并网系统的性能,对光伏并网系统具有一定的意义。     

双馈风机电网侧变换器控制方法研究

在双馈风机风力发电中,转子侧广泛采用双PwM变换器作为风机励磁及控制器件。针对靠近电网侧的PWM换器的控制方法进行研究,分析了传统直接功率控制方法的原理和特点,针对开关表的使用导致系统开关频率不固定的问题,提出了使用空间电压脉宽调制（SpaceVoltageVectorPulseWidthModulation,SVPWM）技术代替开关表的控制策略。以达到固定开关频率的效果,同时将虚拟磁链（VirtualFlux,VF）理论引入直接功率控制策略中,大大价低了系统复杂程度。仿真结果表明,基于vF—SVPWM的直接功率控制的方法,达到了固定开关频率、降低系统复杂性以及实现电网侧PWM变换器交流侧单位功率因数运行的效果,系统具有良好的动静态性能．     

单相PWM整流器定频模型预测功率控制算法

针对传统单相PWM整流器开关表直接功率控制算法的系统功率脉动大、开关频率不固定、网侧谐波高等问题,借鉴三相PWM整流器的模型预测直接功率控制(MP-DPC)算法,提出了一种基于占空比优化的单相PWM整流器MP-DPC算法。首先,依据瞬时功率理论,通过虚拟坐标系构造网侧电压与电流的旋转矢量,给出了一种单相系统功率求解算法;然后,研究不同开关状态对系统功率的影响,给出了单相PWM整流器最优开关状态选择与占空比求解的MP-DPC方法;最后,分别对滞环开关表DPC与MP-DPC算法进行了计算机仿真及半实物实验对比研究,结果表明:与滞环开关表DPC算法相比,该MP-DPC算法具有控制精度高、开关频率恒定、网侧电流谐波含量低等优点,也验证了该算法的有效性和优越性。     

高效宽电压增益CLLC谐振变换器分段控制研究

提出了一种新的CLLC变换器的分段控制,解决了传统脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)和脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)存在的软开关范围窄和开关频率变化范围宽等问题.该控制策略基于LLC变换器上的分段控制,在实现软开关前提下,将其三段控制优化为两段,在高、低电压增益时分别采用PFM、对称PWM控制,可实现较大开关增益范围的窄开关频率变化范围,以及全工作区间内的原边开关器件零电压开关(ZVS);分析了针对该控制策略的参数设计、以及基于相关参数的分段区间确定方法;最后,利用MATLAB仿真验证了该方法的可行性与优越性.     

基于航空电源的九开关变换器控制方法研究

对基于航空电源的九开关变换器控制方法进行了研究,该系统由永磁同步发电机、九开关变换器以及控制器组成。介绍了九开关变换器的分时控制原理,将变换器的控制分为机侧整流控制模型和网侧逆变控制模型来分别进行研究,机侧与网侧模型都采用了双闭环控制的方法,通过Matlab/Simulink仿真得出:所采用的控制方法达到了变速恒频发电的要求,并有效地减少了网侧输出电流的谐波含量。     

10kV统一电能质量控制器配电网应用研究

给出了10 kV配电网基于模块化多电平变换器技术的统一电能质量控制器(modular multilevel converter based unified power quality conditioner,MMC-UPQC)装置提高实用性的五种方法。第一种方法采用变比可变的变压器代替传统MMC-UPQC的串联变压器,提高了MMC-UPQC电压暂降补偿深度;第二种方法采用双串联变换器串联代替传统MMC-UPQC的单串联变换器,减小了公共直流侧电压,降低了阀组柜绝缘要求;第三种方法在电压暂降期间控制并联变换器吸收适量的有功功率,减少了MMC-UPQC子模块直流电容的释放能量,减小了直流电容的容量;第四种方法 MMC-UPQC子模块采用混频控制,根据子模块需治理的电能质量问题设定控制脉冲的频率,减少了子模块内开关器件损耗,降低了散热措施要求;第五种方法在控制策略中引入环流抑制控制,减小了MMC-UPQC变换器内部的环流电流及桥臂电抗器感抗。与传统MMC-UPQC装置相比,采用所提五种方法的MMC-UPQC装置能提高电压暂降补偿能力,减小占地面积和成本。     

九开关型航空电源系统的电压矢量控制研究

建立了一种基于九开关变换器的航空变速恒频交流电源系统,采用的控制方法分为输入侧的电流补偿控制与输出侧的电压补偿控制,通过两种控制分别达到输入侧电流波形为正弦,输出侧电压幅值频率为115 V,400 Hz的目的。从而满足航空变速恒频电源系统的供电要求。提出了一种能减少开关次数的九开关变换器电压矢量控制方法,并对所建立的控制模型进行仿真分析,结果验证了九开关型航空变速恒频交流电源系统在电压矢量控制下具有良好的动态性能。     

Robust Direct Power Control Schemes of DFIGs Driven by Variable-speed Wind Turbines

Despite its several advantages, a classic direct power control (DPC) technique of doubly fed induction generators (DFIGs) driven by variable-speed wind turbines has some drawbacks such as high power ripples and variable switching frequency. In this paper, two robust controllers are designed to improve the classical DPC performance without complicating the overall scheme. First, an integral sliding mode controller (ISMC) is designed to regulate the stator active and reactive powers. Two integral switching functions are selected for controlling stator active and reactive powers. The idea of total sliding mode controller is selected to avoid reaching phase stability problem. Second, a diagonal recurrent neural network (DRNN) controller is designed and trained based on DPC. The DRNN has several advantages compared to the classical static neural networks such as recurrence and simple construction. Simple off-line back-propagation algorithm is proposed to train the proposed DRNN. The stability of the proposed ISMC and DRNN controller is proved using the Lyapunov stability theorem. The grid side converter is controlled based on the DPC principle to ensure both constant DC-link voltage and grid side reactive power. The feasibility of the proposed DPC schemes is validated by simulation studies on a 1.5-MW wind power generation system. The performance of the proposed schemes is compared with a conventional DPC scheme under different operating conditions.     

基于虚拟磁链的STATCOM定频直接功率控制

提出一种基于虚拟磁链的无电网电压传感器瞬时功率检测方法,用以对STATCOM进行直接功率控制（DPC）。针对传统开关表DPC因PWM变流器开关频率变化造成的滤波器设计困难等问题,采用电压空间矢量调制（SVPWM）方式实现定频控制。理论分析及仿真结果表明,基于虚拟磁链的STATCOM定频DPC系统具有结构简单、抗干扰能力强、动静态特性好等优点,实现了无功功率的快速检测和动态补偿。     

适用于PMSG背靠背变流器的新型电压矢量控制

直接模型预测控制DMPC （direct model predictive control）在改善背靠背BTB （back-to-back）变流器永磁同步发电机注入电网电能质量方面具有重要作用。然而，由于BTB变流器的可行电压矢量VVs （voltage vectors）都是用来预测和评估的，且其成本函数中的权重因素会影响控制性能，因此，DMPC的计算量比较大，调整过程复杂。为此，利用直接控制的简单性，结合直接转矩控制DTC （direct torque control）和直接功率控制DPC （direct power control），提出了一种新的直接模型预测磁通控制DMPFC （direct model predictive flux control）和直接模型预测功率控制DMPPC （direct model predictive power control）。首先，通过定义新的DTC和DPC切换表，在8个预测参数中只需要3个就可为BTB变流器选择最佳电压矢量，大大减少计算量。此外，为了避免权重因素的影响，本文将电磁转矩简单地转换为等效定子磁通，在成本函数中只考虑等效定子磁通。最后，实验结果表明，该方法的计算时间减少了26.9%，同时获得了最佳的控制效果。     

三相电压型PWM整流器双开关表直接功率控制策略

首先,提出了一种直接功率控制改进策略,用以解决三相电压型脉冲宽度调制整流器采用传统直接功率控制时存在的扇区判断算法复杂和无功功率周期性波动问题。该改进策略设置2个开关表,对无功功率误差进行判断,并根据误差大小选择不同的开关表。然后,对所提出的扇区判断方法进行了分析,该方法避免了复杂的坐标变换和反正切函数运算;给出了2个开关表的选择原则,即分别以最大限度地降低开关损耗和提高无功功率响应速度为原则。最后,通过MATLAB/Simulink仿真与传统直接功率控制进行对比。仿真结果表明,该改进策略不仅取得了更低的交流侧电流谐波总畸变率,同时有功功率、无功功率到达稳态的时间也提前近38.5%。     

一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用

超导磁储磁能(SMES)装置的超导磁体通过变流器与电网连接,为了减小装置向系统注入的谐波电流,各种改进的脉宽调制(PWM)技术被用于变流器的控制。该文分别用正弦波和三角波作为调制和载波信号,提出一种可用于电流源型变流器的实时电流控制的新型PWM开关策略,并在此基础上研究了能够按照系统要求对电流源型SMES独立地进行有功和无功功率四象限调节的实时功率控制方法。仿真结果表明,该开关策略不仅能够快速改变变流器交流侧电流的幅值和相位,有效降低变流器交流侧电流中的谐波含量,而且能够提高SMES装置的功率响应特性。同时该方法还具有控制策略简单,工程实现容易的特点。     

基于模糊滞环空间矢量的变换器控制策略

采用滞环空间矢量控制的三相电压型变换器电压外环调节主要依赖于传统比例积分(PI)调节器,所以当系统状态或者自身参数变化时,将难以使系统获得满意的动态性能。针对该问题,在电压外环引入模糊PI调节器,根据工程经验在线调整P、I参数,以应对系统变化。同时给出电流内环滞环空间矢量控制中开关状态的选择原则。仿真和实验结果表明,所提控制策略能够有效保证系统稳态性。此外,与采用传统PI调节器的滞环空间矢量控制策略的对比结果表明,所提控制策略可以将变换器的暂态响应时间减少55%以上,使系统获得更为出色的暂态性能。     

应用于混合动力变换器中的新型变频控制方法

针对混合动力车载变换器中由于电感量较小，而导致功率器件工作频率较高，从而引起开关损耗过大的问题，该文提出了一种新颖的变频控制方法。该方法根据DC/DC变换器输出电压的变化相应地调整开关管的工作频率，有效地减少了在整个电压输出范围内的开关损耗，避免功率模块局部过热。同时，针对额定电流输出时开关损耗应力较大的问题，提出了电感电流恒脉动的变频控制方法。以此保证在整个输出电压范围内电流峰值恒定，从而在提高电感利用率的同时减少了开关损耗。另外，当输出电流小于额定电流时，提出了一种损耗最小化的变频控制方案。实验表明，采用变频控制方法在减少电感体积的同时，并没有使功率开关的损耗明显增加，从而合理地解决了散热问题。该控制策略可以用于混合动力车载变换器中。     

一种LCL滤波器并网逆变电源准定频直接功率控制策略

针对传统逆变电源直接功率控制（DPC）开关频率不固定,导致系统输出滤波器设计困难,提出了一种LCL滤波器并网逆变电源准定频DPC策略。在传统并网逆变电源DPC的基础上,引入LCL输出滤波器,在低开关频率条件下实现了系统并网电流的低畸变,同时大大减小了并网总电感大小。对于LCL滤波器引入的高频谐振问题,引入了有源功率阻尼控制环节,保证了系统良好的稳定性和高并网性能。仿真试验结果表明,所提出的控制策略性能优良,在新能源并网发电领域有一定的应用参考价值。