基于DPWM1的无差拍解耦控制的三相并网逆变器

针对三相并网逆变器的特点,提出了一种新的基于不连续PWM调制的无差拍解耦控制策略。和传统不加补偿的无差拍控制器相比,新的无差拍控制器在相同的采样频率下可以减少输出电流脉动和畸变,改善了三相并网逆变器的性能。分析了不同不连续PWM的特点,根据三相并网逆变器的特点,DPWM1方式被采用。采用电网电压定向矢量控制和无差拍控制,实现了三相并网逆变器的d轴电流和q轴电流的解耦控制,使d轴电流控制三相并网逆变器的有功功率,q轴电流控制三相并网逆变器的无功功率。加了控制延时补偿的无差拍控制器,具备非常快速的动态响应能力,真正实现一拍达到给定值。实验结果验证了该方案的可行性和正确性。     

模块化多电平变换器全电平产生原理及电容均压策略

模块化多电平变换器每个桥臂有N个模块,根据调制方法的不同,输出可以产生N+1电平(基本电平)和2 N+1电平(全电平),文中研究了这两种输出的工作机理,以及对桥臂电感的影响,研究了电平产生、环流及电容电压控制之间的关系。在此基础上,针对载波重叠脉宽调制(PWM)策略,提出了一种基于PWM信号轮换的模块电容均压策略,该策略可以根据需要调整策略的执行时间,以减少因均压带来的开关状态变化。通过一个560V直流输入的实验和仿真平台验证了所提出均压策略的有效性。     

三相抛物线PWM电流控制解耦方法(方法I)

抛物线脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流控制方法具有与传统滞环控制相媲美的高精度、快速电流跟踪控制性能,并能保持开关频率基本恒定,可广泛用于各种电压型功率变换器。但是现有文献仅给出了单相抛物线PWM电流控制方案,并未涉及如何用于三相三线变换器。该文利用叠加原理,将三相三线系统等效为虚构的三相四线系统与虚构的零序系统之和,提出一种三相抛物线PWM电流控制解耦方法,该方法通过3个独立的单相抛物线PWM电流控制器对虚构的三相电流进行控制,间接实现三相三线变换器实际电流的高精度快速跟踪控制。仿真和实验结果验证了该解耦控制方法的可行性和有效性。     

半桥式三端口变换器建模与解耦控制

提出一种半桥三端口变换器的解耦控制方法,实现系统的能量管理和各端口控制环路间的解耦。给出一种基于竞争策略的功率控制方法,变换器可以在不同工作状态下稳定工作且能够实现在各工作状态之间自由切换;采用状态空间平均法建立半桥三端口变换器的小信号模型,详细分析了各端口之间控制量与被控量的耦合关系,据此提出一种解耦控制方法,通过设置控制环路带宽和引入解耦控制变量,将其多输入–多输出控制系统转化成多个单输入–单输出控制系统,实现各端口控制环路之间的近似解耦;实验结果表明,功率控制策略的正确性和解耦控制方法的有效性。     

Z源光伏并网逆变器无差拍解耦控制

提出了光伏并网系统的无差拍解耦控制策略,并将其应用于三相Z源光伏并网逆变器中。通过无差拍控制与改进的空间矢量脉宽调制技术相结合,实现了Z源光伏并网系统有功与无功功率的解耦控制。采用双时采样策略减少了无差拍控制由于采样与运算时间的存在造成的控制延时,提高了无差拍控制的精度与稳定性。仿真与实验结果表明,该控制策略能实现Z源的升压,并网电流谐波畸变率低,而且能实现并网电流与电网电压同相位即单位功率因数运行。     

基于幅值分布函数的换流器平均化模型及其应用

随着新能源发电的迅速发展,电力系统中换流器的数量大大增加。为了提高含多换流器的电网电磁暂态仿真效率,提出一种基于幅值分布函数的换流器平均化模型,其中开关函数平均值通过Lebesque积分得到。同时,推导了该模型在Dommel方法下的等值模型,并提出一种预测校正迭代算法,求解其中的待定参数。采用新的平均化模型和算法,可以增大平均化周期,从而加快仿真速率。以含多个光伏电站的交流系统为算例,对比分析换流器的详细模型、动态平均化模型和基于幅值分布函数的平均化模型,验证了所提方法的准确性和快速性。     

风力发电三相PWM变换器的建模和控制

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器能灵活调节功率和功率因数,可用作风力发电机和电网之间的功率接口。文章深入研究了PWM变换器的建模,建立了基于简化等效模型的旋转坐标下的数学模型和PWM变换器各部分数学模型。对风力发电PWM变换器的控制策略和控制器设计进行了讨论,使用Matlab工具建立了PWM变换器的仿真模型,仿真结果表明了PWM变换器建模和控制策略的正确性。用dSPACE硬件在回路平台上构建了实验系统,实验结果验证了文中仿真建模的正确性。     

模块化多电平换流器电容电压的分布式均衡控制方法

子模块电容电压的均衡控制是模块化多电平换流器(MMC)的关键问题,通常的做法是在中心控制器通过排序法或附加控制量法集中实现电容电压的均衡控制,当级联的子模块数目巨大时,中心控制器存在占用计算资源过多甚至难以实现的问题。提出一种MMC子模块电容电压的分布式均衡控制方法,将电容电压的均衡控制环分散到各子模块控制器中实现,每个子模块控制器仅需要完成自身电容电压追踪桥臂电容电压平均值的控制,均衡控制环简单且占用计算资源小,当级联的子模块数目大幅增加时,中心控制器的计算资源变化较小。通过对基于MMC的双端柔性直流输电系统的RT-LAB仿真结果和物理试验结果验证了所提出的分布式均衡控制方法的正确性和有效性。     

永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略

永磁直驱风力发电系统中可采用全功率双脉宽调制（PWM）变换器作为永磁同步发电机（PMSG）的并网电路,当风速变化时,双PWM变换器的直流链电压会随着PMSG输出功率的改变而出现大幅度波动,这将不利于变换器功率器件的安全运行及整个发电系统的稳定运行。结合永磁直驱同步风力发电系统的运行特点,提出一种适用于永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略。系统仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的正确性,该方案可显著提高风速变化时双PWM变换器的直流链电压的稳定性,有助于提高发电系统的安全稳定运行能力。     

混合型模块化多电平换流器的模型预测控制方法

混合型模块化多电平拓扑是由传统模块化多电平拓扑在每个桥臂上增加一个H桥模块构成。对于混合型模块化多电平换流器(MMC),基于比例积分(PI)控制器的双闭环控制策略需要多个参数控制器且具有参数整定复杂、对控制参数敏感等问题。为此,结合子模块电容电压排序算法与H桥模块控制算法,提出一种基于模型预测控制的分层控制策略,该方法通过建立相对应的指标函数对交流侧电流、环流与子模块电容电压进行分层控制,从而确定各子模块与H桥模块的开关状态。与传统控制方法相比,该方法原理简单、无需考虑复杂的参数整定且可使系统具有良好的动静态性能。最后搭建了混合型模块化多电平换流器的仿真平台,仿真结果验证了所提控制策略的有效性与正确性。     

适用于电压源换流器型高压直流输电的模块化多电平换流器最新研究进展

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为多电平换流器家族中的一员,其技术特点非常适用于电压源换流器型高压直流(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)输电领域。为了分析MMC的最新研究进展,首先介绍了MMC的拓扑电路及其工作原理,分析了其技术特点和应用领域,比较了其相对于传统2电平和3电平VSC拓扑的优势所在。然后分别从MMC的数学模型、调制策略、子模块电容均压、预充电、内部环流、控制方面、换流阀试验以及其在VSC-HVDC系统中的工程应用等方面,回顾了MMC目前在国内外的最新研究进展和工程应用现状,并指出了MMC自身的缺点和今后亟待研究的关键问题。已有的研究表明,MMC在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来高压直流输电技术的一个重要发展方向。     

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。     

适用于电压型变流器的新型间接电流控制方法

为了克服变流器传统的相位幅值控制方法的不足,更加可靠、有效地实现功率因数校正,改善电流波形,推导出一种只需检测直流输出电压便可适用于电压源型双向脉宽调制PWM变流器的新型控制方法。该方法依据传统的相位幅值控制原理,对PWM整流器输入电流进行开环控制,开关机理清晰,控制简单,所需成本低,有一定的实用价值。系统仿真和实验验证了该方法的有效性。     

基于占空比调制的模块化多电平换流器模型预测控制

近年来,模型预测控制因其原理简单、控制方式直接、多目标控制容易实现等优点被广泛应用于模块化多电平换流器(MMC).但当前的模型预测控制方法主要存在开关频率不固定、各模块功率损耗不均衡、平均开关频率较高等问题.文中提出一种基于占空比调制的模型预测控制方法.首先,根据交流输出电流和环流的控制目标,利用MMC离散数学模型,逆向推导得到桥臂电压差与电压和的参考值,并将其直接换算为上下桥臂投入模块数的占空比.然后,利用载波进行调制并结合所提子模块电容电压平衡方法,实现了MMC定频控制.所提方法无须对目标函数进行遍历寻优和权重系数调节,计算量低且与子模块数量无关,容易实现子模块故障容错.最后,仿真和基于StarSim软件的实验验证了所提方法的有效性和正确性.     

基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制

桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的桥臂由多个全桥子模块和带有反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联,通过上下桥臂轮流导通来输出多电平的正弦波。如何维持AAMC子模块电容电压稳定是AAMC研究的难点。从桥臂能量平衡的概念出发,建立了在特定角度进行上下桥臂换流实现桥臂子模块电容电压控制的能量平衡方程,提出了换流角的计算方法。通过桥臂最大导通电压的研究,提出了两个换流角的解与无功功率的互补特性。依据无功方向优化选择换流角,有效降低了桥臂最大导通电压,减少了桥臂所需子模块的数量。通过换流角与电容电压耦合机理研究,提出了局部线性化的电容电压一阶模型,以此为基础提出了换流角前馈与比例—积分(PI)控制相结合的电容电压控制策略,既提高了控制响应的快速性,又保证了电容电压的稳定性。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于换流角的子模块电容电压控制方法的有效性。     

不平衡电网下脉宽调制整流器模型预测直接功率控制

目前关于脉宽调制(PWM)整流器模型预测控制(MPC)的研究主要集中在平衡电网条件下进行,在电网不平衡时采用MPC进行控制的研究比较鲜见。为此,文中提出一种适用于电网不平衡下PWM整流器控制的模型预测直接功率控制(MPDPC),其控制目标是消除输入有功功率的二倍频脉动并保证网侧电流正弦。相比传统的MPC,该方案仅在原有功率参考值的基础上增加一个补偿值即可实现。该功率补偿值的获取无需坐标旋转变换和电网电压电流的正负序分解,具有原理简单、容易扩展和鲁棒性好等优点。仿真和实验结果验证了所提出的MPDPC在电网不平衡时的有效性和可行性。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

大容量门极可关断晶闸管变频器的技术分析

对大容量门极可关断晶闸管（GTO）变频器系统的电路结构和能良好保持各单元变频器间电流平衡的多重化脉宽调制（PWM）控制方法进行了分析。采用多重化和PWM控制后,不仅增大了装置容量,而且改善了输出电压波形,大幅度降低了高次谐波;与交一交变频器系统相比具有同等以上的指标,同时实现了电源电流的正弦化和电源的高功率因数运行。该系统在轧机主传动等各个领域中有着广阔的应用前景。     

采用载波移相调制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的底层控制策略,研究载波移相调制(carrier phase-shift modulation,CPSM)方法及相应的直流电容电压平衡控制策略。首先,以桥臂为单位设计CPSM策略,推导出保证桥臂输出特性不变的约束条件;其次,从理论上分析控制子模块直流电容电压的原理,揭示出桥臂的能量自然平衡状态,进一步提出电容电压的附加平衡控制。在10 kVA实验室样机上进行的稳态和动态实验,验证了所提控制策略的有效性。CPSM结合电容电压附加平衡控制方法,可以使各子模块的开关频率确定,不引起额外的开关损耗,并能够避免计算量过大的问题。     

电流型双有源桥式双向DC-DC变换器的建模与解耦控制

对于电流型双有源桥式双向DC-DC变换器,分析了其工作原理与稳态特性。通过列出变换器半周期内的状态方程,对变换器进行小信号建模并推导出系统传递函数。由于系统在进行闭环控制时移相角与占空比之间的相互耦合会降低系统动态性能,因此需要采用解耦控制来解除二者之间的相互耦合,进而提出了一种稳态解耦控制策略。一方面通过建立相对增益矩阵来分析控制量与被控制量间的匹配关系来设计控制器,另一方面基于系统稳态过程增益矩阵得到系统稳态解耦矩阵,2个回路的相互影响通过加入系统稳态解耦矩阵而大大降低。最后通过仿真与实验对所提控制策略的有效性和合理性进行了验证。