基于三角波载波控制的单相电压型并网逆变器研究

针对单相电压型并网逆变系统,设计了电流内环、电压外环的双闭环控制系统,建立了内外环数学模型;运用MATLAB／Simulink建立了单相并网逆变系统仿真模型,对双闭环控制系统及滤波电路的性能进行了验证分析。结果表明,基于三角波载波的双闭环控制,具有较高的稳态精度和较快的动态响应。     

基于前馈解耦控制的电压型PWM整流器可逆运行研究

研究了一种基于前馈解耦的电压型PWM整流器系统双向运行控制策略,使整流器在整流以及有源逆变状态下都能实现高功率因数运行。建立了两相旋转坐标系下整流器的低频数学模型;在分析整流器能量双向流动的基础上给出了控制方法,采用电压外环与电流内环的双闭环结构,由电压外环控制功率的流向与大小;通过前馈解耦,对d轴电流与q轴电流独立控制,并给出了电压凋节器与电流调节器的设计方法,使系统在整流与逆变状态下都能达到较高的动静态性能;最后给出了仿真实验验证结果。     

向无源网络供电的MMC-HVDC逆变站高性能控制策略

向无源网络供电的逆变站通常采用电压外环、电流内环的控制方法,存在控制结构复杂、4个比例—积分调节器参数调整困难、负载扰动下动态响应较慢、向非线性负载及不对称负载供电时电压质量较差等缺点。为此,首先建立了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统逆变侧静止坐标系下的暂态数学模型,并推导其离散数学模型,进而据此设计了逆变站模型预测直接电压控制(MPDVC)策略。为减少MPDVC的计算量,将无差拍控制和模型预测控制相结合提出无差拍MPDVC,并定性分析了两种控制策略的等价关系。在PSCAD/EMTDC中搭建21电平MMC-HVDC仿真模型,在各种工况下对无差拍MPDVC进行了仿真验证,并与电压外环、电流内环的控制方法进行仿真对比。仿真结果表明,无差拍MPDVC在各种工况下均能向无源网络提供较高电压质量的电能,具有良好的稳态性能和动态性能,控制性能明显优于电压外环、电流内环的控制方法。     

孤岛模式下串联型微电网亡逆变环节的建模及控制

首先给出了串联型微网结构及逆变环节等效模型;其次,通过状态空间平均法建立了逆变环节的大信号模型,并给出了相应的传递函数;最后,基于该模型设计了系统控制器（电压外环准比例谐振（QPR）控制、电流内环比例控制）参数设计。实验结果验证了所建模型和控制器设计的正确性。     

一种离网型并联逆变系统鲁棒电压控制方法

针对带非线性负载的离网型并联逆变系统,设计了一种鲁棒电压控制方法。该电压控制采用串级结构:电压反馈补偿环节、电流跟随内环、比例-谐振-微分(PRD)电压控制外环。电压反馈补偿环节和电流跟随内环实现逆变滤波系统的降阶,便于外环控制器的设计;PRD电压控制外环对基波和特征次谐波分量采取并行准谐振控制,微分环节可进一步降低闭环系统阶次。所提鲁棒电压控制方法无需引入额外负载电流反馈补偿项,便可实现抵抗负载电流扰动,实现高精度电压跟随效果,避免补偿项采样和计算延时引起的低鲁棒性问题。实验结果表明:所提出的鲁棒电压控制方法能够提高并联逆变系统的功率均分效果,降低逆变系统之间的环流,具备抵御非线性负载扰动的能力。     

一种双电压环的电网电压发生器系统的研究

对比不同电网电压发生器拓扑结构,分析各拓扑结构优缺点,设计了一种单相级联型电压发生器拓扑。根据此拓扑结构原理建立其数学模型,在分析数学模型的基础上推导出了双电压环控制系统:有效值外环、瞬时值内环及电流内环的传递函数,并对控制系统的传递函数波特图进行分析,得出其设计的合理性,最后通过仿真和实验验证了电网发生器控制策略的有效性。     

逆变式等离子切割电源双闭环控制策略

基于逆变式空气等离子切割电源非接触式引弧及切割过程对输出电压电流的控制要求,提出一种具有指令电流前馈的电流外环电压内环的双闭环控制策略,通过建立切割电源的等效数学模型,对双闭环控制系统进行了频域分析与设计.仿真和实验表明:所提控制方法具有响应速度快、超调小、负载适应性强和稳态精度高等优点,克服了传统控制方式下可能出现引弧失败的缺点,极大地提高了切割起弧成功率,并且对切割负载的扰动有很强的抑制能力.     

逆变器并联系统均流控制策略的研究

针对逆变器并联系统的系统环流,提出了一种基于解耦控制的逆变器并联系统均流控制策略,对各逆变器设置一个独立的逆变电压调整电路,通过调节逆变电压使各逆变器的输出电压均相等,同时采用电压外环、电感电流内环的双闭环控制方式来达到均分负载电流,即实现均流控制的目的。因各逆变电压调整电路独立控制,因而完成了逆变器并联系统均流控制的解耦。在Matlab/Simulink下建立两台逆变器并联系统仿真模型,仿真结果证实解耦控制下系统均流性能较为理想,系统环流较小。     

LCL型并网逆变器重复双闭环控制方法

并网逆变器需要具有较高的稳态控制精度、快速的动态响应性能以及较强的抗干扰能力。而传统单环重复控制方法动态特性较差,基于逆变侧电流反馈的重复双闭环控制方法和网侧电流反馈单环控制方法纹波较大,稳态精度不高。因此,提出了一种基于电网电流反馈内环和重复控制外环的双闭环控制策略。利用数字控制固有的一拍延时特性,设计了控制系统内环,实现LCL滤波器的稳定控制;根据内环闭环传递函数特性,设计了相应陷波器、二阶滤波器以及超前环节作为控制系统外环;同时,引入了给定前馈和电网电压前馈控制环节来抑制电网电压对系统的影响,以增强系统的动态性能。理论分析和实验结果表明,该方法使LCL型并网逆变器具有稳态精度高、动态性能好以及抗干扰能力强的优点。     

电压型PWM整流器比例-积分控制器的参数设计

PWM整流器采用直接电流控制策略和双闭环控制结构,内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,利用PI调节实现电流的快速跟踪控制。外环电压控制器由PI控制器构成,能够保证直流电压的稳定运行。由整流器的控制结构及其在旋转dq坐标系下引入PI调节器后的数学模型,简化得到电压环、电流环传递函数,根据控制系统要求采用3种方式设计PI参数。分析3种方式设计的PI参数下系统抗扰动性,用MATLAB仿真验证设计方法的正确性,结果表明在采用典型二型系统设计和二阶系统设计方法下,系统具有良好的动态性和稳定性。     

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高（1800 V）,为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。     

基于SVPWM和模糊PI参数自整定的Z源逆变器并网研究

相比于传统的电压/电流型逆变器,Z源逆变器能实现升降压变换的功能,同时桥臂不需要死区时间,变换器可靠性更高。在传统SVPWM调制方法里,通过在零矢量中插入直通状态(同一桥臂同时导通),使其应用在逆变器中。Z源逆变器在实现更好交流输出的同时,实现了对直流侧电压任意倍数的升压。对于Z源逆变器传统的控制策略是采用电压外环和电流内环构成的双环PI控制,但双环PI控制无法达到较高的控制精度并且并网电流谐波畸变率较高。针对PI控制的局限性,提出了模糊PI控制器。该控制器利用模糊控制技术,根据误差大小对PI参数进行实时在线调整,从而满足最优的性能要求。通过仿真研究,试验结果证实了所提方法的有效性和正确性。     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

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...     

一种高性能三相四桥臂逆变器控制器的设计

三相四桥臂逆变器能有效地处理不平衡和非线性负载，然而其控制方法通常非常复杂。该文提出了一种性能优异、设计简单的控制器及其设计方法，该方法基于极点配置的PID电压单环控制。为了得到三相四桥臂逆变器的数学模型，采用开关周期平均法和旋转坐标变换建立连续定常系统模型，在此模型的基础上设计简单明了的PID控制器。根据三相四桥臂逆变系统的控制传递函数、期望的极点分布和性能指标，计算出最佳的PID控制参数。对该系统工作于不平衡负载时输出电压的不平衡程度分析，和非线性负载时输出电压的谐波含量对比分析，结果证明该文提出的方法具有很好的动静态特性，该方法与诸多其他控制方法相比具有原理简洁、应用方便、参数整定灵活等杰出优点。详细的仿真结果和实验结果验证了该方法的正确性。     

一种基于单位功率因数控制的有源电力滤波器

为解决谐波污染、改善电能质量,采用基于单位功率因数的控制方法,提出了一种只需检测系统侧电流及逆变器直流电容电压,而无需实时检测、计算负载谐波电流,直接控制系统侧电流为与电网电压同相的标准正弦波的控制方法,其补偿电流的控制策略采用比例积分控制和三角波调制。按照H桥逆变器的单极性脉宽调制的主电路研制了一台高性能的5kVA单相有源电力滤波器实验样机。理论分析、仿真及实验结果证明该有源电力滤波器可同时实现补偿负载无功及谐波电流,控制简单且具有良好的动态性能。     

双级矩阵变换器的过调制策略

针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题,在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下,该文提出了一种可以提高电压传输比的双级矩阵变换器调制策略。该调制策略将双级矩阵变换器分为两级控制：整流级采用常规电流空间矢量合成法;逆变级根据电压传输比的不同要求将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区。根据过调制程度要求的不同,又将过调制区域分为过调制区域Ⅰ和过调制区域Ⅱ,各个区域分别采用不同的调制模式控制逆变级的输出。论文从理论上分析了过调制策略的原理。仿真和实验结果表明, 双级矩阵变换器过调制时输出电压基波可以精确控制,谐波畸变率比较小,输入输出电流波形质量好。     

微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略

对微网分布式电源逆变器进行了多环反馈控制器的设计与研究.在分析采用闭环控制的逆变器输出阻抗受线路参数和控制器参数影响的基础上,进行内环电压电流控制器的设计,电压控制器采用PI控制器稳定负荷电压,采用比例环节的电流控制器提高系统响应速度,并且设计控制器参数使输出阻抗为感性阻抗.在此基础上利用下垂特性设计外环功率控制器,实现微网内多逆变单元间的无线通信控制.所设计的多环控制器使微网联网运行时可以输出高质量的电能.当电网发生故障,微网由联网模式转到孤岛模式,分布式电源将自动调节功率输出,实现功率共享且不同模式之间的平滑切换.仿真结果证明了控制方案的有效性.     

双降压式全桥逆变器

为避免桥臂功率管直通问题和提高输入直流电压利用率,在全桥逆变器和双降压式半桥逆变器的基础上,提出了双降压式全桥逆变器(dual buck full-bridge inverter,DBFBI),该逆变器具有无桥臂直通、输入直流电压利用率高、效率高、续流二极管可优化选取等优点。半周期调制方式减小了功率管的开关损耗及导通损耗,分析了半周期调制方式下电路的工作模态,给出了电感电流连续与断续时输入输出电压关系。设计了采用滞环电流控制的双降压式全桥逆变器系统,通过控制逻辑设计使之实现了半周期运行模式。仿真和实验结果证明该逆变器具有高质量的输出电压波形和良好的动态响应特性。