基于无谐波检测三相四开关APF模型预测控制

提出一种基于无谐波检测技术的三相四开关并联有源电力滤波器(TFSAPF)模型预测控制(MPC),该控制取代了传统四开关逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,无需扇区判断和电压基矢量作用时间计算,避免了因母线中点电位偏移导致扇区误判断及合成零电压矢量存在误差。分析了传统SVPWM算法和MPC对系统的补偿效果,得出在预测允许误差范围内,提前预测两个采样周期的指令信号具有更好的补偿性能。新型控制方案省略了谐波检测相关运算,简化了调制算法。仿真结果验证了该方法的有效性与实用性。     

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。     

基于调制函数模型预测直接功率控制的单相PWM整流器

有限集模型预测直接功率控制（FCS-MP-DPC）算法是利用系统模型来预测下一周期的有功无功功率,通过迭代寻优得到使给定功率与实际功率之间误差最小的电压矢量进行控制,它存在着在线计算量大、开关不固定、谐波畸变率高等问题。基于此,提出一种基于调制函数的模型预测直接功率控制（MP-DPC）算法,该算法是利用整流器输入端电压面积等效的原则,引入调制函数,再根据功率误差最小的评价函数选择最优调制函数,最后结合PWM模块将调制函数转转成开关状态进行控制。与FCS-MP-DPC算法相比,提出的MP-DPC算法有效降低了FCS-MP-DPC逐个迭代寻优的计算量,同时固定了开关频率,降低了电流谐波畸变。最后Matlab/Simulink仿真和半实物实验验证了该算法的正确性。     

光伏并网逆变有限状态模型预测直接功率控制

针对并网逆变器传统直接功率控制存在开关频率不固定、输出滤波器复杂和采样频率高等问题,在构建光伏并网逆变器有限状态直接功率控制的预测模型的基础上,提出一种光伏并网逆变器的有限状态模型预测直接功率控制方法。对系统输出有功和无功进行预测,根据代价函数,选择使输出功率脉动最小的电压矢量并作用于下一采样周期。此外,对系统进行一拍延时补偿,并实现功率的动态调节。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

一种基于改进模型预测控制算法的空间矢量PWM虚拟磁链直接功率控制策略

虚拟磁链定向的空间矢量PWM直接功率控制（VF-DPC-SVM）策略的功率内环PI控制参数整定过程复杂,电压型整流器（VSR）控制稳定性不高、快速性较差。对此,论文提出虚拟磁链定向的改进模型预测直接功率控制（VF-MPDPC）策略。在功率内环用模型预测控制（MPC）算法代替PI控制器改善VSR的控制系能,并引入内模反馈校正环节在每个采样周期修正功率的预测给定值,通过改进的MPC模型实现对瞬时功率的高精度跟踪。仿真分析表明： 改进的VF-MPDPC策略使系统稳态时调整时间短,响应快,电网污染小,输出母线电压质量高,功率纹波小;动态响应鲁棒性高,稳定性能好。     

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。     

不平衡电网电压下的PWM整流器预测电流控制

传统的PWM整流器预测电流控制在理想电网下能够取得良好的动、静态性能,具有开关频率固定、动态响应快和谐波小等优点,但在不平衡电网下会带来电流畸变、功率脉动和直流母线电压波动等问题。基于一种新型瞬时功率理论提出在理想电网和不平衡电网下都能够获得良好性能的改进预测电流控制。该方法以得到正弦网侧电流、消除有功二倍频波动为控制目标,通过解析推导得到相应的电流参考值,然后基于电流无差拍原理得到下一时刻的电压参考值,进而用空间矢量调制来合成该参考电压矢量。相比现有基于传统瞬时功率理论和正负序分解的解决方案,所提出的改进预测电流控制无需复杂的正负序提取计算和功率补偿算法,能够有效抑制功率波动和电流谐波,具有较大的实用价值,其有效性通过仿真和实验得到验证。     

三电平脉冲宽度调制整流器定频直接功率控制

在传统的直接功率控制和电压定向控制的基础上,给出了三电平脉冲宽度调制整流器的数学模型,提出了一种固定开关频率的三电平脉冲宽度调制整流器直接功率控制方法。该控制结构为直流电压外环、功率控制内环,实现了有功功率和无功功率的动态解耦,且采用空间电压矢量调制,开关频率固定,简化了滤波器的设计。仿真结果表明,该控制方法能保证中点电位平衡、网侧电流谐波小,具有良好的动、静态性能,实现了单位功率因数运行。     

基于改进预测直接功率控制的有源滤波器

针对有源电力滤波器应用电压定向直接功率控制在启动或轻载时有功功率、无功功率、直流侧电压波动较大,开关频率不固定,而现有的预测直接功率控制模型不精确等问题,提出了一种基于恒定开关频率的改进预测直接功率控制策略。该策略采用一种精确的预测算法计算出参考电压矢量,利用空间电压矢量脉宽调制策略(SVPWM)来跟踪参考电压。仿真结果表明在APF启动以及负载突然波动时,改进的预测直接功率策略具有更好的稳态和动态性能。     

电网电压不平衡情况下PWM整流器恒频直接功率控制

恒频直接功率控制(constant switching frequency direct power control,CSF-DPC)具有开关频率固定、动态性能好、系统采样频率较低等优点。电网电压不平衡会在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)型整流器交流侧产生大量谐波电流,使系统有功功率大幅波动,恶化系统性能。针对上述情况,提出一种新型恒频直接功率控制策略。该策略首先分离出电网电压和电流正、负序分量;然后在正、负序双旋转坐标系下计算瞬时功率与参考值之间的误差,根据误差生成整流器正、负序参考电压;合成后采用空间矢量调制(spacevector modulation,SVM)算法产生整流器电压,对功率进行补偿。该策略可有效抑制交流侧电流谐波,减小系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,改善系统稳态性能。仿真与实验结果证明了该策略的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机电流模型预测控制策略

虚拟同步发电机因能为电网提供电力电子装置渗透率提高所降低的惯性和阻尼而得到广泛关注。虚拟同步发电机采用PWM控制输送电网电流,但需要PWM波调制和PI控制。基于此,提出了虚拟同步发电机电流模型预测控制策略,以无需PWM波调制和PI控制的模型预测控制来弥补PI调制参数复杂、调制困难的缺陷,同时提高灵活度,增强鲁棒性。采样变换器的输出电流经虚拟同步发电机和电流预测模型分别生成参考电流、预测电流,根据代价函数,选取8种开关矢量中误差最小的一组作用于变换器,形成电流闭环控制。所提控制策略结构简单,灵活易操作,能在为电网提供惯性和阻尼的同时,还提供有功和无功功率支撑。仿真和实验验证了所提策略的有效性。     

有源电力滤波器自校正预测控制方法

提出了基于预测控制和空间矢量调制的有源电力滤波器输出补偿电流控制方法.利用外推拉格朗日插值法对有源电力滤波器输出电压进行线性预测,并对其引入校正因子,得出了基于自校正的无差拍指令电压计算模型,以实现对输出补偿电流的闭环无差拍控制;随后在对指令电压进行空间矢量调制过程中简化传统的矢量定位方法,并优化空间矢量的作用时序以降低功率器件的开关损耗.在电网电压不对称且存在畸变条件下的理论分析和仿真结果证明该方法能有效的跟踪指令电流的变化.以此为基础设计一套三相并联型有源电力滤波器,并在10 kV电力系统试运行,实验结果验证了该控制方法的有效性.     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。     

基于有限控制集模型预测控制的APF控制策略仿真

为提高三相四线制电容中分型有源电力滤波器(APF)的稳态和动态补偿特性,引入有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)作为其电流控制策略。首先建立并推导了系统在三维αβγ坐标系下的离散预测模型,使得三相耦合和不平衡电流问题得以解决;并根据预测模型,计算出所有预测电流,通过遍历法找到最优开关状态作为输出,达到快速跟踪指令电流的目的,无需调制环节,控制十分简单;同时采用双环PI控制实现直流侧电容电压的稳定和平衡。最后,通过与复合控制方法的仿真比较,验证了该策略在APF系统控制中的可行性和有效性。     

DVR的不平衡浪涌和过电压控制

讨论无串联隔离变压器的动态电压调节器(DVR)在不平衡电压浪涌或过电压情况下的补偿问题。使用不可控整流为直流侧电容充电的DVR,在补偿时只允许其向系统注入有功功率。在浪涌或过电压发生时,DVR可能发生从系统吸收有功功率的情况,如果仍然使用传统的同相或相位不变电压注入控制方法,将导致直流侧电容电压迅速升高,可能损坏开关器件或储能单元。利用最小能量补偿控制方法也不能完全解决该问题,因而提出一种单向功率流动控制算法。该算法通过将参考电压旋转一定的角度,使DVR无论在3相平衡与不平衡浪涌或过电压的情况下,都不从配电系统吸收有功,同时能将负荷电压补偿为3相平衡且达到正弦的额定值。该算法加入对DVR最大补偿极限的考虑,以确保注入补偿电压不超过DVR的补偿极限。文中对直流母线电压不可避免的泵升问题提出了缓冲控制策略。最后,仿真结果验证了算法的正确性及有效性。     

一种集成车载充电器的优化直接功率控制

以九开关变换器和非对称六相电机集成车载充电器拓扑结构为研究对象，研究了一种在充电模式下优化的预测直接功率控制策略。该控制策略运用滑模控制方法追踪参考直流电压并给定参考有功功率，采用拉格朗日插值法预测模型功率，计算下一采样周期的有功功率和无功功率，结合矢量脉宽调制（SVPWM）技术实现功率开关控制。在MATLAB/Simulink环境中搭建系统模型，仿真结果表明，该方法能够实现单位功率因数下的稳定运行，能够有效降低交流侧电流总谐波失真（THD），改善系统的动态和稳态性能。     

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。     

电压源型三相逆变器的模型预测控制策略

为了提高电压源型三相逆变器的控制性能,设计了一种新颖的模型预测控制(MPC)策略.新型MPC控制器使用三相逆变器系统的离散时间域模型来预测所有可能电压矢量生成的负载电流,并选择使所设计的成本函数最小的矢量作为最优矢量输出.成本函数中主要考虑的指标是下一个采样周期的电流误差.利用仿真软件和搭建的三相逆变器样机测试平台开展...     

Z源三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制策略

对Z源三相四桥臂逆变器的稳态工作原理进行了深入分析,并提出一种改进的三维空间矢量脉宽调制策略,通过合理地选择直通桥臂,将直通状态插入到传统零矢量状态中,保证不影响有效开关状态和输出电压。同时,分析了直通占空比和调制比的耦合关系,得出直通占空比的最大取值,进而提出相应的最大恒定升压控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建Z源三相四桥臂逆变器仿真模型,并在平衡及不平衡负载工况下进行仿真。仿真结果表明:Z源三相四桥臂逆变器在所提三维空间矢量脉宽调制策略下,不仅可以实现升压控制,而且相较传统Z源三相三桥臂逆变器,在不平衡负载条件下也能取得良好的控制效果。     

三相四桥臂D-STATCOM电流预测控制方法研究

为了解决配电网中存在的三相电流不平衡、谐波污染等问题,本文提出了基于电流预测控制的补偿方法。采用瞬时无功功率理论,计算出所需的补偿电流,然后将电流预测控制方法运用到D-STATCOM,建立其离散化数学模型,采用遍历法推算出在全部开关函数组合分别作用下的补偿器输出电压,并用合适的价值函数来选择最优的开关组合,按照补偿电流的参考值快速输出补偿电流。在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了仿真验证,按照所设计的控制策略,对三相四线制下的不平衡感性负载和注入谐波两种情况进行了无功补偿和谐波消除仿真,仿真结果表明所提出的控制方法能够实现快速的无功补偿和谐波消除。