三相PWM整流器无差拍电流控制方法研究

脉宽调制(PWM)整流器的无差拍电流控制作为一种数字控制方式,能快速准确地跟踪系统给定的电流信号,但其作为一种基于对象精确模型的控制方式,滤波电感模型参数与实际电感参数的不匹配及系统的控制延时都会损害控制模型的精确度,导致网侧电流发生畸变,电流谐波含量增大甚至系统不稳定。提出了一种改进型无差拍电流控制算法,推导了三相PWM整流器改进算法的离散传递函数,并对系统的稳定性能和动态性能进行了分析。将该算法用于三相电压源PWM整流器的双闭环系统中,可有效减小电流总谐波畸变率(THD)和畸变,同时能得到精确控制的直流母线电压。仿真和实验结果验证了该方案的正确性和可行性。     

含耦合电感的四管五电平整流器模型预测控制

PWM整流器广泛应用于高压直流传输系统、电力电子变压器和电力机车牵引等领域。以含耦合电感的单相四管五电平整流器为对象,首先,在分析其工作原理的基础上建立了该整流器在两相静止坐标系下的离散化数学模型;然后,针对传统模型预测控制(finite control-set model predictive current control,FCS-MPC)算法存在的开关频率不固定、运算量大、电流内环追踪给定值不精确等问题,利用新的调制函数、空间矢量调制和无差拍控制对传统FCS-MPC算法进行改进。仿真和实验结果均表明改进后的模型预测控制算法不仅保留了传统FCS-MPC算法的快速响应性,而且具有开关频率固定、计算量小、网侧电流谐波畸变率更低、系统延时引起的误差更小等优点。     

抑制采样白噪声干扰的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制(DBC)是一种应用于整流器电流内环的预测控制,但该算法对系统参数敏感,当采样受到持续噪声干扰时波形畸变严重。为此,此处提出了一种基于DBC的白噪声抑制算法,实验结果表明,该算法在较大电感参数偏差下能保持稳定,在白噪声干扰下能够显著降低电流畸变率。     

含负载前馈补偿的电流型PWM整流器改进无差拍控制

针对三相电流源型PWM整流器直流侧电压-直流侧电流双闭环控制策略中动态响应速度较慢、参数整定复杂的问题,该文提出一种无差拍预测电流控制与负载功率前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,分析三相电流源型PWM整流器在两相静止坐标系中的网侧离散化数学模型,在此基础上,电流内环采用无差拍控制跟踪网侧电流,但由于电感参数与控制延时的影响,将导致网侧电流控制精度及波形质量下降。针对此问题,该文采用改进型无差拍控制策略,并利用根轨迹法对电流内环稳定性能进行分析。在环路设计中,通过在外环上加入负载功率前馈等效电流,加快了系统动态响应,解决了负载突变时直流侧电压超调问题。最后,对传统方案和改进方案进行了对比仿真测试和样机实验,验证了所提控制策略的正确性。     

基于无差拍电流预测控制的PMSM电感失配研究

永磁同步电机（PMSM）双闭环调速控制系统中,作为内环的电流环直接制约着控制系统的动态响应性能。无差拍电流预测控制(DPCC)具有算法简单、动态响应快等优势,但DPCC需要精准的电机模型,参数不匹配会引起电流静差和畸变,尤其是电感失配,甚至会导致控制系统不稳定。为解决上述问题,提出改进型DPCC算法。首先,推导了传统DPCC的离散传递函数,分析了其参数敏感性影响。其次,改进DPCC算法,改善其电感参数敏感性,有效扩展电感适用范围,减小电流畸变。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和试验验证了在电感失配下改进型DPCC的有效性。     

内环采用改进无差拍的PWM整流器优化控制

无差拍电流控制易受到采样误差和控制延时的影响,而导致电流畸变、电流谐波含量增大甚至系统不稳定。针对该问题,首先提出了三相脉宽调制(PWM)整流器在三相静止a,b,c坐标系下的数学模型。通过坐标变换和离散化获得了一种在两相静止α,β坐标系下基于无差拍控制(DBC)的离散化数学模型。在对给定电流进行"两步预测"的基础上提出一种电流校正算法,该算法可解决延时补偿问题,并降低由于采样引起的误差。最后,在实验室搭建了PWM整流器实验平台,验证了所提控制方法的可行性。     

LC串联式脉宽调制整流器及其电流迭代控制方法

针对非线性负载引起的无功功率和谐波电流问题,研究了一种电感—电容(LC)串联式脉宽调制(PWM)整流器及其电流迭代学习控制方法,使三相PWM整流系统不仅能够整流输出能量供给负载,而且能补偿非线性负载产生的无功功率和谐波电流,实现PWM整流功能和功率补偿功能的有效集成。该整流器采用一种LC串联滤波,使电容承担大部分电网基波电压,整流器可直接连接电网,降低装置成本。为克服LC串联式滤波器的电容惯性阻尼作用,采用一种迭代学习算法的电流无差拍控制,并结合输出电流前馈控制和反馈控制的特性,有效提高控制系统的响应速度和控制精度,并推导了算法收敛的条件。仿真和实验结果证明了所提结构和控制方法的正确性和有效性。     

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。     

永磁同步电机改进无差拍电流预测控制

永磁同步电机数字控制系统的电流预测控制,具有动态响应快、开关频率恒定、适于数字实现等特点。基于拉格朗日插值的无差拍预测控制算法,对电机电感参数失配比较敏感。为此,提出一种改进无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法。利用根轨迹法分析了算法鲁棒性与电感参数失配的关系。在电机电感参数发生失配情况下,能够维持系统稳定,实现电机电流的闭环控制,使实际电流跟随给定,提高了算法的鲁棒性。仿真和实验结果验证了分析设计的可行性和有效性。     

电网电压畸变下电流型PWM整流直流侧恒流控制

针对电网电压畸变下电流型PWM整流器直流侧含有较大的低次谐波,传统的控制策略需要复杂正负序分解,坐标变换和解耦控制。提出了一种无需锁相环的电流型PWM整流直流侧恒流控制策略,推导出直流电流平方的功率外环控制,直流侧采用恒流控制,取代传统的PI控制;电流内环采用比例谐振和谐波补偿控制实现对网侧电流的无差跟踪。该控制算法基于静止坐标系下,无需锁相环、坐标旋转变换和解耦控制,简化了控制模型。仿真和实验也验证了该控制策略的正确性。     

三相高功率因数PWM整流器复合校正无差拍控制

建立了三相高功率因数脉宽调制(PWM)整流器简化数学模型,通过该模型反映了PWM整流器的运行状态并分析了系统控制器设计,根据电流内环控制要求,给出了传统PI控制方法不同的参数取值对系统效果的影响.通过引入电网电压干扰补偿,提出了一种基于复合校正的无差拍控制方法,通过仿真验证分析得出了该方法在控制精度,响应速度,工程实现上均优于传统PI控制方法,最后,搭建了实验平台,通过实验波形和数据验证了三相高功率因数PWM整流器简化数学模型和无差拍控制方法的正确性.     

一种基于内模控制的三相电压型PWM整流器控制方法

三相电压型PWM整流器可以减小用电设备对电网的谐波污染并具有比较高的功率因数,因而应用越来越广泛。PWM整流器一般采用双闭环控制,电流内环使用电压前馈解耦型比例积分调节控制。但该方法对整流器准数学模型和参数准确性依赖较强,同时调节器参数繁多导致调试困难。本文将内模控制应用到PWM整流器电流内环控制中,用内模控制器代替传统PI调节器,不需要整流器准确的模型和参数,并能减少系统调节参数,避免重复试验。仿真和实验结果表明,该整流器系统能够保证很高的功率因数和输入电流较好的正弦度,能适应负载和直流母线电压的扰动,电流内环具有很好的跟随和动态性能。     

车载充电机单相PWM整流器自抗扰预测电流控制

单相脉宽调制(PWM)整流器作为车载充电机交直流变换的重要模块,在传统无差拍预测电流控制(DPCC)时存在的参数不匹配、控制时延等诸多问题。此处提出一种自抗扰控制器预测电流控制(ADRC-PCC)方法。在电压回路中,设计ADRC降低二倍频功率波动及电网谐波影响,提高系统动态响应能力。在电流回路中,通过二阶广义积分锁相环(SOGI-PLL)预测k+1时刻电网电压,进而构建逐步逼近调节电网电压补偿系数,减少参数失配和控制延迟影响,提高系统稳定性。最后,依托2 kW单相PWM整流器测试平台对所提ADRC-PCC方法进行测试,实验结果表明,该方法可在负载突变、容性补偿等多模式下实现单相PWM整流器高性能调节,与传统DPCC方法相比动稳态特征和鲁棒性更优。     

基于重复观测器的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制的PWM整流器,其电流稳定性受控制延时以及交流电流采样通道低通滤波器的影响,文中对其影响机理进行了详细的分析,讨论了开环电流预测方法的预测精度及其由误差引起的电网电流畸变问题,提出了采用基于重复控制思想的状态观测器对电网电流进行预测的方法,以达到提高电网电流预测精度的目的。给出了重复观测器的设计方法并对其稳定性进行了分析。实验结果表明,该算法可有效减小电网电流预测的误差,改善PWM整流器无差拍控制的性能。     

一种适用于机车PWM整流器的比例积分-谐振电流控制器设计

随着宽禁带开关器件的发展,机车中PWM整流器的开关频率逐渐提高,并网滤波器的电感和体积可随之减小,此时PWM整流器的电流控制不仅要对基波电流快速响应,也需要快速抑制直流偏置和由牵引网谐波电压造成的谐波电流.该文选用比例积分(PI)和多个矢量比例积分(VPI)控制器分别控制直流信号和基波、各次谐波交流信号.但是由于各控制器的增益相互耦合,共同影响系统的动态性能,传统增益设计方法很难应用.因此基于Nichols图提出一种增益设计方法,将增益设计转变成最小幅值裕度和相位穿越频率设计,实现增益的解耦;通过优化调整时间和超调选取最终参数,优化动态响应,并通过实验验证,使用该设计方法调优后的系统拥有良好的稳定性、动态性和鲁棒性.     

并网逆变器电流跟踪复合控制的研究及实现

在并网逆变器的电流跟踪控制中,针对无差拍控制对系统参数依赖性较大和鲁棒性较差的缺点,将无差拍控制和重复控制相结合的电流跟踪复合控制应用于具有有源滤波功能的并网逆变器。复合控制可解决无差拍控制在系统参数发生变化时电网电流存在周期性畸变的问题,提高了系统的稳态特性。此处对无差拍控制和重复控制进行了分析,通过仿真和实验结果证明了由该方法设计的逆变器具有动态响应快、适应负载能力强等优点。     

带延时补偿的永磁同步电机自适应无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)的电流控制易受系统延迟、参数失配等因素影响,导致电流跟踪性能下降的问题,提出一种带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制算法。在传统无差拍电流预测控制器(DPCC)基础上,针对参数失配引起电流跟踪性能下降的问题,改进了基于仿射投影算法的模型自适应补偿方法,设计了一种具有延时补偿的自适应电流控制算法。最后通过仿真试验,验证了所设计的带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制对系统参数失配具有自适应补偿能力,可以有效消除系统延时的影响,提高电流环跟踪性能。     

基于电流无差拍控制的三相光伏并网逆变器的研究

为了使光伏并网发电系统输出高质量的电能,在分析无差拍控制工作原理的基础上,推导了一种三相光伏并网逆变器电流无差拍控制PWM算法,提出了一种基于电流无差拍控制的两级式光伏并网逆变器的总体控制策略。该控制策略包括MPPT(Maximum Power Point Tracking)环、直流电压环和交流电流环。Matlab/Simulink仿真验证了电流无差拍控制的有效性。最后将提出的控制策略应用到10 kW光伏并网逆变器中,实验结果验证了该并网控制策略的正确性和有效性,系统具有良好的动态特性和稳态特性。实验结果所得的三相并网电流总畸变率均在3%以内,优于国标规定值;并网功率因数为1。     

一种新型无差拍UPQC预测直接控制策略

针对统一电能质量调节器（unified power quality conditioner,UPQC）传统线性控制算法中存在多个PI控制器及PWM调制环节,导致系统参数整定困难、结构复杂的问题,提出一种新型无差拍UPQC预测直接控制策略。推导并建立同步旋转坐标系下UPQC串、并联侧预测直接控制模型;基于无差拍控制原理与有功功率平衡原则构建了串联侧给定电流产生机制,实现了直流侧电压的无差拍控制和网侧电流的预测直接控制;基于无差拍控制原理与负载侧电压恒定原则构建了并联侧给定电流产生机制,实现了负载侧电压的无差拍预测直接控制。仿真与实验分析结果表明,所提算法无PI和PWM调制环节,有效简化了控制系统结构,并提高了系统的动态性能及补偿效果。     

一种PWM整流器动态性能改进控制策略

风力发电三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器多采用双闭环PI控制,调节器的比例系数和积分系数均为常值,不能在整个功率范围内都得到良好动态特性,特别是应用在能量波动比较频繁的风力发电系统.此外PI积分环节存在饱和效应,导致整流器在启动和负载突变瞬间出现较大冲击电流,严重威胁功率开关器件的安全,而且导致控制器软件过流保护,使得装置不能正常运行,需要对其动态控制性能进行改进.该文对PI控制的动态特性进行分析,提出一种改进控制方法,外环采用电压平方反馈闭环的变参数控制方法,内环采用无差拍预测电流控制;另外在启动时候进行电压给定值斜率限制以及增加负载电流前馈,从而抑制启动冲击电流和改善系统的动态性能.实验结果验证了提出方法的有效性和可行性.