四象限变流器双闭环电流控制的研究

介绍了四象限变流器的工作原理,并在此基础上推导出四象限变流器的数学模型。通过四象限变流器双闭环直接电流控制的数学模型搭建了仿真框架,最后通过MATLAB/Simulink进行了仿真研究,结果表明基于双闭环直接电流控制的四象限变流器具有很好的稳态和瞬态性能,网侧功就因数接近于1。     

大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案

在机车牵引等兆瓦级大功率四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)应用场合,功率器件的开关频率低至数百赫兹,直接电流控制的优势难以发挥,通常采用间接电流控制。传统的间接电流控制又难以对变流器网侧的有功功率和无功功率进行独立控制。针对这类情况,在静止直角坐标系建模,采用功率解耦的电流控制方法,实现了单相四象限变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制;通过引入有功电流和无功电流的有效值闭环控制,使得电流的稳态精度提高,降低了系统对输入电感参数和电网电压幅值的敏感度;采用两重化载波移相调制,使得网侧电流的谐波成分大为减少;分析了变流器两重化并联运行时环流的产生机理,并进行了有功和无功的均流控制。基于上述控制方案,实现了大功率机车牵引四象限变流器控制系统,实验证明了该控制方案的有效性。     

基于DSP的四象限变流器瞬态直接电流控制研究

介绍了四象限变流器瞬态直接电流控制的Matlab建模和仿真方法,建立了四象限变流器的数学模型,并对四象限变流器的牵引工况和再生工况进行了分析.仿真和基于TMS320F2812的实验样机验证了该控制算法不但能有效抑制注入电网的谐波电流,获得稳定的直流输出电压,而且实现了功率凶数校正和能量双向流动.     

单相4象限变流器的预测电流控制算法研究

分析了单相4象限变流器的主电路及其预测电流控制原理.为了减小控制延时对电流环稳定性的影响,根据电感电流方程,构造了超前一个控制周期的电流估计器.该算法能够消除滞后一拍控制对电流稳定性带来的影响,降低电网电流谐波含量,具有预测精度高、易于DSP实现的特点.实验结果验证了该方法的正确性和有效性,有效改善了交流电流波形.     

背靠背四象限变流器的控制系统设计

介绍了背靠背四象限变流器控制系统的设计方案.整个控制系统由上层功率控制策略和底层PWM控制构成.在建立了背靠背四象限变流器在两相同步旋转坐标系下动态模型的基础上,提出了基于反馈线性化的非线性解耦控制器,并为背靠背两侧变流器分别设计了定直流电压和定有功、无功功率控制器.底层控制方面,设计了基于FPGA的空间矢量调制脉冲发生器.FPGA接收来自DSP的PWM控制参数,用于脉冲信号发生.最后给出了整个控制系统的硬件结构,并在30kVA/380V背靠背物理样机上进行了试验验证.     

基于预测电流控制的三电平4象限变流器研究

为了实现变流器网侧电流正弦化,输入端高功率因数和开关器件承受低电压应力,介绍了一种单相三电平4象限变流器的电路,分析了其工作模式,推导了其数学模型,为了易于数字化处理器实现,探讨了一种类似于SVPWM控制的新型预测电流控制策路.该控制算法不仅能够离散化实现,而且能够弥补三电平变流器直流侧电容电压不平衡的先天性缺陷.仿真结果表明:该控制策略能有效地抑制注入电网的谐波,实现交流输入端高功率因数和能量的双向流动,系统具有很好的动态特性.     

四象限变流器的空间矢量解耦控制

本文介绍一种新型的基于空间矢量调制的三相电压型四象限变流器解耦控制,给出了基于虚磁链的功率估算式,设计了功率调节器参数,对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析,并做了仿真研究。研究和分析表明,三相电压型四象限变流器基于空间矢量调制的解耦控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。     

抑制电气化铁路低频振荡的四象限变流器控制方法

针对电气化铁路中列车四象限变流器和牵引供电系统不匹配造成的低频振荡现象提出了抑制方法。首先,介绍列车牵引传动系统中的四象限变流器主电路及其瞬态电流控制策略。然后,在四象限变流器线性化闭环传递函数的基础上,对车网耦合系统进行稳定性分析,研究了低频振荡的机理。基于分析结果,采用改变系统阻尼的思路,提出主动阻尼补偿措施,并进行理论分析。最后,利用多车仿真模型及小功率实验平台对所提控制方法的正确性进行了验证。     

电力机车四象限变流器宽频抗扰控制方法研究

为了提高电力机车四象限变流器抗扰动性能,提高其对铁路供电频率变化、电网谐波含量高的适应能力,提出了一种四象限变流器宽频抗扰控制方法。通过优化电流环控制器和锁相环控制策略,在保证动态性能和稳态精度的基础上,增强了控制方法对电网频率变化的鲁棒性,具有较高的系统可靠性及良好的谐波特性。所采用的宽频抗扰控制方法完成了仿真分析和大功率试验,仿真和试验结果验证了所使用方法的有效性。     

四象限变流器的负载等效模型研究

在高性能交-直-交变频调速传动系统中,PWM逆变器作为四象限变流器(4QC)的典型负载,其直流侧的静、动态行为对于4QC的建模、控制方法及静动态性能研究和系统设计都具有重要作用.通过研究逆变器与4QC拓扑结构的统一性,将4QC的状态空间平均(SSA)模型经过移植得到逆变器的SSA模型,进而提出四象限变流器的负载等效模型和近似简化等效模型;通过理论分析和仿真研究揭示四象限变流器的负载等效模型与逆变器及交流侧电路参数之间的定量关系,并给出等效模型的参数设计公式.仿真与实验研究结果证明了所建模型及理论分析的有效性.     

中压并网变流器的模型预测直接电流控制

为了提高三电平中点钳位型中压并网变流器的控制性能,设计了一种新颖的模型预测直接电流控制(MPDCC)策略。新型MPDCC控制器基于虚拟电阻较好地处理了LCL滤波器谐振问题。同时,MPDCC控制器具有较长的预测范围,故基于虚拟电阻的参考项在每个步长内与状态轨迹一起被预测,从而使得控制器做出更准确的决策,获取更高的控制精度。利用仿真平台和实验设备进行了仿真研究和实验验证,结果表明,所提出的方法在电网电压扰动下能表现出较好的稳态特性,同时动态性能也较优。     

电压型四象限变流器的数值仿真

针对电压型四象限变流器，提出了一种新的控制方法－瞬态电流控制法，建立了变流器系统的数学模型，并在MATLAB环境下进行了计算机仿真，仿真结果表明：在机车运行的两种典型工况即牵引和再生下，该方法不仅能使中间回路的直流电压基本保持恒定，供电接触网或牵引变压器一次侧的功率因数接近于1，而且在电网侧可获得一个近似正弦波的电流，减少对周围环境的电磁干扰，同时，可以在以上两种典型工况间实现平滑的转换。     

轨道交通牵引四象限变流器三电平SiC/Si混合型拓扑损耗分析

三电平SiC/Si混合型拓扑能满足低功率损耗的需求,其成本又低于全SiC拓扑,已逐渐应用于各类电力电子装置.由于轨道交通牵引四象限变流器应用场合的开关频率不高,而功率较大,不同的三电平SiC/Si混合型拓扑在损耗和效率上的优劣有待进一步评估.为此,提出一种T型中点箝位三电平SiC/Si混合型拓扑(TNPC-H2),在建...     

复兴号动车组四象限变流器新型控制策略研究

动车组列车运行时,接触网电压会在一定范围内波动,在22.5～29 kV要求动车组列车满功率输出。为确保中国标准动车组列车在网压大范围波动工况下稳定运行,提出一种四象限变流器新型控制策略。该控制策略通过电流内环、功率外环的双环设计和引入网侧电压的前馈控制,保证直流侧电压的抗干扰能力。功率外环设计引入接触网电压前馈量,使网压波动的干扰能够迅速被电流内环的快速响应所稀释,确保直流侧电压的恒定。理论分析、仿真和实验结果验证了系统具有良好的稳态性能和更优的抗扰性能。     

一种新型四象限多电平变流器

提出了一种新型四象限多电平变流器拓扑结构,由级联H桥型整流器、中频变压器和级联H桥型逆变器三部分构成。建立了变流器的能量传输模型,提出了相应的控制方法和调制策略;分析了输入侧变换器的输出电压模型,给出了相应的调制算法流程。阐述了各中频H桥的工作相位的作用,即达到了控制各电容电压平衡的目的,实现了变流器的四象限运行。实验结果验证了拓扑结构和控制方法的正确性。所提变流器拓扑结构省去了传统的工频变压器,降低了变换器体积和重量,可以应用于高压大容量场合。     

四象限变流器双馈调速风电系统设计

针对变速恒频风电系统要求，设计了一种用于双馈调速风电系统中与电网相连的IGBT四象限变流器。该变流器采用电流滞环控制，能以功率因数约为1.0的方式向电网输送能量。实验结果证实了该方案的可行性。     

四象限变流器的非对称规则采样PWM调制器

讨论了一种ＰＷＭ的非对称规则采样原理,给出宜在线运算的简便算法。提出了以ＥＰＲＯＭ作可编程这理器,采用硬件实现四象限变流ＰＷＭ调制方法。实验结果证实了该方案的快速响应特性。     

基于自抗扰控制的四象限变流器过压抑制方法

动车组牵引变流器中间回路过压故障会加速支撑电容、IGBT等器件的老化,影响器件的使用寿命,严重时会导致IGBT器件击穿。为了减小负载突变对中间电压的冲击,本文提出了一种基于自抗扰控制的四象限过压抑制方法。首先,对单相四象限变流器进行数学建模,分析了负载突变对中间电压的影响及传统比例-积分（PI）控制器对于负载突变抑制能力不足的原因。然后采用自抗扰控制方法设计电压环,对系统总扰动进行实时估计并采取前馈补偿的方法,解决负载突变引起的过压问题。利用matlab/simulink软件对两种控制方法进行离线仿真对比,采用动车组牵引控制单元和dSPACE实时硬件系统进行两种控制方法的半实物硬件在环（HIL）实验验证工作。最后仿真和实验结果表明,自抗扰电压环控制器具有更强的鲁棒性,能有效地解决因负载突变导致的中间回路过压问题。     

基于滑模控制的牵引变流器网侧有源滤波器电流控制策略

针对有源滤波器电流跟踪控制模块中现在控制方法灵活性较差、控制精度较低的不足,基于滑模变结构原理,对应用于牵引变流器网侧有源滤波器中的电流跟踪控制策略进行了研究。首先根据滑模控制原理从滑模切换面函数及控制函数两方面对控制策略进行了设计;在此基础上根据可达性条件从限制抖振幅度的角度对控制函数进行了优化;最后针对动车组不同运行工况,对所提控制策略在网侧有源滤波器中的控制效果进行了仿真验证。仿真结果表明,所提电流控制策略具有较好的网侧谐波补偿和抑制效果以及较高的电流跟踪控制精度,达到了预期的目标。     

基于滞环的四象限整流器间接电流解耦控制

四象限整流器具有网侧谐波小、功率因数可控、能量能双向流动等特点,在兆瓦级大功率场合应用广泛。传统的间接电流控制无电流反馈,过度地依赖主回路参数,因而对功率因数的控制不够准确,无功消耗大。解耦控制引入电流反馈,通过锁相环将基波电流分解成有功电流和无功电流,引入有功无功电流双闭环控制,降低了控制系统对主回路参数的敏感性,提高控制精度和稳定性。在功率解耦的基础上通过有功无功电流判断功率因数,分析矢量图得到滞环控制规律,动态地微调调制波幅值与相位,实现单位功率因数控制。该方法保留了功率解耦的控制效果,简化了控制算法。仿真和实验结果均验证了该算法理论的正确性和有效性。