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。     

不平衡电网三相四开关变换器预测功率控制

为了提高三相四开关变换器并网电能质量,提出一种适用于不平衡电网条件的有限控制集模型预测直接功率控制策略。分析三相四开关变换器的工作机制和电压矢量变化关系,并建立其功率预测模型。使用αβ静止坐标系下的电网电压以及其90°延迟信号计算功率补偿值,设计价值函数,选择最优电压矢量对应的开关状态。该控制策略无需传统的正负序分离控制及锁相环技术,易于实现。仿真和试验结果表明,在不平衡电网条件下,所提出的控制策略能够有效降低并网电流畸变,消除功率波动,提高并网电能质量。     

基于模型预测的T型变换器直接功率控制研究

电流模型预测控制由于具有多目标优化、无需控制器参数设计等优势,在现代电力电子变换器中获得了广泛应用,然而传统模型预测往往开关函数不固定,且需要分别对各个开关状态进行大量计算选定最优开关矢量。针对传统模型预测算法的缺陷,提出了一种改进型基于最优矢量的优化模型预测控制-直接功率控制(OMPC-DPC)方案,通过直接生成最优电压矢量极大简化计算过程,并将其应用于三电平T型并网变换器中。最后,结合全面的仿真与实验验证了所提策略的正确性。     

不平衡电网下三相PWM整流器预测直接功率控制

三相脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)整流器中,当电网电压不平衡时,传统的预测直接功率控制(predictive direct power control,PDPC)策略导致输入电流严重畸变,另外,网压传感器使整个系统变得更复杂,且耗费成本.为了改善PWM整流器输入电流质量,并降低系统成本...     

电网不平衡工况下三电平直接矩阵变换器反步滑模控制策略

三电平直接矩阵变换器(three-level direct matrix converter, TLDMC)因具有高功率密度、高效率、共模电压较小等特点,在电机驱动、分布式发电、可再生能源等领域受到广泛关注。但在电网电压不平衡工况下,TLDMC输入侧的电流畸变会影响功率因数和输出侧的电能质量,降低系统的可靠性。现有的TLDMC输入闭环控制策略不能兼顾高动态响应和强鲁棒性的要求。为此,提出适用于平衡和不平衡电网电压,且无需正负序分离的TLDMC反步滑模控制策略(back-stepping sliding-mode control, BS-SMC)。采用动态调制系数抑制不平衡工况下的有功功率2倍频波动,再通过消除Lyapunov导函数中的非线性项并引入滑模面作为虚拟误差来控制输入无功。经过理论和实验分析比较,结果表明所提方法相较于传统控制策略,响应速度和电能质量均得到提高。所提方法为矩阵变换器的输入控制策略提供了一种参考。     

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

精简矩阵变换器的能量双向流动控制策略

精简矩阵变换器是一种新型的功率变换器,具有体积小、重量轻、转换级数少和可靠性高等特点,在电网与电动汽车互动等领域具有很好的应用前景。本文对精简矩阵变换器的拓扑结构进行介绍,建立其数学模型;采用基于功率解耦的直接电流控制来实现能量双向流动;利用根轨迹法和Bode图对系统特性与稳定性进行分析,并对PI控制器进行设计;最后搭建RMC实验样机,实验结果验证了系统能够实现单位功率因数下的能量双向流动控制。     

不平衡电网下并网逆变器功率模型预测控制

当电网电压不平衡时,并网逆变器侧有功/无功功率波动、并网电流谐波显著增加.为解决该问题,提出一种新型的模型预测功率直接控制策略MPDPC(model predictive direct power control).在该控制策略中,采用电网电流、电网电压及其1/4周期延迟信号和电容电压差搭建功率模型;然后选择功率模型预...     

基于矩阵变换器的异步电机直接转矩预测控制

针对传统矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)中异步电机直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)系统的矢量开关表设计复杂,开关频率不固定的缺点,引入预测DTC策略.通过定子磁链误差和转矩误差计算出定子电压矢量控制指令,使该误差在下一周期趋于零,然后利用MC空间矢量调制技术合成该矢量,以实现对MC的控制.建立了基于预测控制的实验系统,并与矢量控制进行了比较实验,结果表明将预测DTC应用到MC供电的调速系统中是可行的,既保持了DTC控制的快速响应特性,又有与矢量控制相同甚至更优的低频稳态运行性能.     

并网电压源逆变器的电网电压调制直接功率控制

针对并网电压源逆变器(VSI)提出了一种电网电压调制(GVM)直接功率控制(DPC)策略。通过定义GVM的控制输入,可在不使用锁相环的情况下得到一个简单的、耦合状态的多输入多输出系统(MIMO)。在此基础上,依据设定的状态反馈线性化控制法则实现了有功和无功的解耦控制并获得了两个独立的二阶系统,从而不仅能够提高瞬时有功功率和无功功率的收敛速度,还能够获得良好的稳态性能。最后将系统转化为线性MIMO。所提出的方法通过使用MATLAB/Simulink和PLECS模块进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有良好的有功和无功功率跟踪性能,而且电网三相电流的纹波也比滑模DPC控制方法的大为减小。     

不平衡电网电压下的PWM整流器功率预测

为实现脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器的功率预测,采用直接功率预测算法,并设置了3个控制目标,即消除负序电流、消除有功功率波动、消除无功功率波动。为提高控制精度,采用T/4延时法(T=0.02 s),只提取正序电流分量和负序电压分量,无需提取负序电流分量,进而针对3个控制目标分别进行不同的功率项补偿。算例结果证明了该方法的有效性。     

双级矩阵变换器的直接功率控制策略

针对双级矩阵变换器(TSMC)的输入功率因数易受系统参数、负载等的影响,提出了一种基于空间矢量调制的直接功率控制策略。该策略对TSMC的整流级和逆变级进行闭环控制,在保证高输出性能的同时也解决了输入功率因数及电流谐波的问题,并且空间矢量调制避免了传统直接功率控制查表法中开关频率不稳定所产生的影响。仿真结果表明该系统具有良好的输入、输出性能,达到了对有功功率和无功功率的良好控制,实现了单位输入功率因数,系统具有良好的动、静态性能,从而验证了该方案的正确性和有效性。     

基于模型预测的PWM整流器直接功率控制

为了提高PWM整流器的动态性能,提出了一种新型的提高PWM整流器动态性能的模型预测直接功率控制(MPDPC)策略。传统MPDPC方案中,由于有功功率和无功功率将统一由单一成本函数控制,若2个控制目标中任何一个控制权重集中,则会导致相互干扰,影响控制动态性能。因此,设计了可重构权重因子成本函数,通过重新配置权重因子,降低了控制量之间的相互干扰,使得系统的动态性能得到优化。最后,对比试验结果验证了新型MPDPC方案的优势。     

电网电压不平衡下直接功率矢量控制

基于三电平PWM整流器的数学模型,结合瞬时功率理论得到了三电平PWM整流器的功率数学模型。通过对电网电压不平衡时整流器进行分析得到了功率表达式。根据功率数学模型提出了用于电网电压不平衡抑制交流侧三相电流负序分量的DPC-SVM控制策略。仿真和实验结果表明,此处提出的控制策略能有效抑制交流侧负序电流。     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。     

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。     

单相并网变换器预测直接功率控制策略研究

针对单相并网变换器,通过二阶广义积分构造与电网电压、并网电流正交的虚拟电压、电流分量来形成αβ坐标系下的两相系统。将αβ坐标系下的两相系统变换到按电网电压定向的dq旋转坐标系下。推导两相系统在αβ坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,在此基础上简要分析单相并网变换器的矢量控制原理。根据瞬时功率理论和预测方法推导两相系统在dq旋转坐标系下的功率预测模型,根据此模型提出一种预测直接功率控制策略。搭建1kW的样机,对矢量控制和预测直接功率控制进行研究。实验表明预测控制方案的可行性和正确性,与矢量控制相比,预测直接功率控制具有更快的功率响应。     

不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略

为提高并网逆变器对电网的适应能力,提出了不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略。建立了同步旋转坐标系下的并网逆变器数学模型;以输出有功和无功功率平稳或输出电流三相平衡且波形正弦为控制目标,在传统直接功率控制基础上引入矢量比例积分(vector proportional integrator,VPI)谐振控制器以抑制功率或者电流的波动;分析了VPI谐振调节器的参数设计规律及不同控制目标下所提策略的控制性能。实验结果验证了所提策略的有效性。