具有共模电压减小和电容电压平衡的五电平有源中点钳位型变换器SVPWM算法

针对五电平有源中点钳位型(ANPC)变换器共模电压和电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的改进空间电压矢量调制(SVPWM)算法。所提SVPWM算法能够减小共模电压,同时实现悬浮电容电压和直流侧电容电压的平衡控制。首先,通过选取合适的冗余开关状态减小共模电压。其次,根据各相悬浮电容电压偏差和输出电流方向,选取合适的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。同时,提出一种中点电压模型预测控制(MPC)策略,根据目标函数对所有五段式开关序列进行滚动寻优,选取最优开关序列。最后,实验验证了所提SVPWM算法的有效性。     

一种改进的单相九电平逆变器FCS-MPC方法

针对多电平逆变器悬浮电容电压传感器成本高、易受噪声影响、使系统设计复杂化的问题,提出了一种改进的模型预测控制方法.该算法可分为两步:第1步根据母线电容电压、当前的开关状态、输出电压在线估算出飞跨电容电压;第2步根据价值函数代入13个电压矢量,计算各个电压矢量的价值函数值,选择一个最小的值作为输出电压矢量.该方法无需昂贵的飞跨电容电压传感器,省去了传感器及其调理电路,降低了逆变器的体积和成本,实现了对电容电压和负载电流的跟踪控制.最后,通过仿真和实验验证了该算法的可行性.     

基于模糊控制的永磁同步电机动态有限状态集模型预测转矩控制

永磁同步电机传统有限状态集模型预测转矩控制一般采用逆变器生成的全部电压矢量,并且电机在任何运行状态下,备选电压矢量集合均固定,从而使得转矩脉动大和计算量较大.基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩变化的作用规律,采用模糊控制器动态确定备选电压矢量集合.模糊控制器输入为定子磁链和转矩误差,输出为3个备选电压矢量的幅值和角度.仿真结果表明与传统固定有限状态集相比,其可有效减小磁链和转矩脉动,减小了模型预测转矩控制的运算量,但平均开关频率有所增大.为了减小平均开关频率,将零电压矢量也作为备选电压矢量之一.仿真结果表明:使用零电压矢量可有效减小平均开关频率,但动态下转矩响应较慢.为了提高转矩动态响应,提出当系统处于动态时,备选电压矢量只使用模糊控制器输出的3个电压矢量,仅当系统处于稳态时,才加入零电压矢量.仿真结果表明:该策略使得系统控制性能基本保持不变,提高了转矩动态响应速度,并消除了动态下磁链和转矩脉动.     

低共模干扰的永磁同步电机驱动系统模型预测控制

为了解决永磁同步电机驱动系统中传导共模干扰问题,本文提出一种降低系统共模电压的主动抑制方案。在传统的模型预测控制方法基础上提出一种新型改进方法,该方法避免使用零矢量,并且从系统延时和开关频率方面做了相应的优化措施。针对系统延时引起的控制性能下降现象,采用了延时补偿策略以改善传统模型预测控制的预测精度。设计了优化的矢量选择方法,仅允许特定的电压矢量参与代价函数的计算与比较,可以降低控制器的运算负担,同时也避免了因任意开关状态之间的切换造成的开关频率增加。时域及频域的仿真结果表明,该方法能有效降低永磁同步电机系统中三相逆变器输出侧的共模电压,实现开关频率和定子电流纹波的减小。     

单相五电平有源中点箝位型光伏逆变器悬浮电容电压平衡策略研究

分析了一种五电平 ANPC逆变器拓扑及工作原理,针对此拓扑的悬浮电容电压平衡问题,给出了一种悬浮电容电压的平衡方法.该方法以载波周期交替选择同一输出电平的不同冗余状态,并通过实时检测悬浮电容电压,采取电压滞环控制策略,实现悬浮电容电压平衡.该平衡方法减小了悬浮电容容值和体积,实现了上下侧开关管损耗的均衡分布,为样机的热设计提供了良好基础.最后搭建了３．３kW 样机对理论及仿真结果进行验证,证明了该平衡策 略的可行性。     

单相五电平有源中点箝位型光伏逆变器悬浮电容电压平衡策略研究

分析了一种五电平ANPC逆变器拓扑及工作原理,针对此拓扑的悬浮电容电压平衡问题,给出了一种悬浮电容电压的平衡方法。该方法以载波周期交替选择同一输出电平的不同冗余状态,并通过实时检测悬浮电容电压,采取电压滞环控制策略,实现悬浮电容电压平衡。该平衡方法减小了悬浮电容容值和体积,实现了上下侧开关管损耗的均衡分布,为样机的热设计提供了良好基础。最后搭建了3.3kW样机对理论及仿真结果进行验证,证明了该平衡策略的可行性。     

三相逆变器的最小共模电压PWM控制

提出了一种新的三相逆变器抑制共模干扰最优PWM控制策略。该控制方法在常规空间矢量控制策略的基础上,采用构造零矢量的方法来减小逆变器输出的共模电压幅值,并通过免疫算法来计算最优的作用时间,使得三相逆变器输出波形THD最小。本文介绍了算法各个操作步骤和零矢量构造方法的具体实施过程,搭建了基于DSP控制器的动态实验平台进行小容量模拟实验,实验和仿真结果表明该算法所产生的最优PWM控制序列与常规空间矢量控制策略相比不仅能有效地抑制逆变器输出的共模电压幅值,还能明显减小逆变器输出波形的总谐波畸变率。     

三电平光伏并网逆变器SHEPWM优化控制方法

提高输出电能质量、抑制共模电压和减小电磁干扰对提高光伏并网逆变器的性能具有重要研究意义。以三电平有源中点钳位型(3L-ANPC)光伏并网逆变器为研究对象,将特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的三相输出波形视为空间状态矢量,分析SHEPWM对应的各开关状态矢量产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响,从而提出一种改进的SHEPWM控制策略,在降低并网逆变器输出共模电压的同时,有效地控制了3L-ANPC光伏并网逆变器的中点电压平衡。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

基于多电平随机脉宽调制技术的共模电压和谐波抑制方法

在PWM电机驱动系统中,多电平逆变技术可以降低系统中的共模电压和谐波含量,但是由于开关频率是固定的,在开关频率处的谐波仍很大。随机开关频率空间矢量调制技术可以通过对零矢量的控制,实现对共模电压的抑制,并且开关频率的随机化,使得开关频率处的幅值较大的谐波分散为一定带宽的幅值较小的谐波,降低了谐波的幅值。给出了混合型七电平逆变器的拓扑结构及控制方法,将高压单元的低频输出和低压单元的高频输出进行叠加,实现七电平的电压输出。分析了不同的开关状态对共模电压的影响,提出了用于共模电压抑制的矢量选择方法和用于降低谐波的开关频率随机化方法,仿真和实验结果显示,多电平逆变技术和随机脉宽调制技术的结合使用,大大降低了系统的共模电压和开关频率处的谐波分量。     

考虑中点电压平衡的三相四开关变换器模型预测电压控制

三相四开关变换器作为三相六开关变换器的容错结构,在离网模式下,直流侧电流经电容流入故障相,导致直流侧中点电压不均衡,进而降低了负载侧电能质量,影响电容器寿命。针对此问题,设计一种考虑中点电压平衡的模型预测电压控制策略。首先,对离网模式下的电压矢量进行分析,建立αβ两相静止坐标系下的电压预测模型。在此基础上设计中点电压平衡控制,通过低通滤波器提取直流侧电容中点电压偏差值中的直流分量,经预测模型计算得到电流补偿值。将其代入价值函数求解最优电压矢量,进行模型预测电压控制,实现三相四开关变换器离网模式操作。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真及实验,验证了所提出控制策略的有效性。     

基于空间电压矢量的有源中点箝位型五电平逆变器母线中点电压平衡问题的研究EI北大核心CSCD

有源中点箝位型五电平(active neutral-point-clamped five-level,ANPC-5L)变换器与三电平相比,具有输出电压等级较高、输出功率更大、电流谐波含量较低等特点,在高压大功率领域具有较高的研究价值。以ANPC-5L变换器作为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制控制算法,通过分析ANPC-5L变换器的单相拓扑结构及其工作原理,针对不同开关状态下的ANPC-5L变换器的母线中点电压的波动模型进行研究分析,得出了平衡母线中点电压偏差的公式及ANPC-5L变换器中点电位的平衡域曲线。以此为基础,提出一种有效平衡中点电压的控制方法,通过选择参考电压矢量所在三角形的开关序列及同时控制复用矢量的作用时间之比,实现了悬浮电容电压与中点电压的解耦和平衡控制,最后通过实验进一步验证了控制算法的正确性和有效性。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

基于功率跟踪目标函数定频模型预测控制的三相PWM整流器

传统有限控制集的模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)在一个控制周期内输出单一的开关状态,当采样频率较低时,控制精度较差,且开关频率不固定导致交流侧滤波器难以设计。针对上述问题,在传统FCS-MPC的基础上,为三相脉冲宽度调制(pulsewidth modulation,PWM)整流器提出一种基于功率跟踪目标函数的定频模型预测控制。首先基于FCS-MPC的功率跟踪目标函数最小值求解,精确计算变换器输出电压矢量的扇区,接着根据扇区确定控制周期作用的两个有效矢量和零矢量,最后利用3个矢量的功率跟踪差值计算各电压矢量的作用时间。通过仿真验证,与传统FCS-MPC相比,所提方法能实现开关频率的固定,减小功率脉动,提高整流器的输出性能。     

基于混合谐波与附属电压的MMC变频运行方法

针对模块化多电平变流器(MMC)在变频运行状态下子模块电容电压存在剧烈脉动、桥臂电流以及输出电流出现严重畸变的问题,提出一种基于混合谐波注入与附属电压能量控制的MMC变频运行控制策略。该策略从MMC桥臂能量出发,通过将注入混合谐波的高频共模环流与方波高频共模电压相结合,抑制子模块电容电压脉动并降低桥臂电流开关应力和系统损耗。同时,还引入了附属电压能量控制,实现了三相桥臂能量的均衡控制,简化了额外的环流控制器,改善系统的稳定性。最后通过实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统

基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。     

一种新型五电平逆变器电容电压平衡策略研究

以一种新型有源中点筘位型五电平逆变器拓扑为研究对象,分析了其工作原理,重点研究了其开关状态对母线中点电压和悬浮电容电压的影响。在此基础上提出一种最优开关组合控制策略,基于最优函数的思想选择合适的冗余开关状态组合实现电容电压的平衡控制。仿真和实验验证了所提出的平衡控制策略的有效性。所提平衡思想与控制策略可广泛应用于各种有源中点箝位型拓扑,具有较强的推广性与实用性。     

嵌套式中点可控型五电平变换器新型空间电压矢量调制策略

针对嵌套式中点可控型(nested neutral point piloted,NNPP)五电平变换器电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的五电平NNPP变换器新型空间电压矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法。同时,给出悬浮电容电压平衡和直流侧中点电压平衡控制策略。通过选取各相输出电平对应的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。根据中点电压波动模型,提出一种基于开关序列优化(switching sequence optimization,SSO)的中点电压平衡控制策略。采用五段式开关序列设计,建立目标函数,根据中点电压偏差,对开关序列进行动态选择,选取最优开关序列。最后搭建了五电平NNPP变换器实验样机,稳态和动态实验结果验证了所提新型SVPWM算法和电容电压平衡控制策略的有效性。     

基于预测控制技术的逆变-电机系统共模干扰抑制

共模电压幅值大小是衡量电磁干扰强弱的重要指标,较大的共模电压会对电机绕组间绝缘和电机轴承产生严重的危害。通过电压源逆变器驱动的三相电机共模电压的建模控制与分析,发现模型预测控制可以有效减小共模电压,比传统的屏蔽滤波技术有减少成本与体积等优势,但会带来输出电流波形的畸变。在传统的三相感应电机电流预测控制基础上,引入共模电压幅值的影响,通过调节代价函数相应影响因子的权重,达到低输出电流畸变与低共模电压的平衡。通过仿真分析验证了此控制策略的有效性与可行性。     

基于磁链误差改进算法的PMSM直接转矩控制

针对永磁同步电动机DTC系统转矩脉动较大的问题,采用电压空间矢量调制技术,设计了一种基于磁链误差改进算法的直接转矩控制系统(改进型SVM-DTC系统),该方法由磁链误差计算单元计算定子磁链参考值与观测值之间的误差,通过空间电压矢量调制得到有效参考电压,从而输出逆变器控制信号。这样在一个开关周期内选择最合理的空间电压矢量来完全补偿电机转矩和定子磁链的观测值与参考值之间的误差,减小电磁转矩脉动。仿真结果表明,该方案既有效减小了电机转矩脉动,又保持了直接转矩控制快速动态响应的特性。     

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。