三相VIENNA整流器矢量控制策略的研究

针对三电平VIENNA整流器存在中点电位波动、控制复杂的问题,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦的双环控制中,通过调整矢量作用时间来达到直流侧中点电压平衡控制,并探究了一种三电平空间矢量平面简化到两电平矢量平面的简化空间矢量脉宽调制算法。最后通过MATLAB/Simulink搭建VIENNA整流器矢量控制仿真模型,通过仿真分析证实了该控制策略简单可行,且具有良好的动态性能和静态性能。     

无电网电压传感器三电平PWM整流器研究

在大功率三电平整流器应用中,为降低成本、提高性能,研究了一种无电网电压传感器三电平PWM整流器。在分析其数学模型的基础上,采用三电平SVPWM简化算法,将传统两电平电压空间矢量控制算法应用于三电平,并结合一种新颖的虚拟磁链观测器,提出了基于虚拟电网磁链定向的三电平PWM整流器矢量控制策略,在双三电平变频器系统中对其进行实验研究。实验结果表明,该三电平PWM整流器可较好地稳定直流母线电压,提高整流器功率因数,并具有良好的动静态特性。     

三相电压型整流器模型电压预测控制

模型电流预测控制在每个采样周期内对所有开关状态下的输出电流进行预测和评估,算法运算量大,对控制器性能要求较高。本文提出了一种用于三相电压型整流器(VSR)的模型电压预测控制算法。根据模型电流预测的逆过程获得参考电压值,将矢量平面分为7个部分,并判断参考电压值所在区域。根据参考电压所在区域获得最优的电压矢量作为控制器输出。该方法无需循环寻优过程,预测耗时少,易于实现。通过实验对所提出的模型电压预测控制方法进行分析,验证了所提算法具有优良的静态、动态性能同时可显著减少模型预测控制的计算耗时。     

基于简化SVPWM算法双三电平变换器研究

详细分析了三电平SVPWM的简化算法,将传统两电平电压空间矢量控制算法应用于双三电平变换器。在d-q坐标系下建立基于开关函数的三电平中点钳位电压型整流器高频数学模型,在此基础上采用电压外环与电流内环的双闭环控制来实现三电平整流器的高性能特性。利用三电平矢量控制算法,实现电机的无速度传感器矢量控制。在实验室中以DSP F2812为主控制器建立实验平台,验证了采用上述算法的优越性能。     

一种改进的三相PWM整流器模型预测控制方法研究

针对传统的三相两电平PWM整流器模型预测直接功率控制(MPDPC)可选择的开关矢量有限,需要较高的采样频率才能满意的控制效果,从而带来较大计算量等问题,在变换器多矢量控制方法基础上,提出一种改进的三相PWM整流器模型预测直接功率控制方法。该方法在一个开关控制周期内使用一个非零矢量和零矢量组合替代传统方法的单矢量,并推导了占空比计算公式,提出一种简单计算的方法来计算非零矢量和零矢量的作用时间。相比于传统的单矢量枚举MPDPC,该方法具有计算简洁、鲁棒性强和受整流器电感、电阻参数影响小等优点。仿真和实验结果表明,在相同的开关频率情况下,所提出的改进的MPDPC可以获得与传统MPDPC相似的动态响应,并具有更低的功率脉动和更低的电流谐波含量。     

基于拓展矢量集的永磁同步电机模型预测控制

永磁同步电机传统的模型预测控制(MPC)在一个控制周期内只作用一个电压矢量,需要较高的采样频率才能获得较好的控制性能。针对此问题,提出了一种基于拓展矢量集的模型预测控制算法,该算法无需改变采样频率即可实现电机控制性能和开关损耗的动态调节。由于拓展矢量集电压矢量多,为了降低计算量,提出了一种基于相邻矢量的电压矢量优化策略,将控制集候选电压矢量个数限制在11个以内。仿真和试验结果表明,所提基于拓展矢量集的模型预测控制算法不但保留了传统有限集MPC算法的动态性能,且可以在不改变采样频率下,通过调节拓展矢量集的电压矢量数量,实现控制性能和开关损耗的动态调节。     

一种简化三电平SVPWM的感应电动机矢量控制方法

针对二极管箝位型(NPC)三电平逆变器控制中传统调制算法复杂的缺点,提出一种简化三电平SV-PWM的矢量控制方法。通过将三电平空间电压矢量分解为二电平空间电压矢量,对参考电压矢量进行平移,得到各个基本矢量的作用时间和选择合适的开关状态,从而减小三电平逆变器的矢量控制的计算量。仿真和实验表明,基于该方法的三电平逆变器控制既简化了控制计算,又能保持整个电机控制系统良好的动、静态性能。     

改进型三电平PWM整流器的仿真研究

以中点钳位型三电平PWM整流器的基本拓扑结构为基础,建iPWM整流器的数学模型,分析三电平空间电压矢量调制的基本原理,提出了一种改进型前馈控制策略及简化SVPWM控制算法。进行基于MATLAB／sfmuIink控制系统仿真分析,仿真结果表明提出的前馈控制策略及简化SVPWM控制算法具有可行性,系统具有良好的动态性能和稳态性能。     

三相三电平Vienna整流器的研究与实现

针对目前整流器电压电流控制策略多采用常规比例积分(PI)控制,系统动态性能差的问题,提出一种同步旋转d,q坐标系下的电压外环滑模控制算法,电流内环采用前馈解耦控制。针对传统的三相三电平空间矢量调制算法存在扇区选择繁琐,计算量大等不足,给出一种三电平空间转化为两电平空间的简化空间矢量脉宽调制算法。实验样机的电流畸变小,母线电压稳定,验证了控制策略和简化算法的正确性和实用性。     

基于线电压伏秒平衡的三电平SVM研究

提出了一种新的三电平空间矢量调制(SVM)简化实现方法,该方法通过将参考电压矢量分解到三相静止坐标系ab-bc-ca中,将电压矢量的伏秒平衡转化为线电压的伏秒平衡,经过简单计算得到各桥臂开关管在每个开关周期内的开通时间.证明了该方法本质上与传统SVM方法完全一致,都是基于冲量等效原理,但是由于不用确定电压矢量所在扇区,不用计算正余弦,只需要简单的加减乘除,使得计算时间大幅度减少,并且在控制三电平PWM整流器中点电压平衡方面也具有方便有效的特性.在Matlab/Simulink 7.1中建立了三电平PWM整流器的仿真模型.控制算法仿照DSP程序完全利用S函数实现.     

基于模型预测的T型并网变换器功率控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)以代价函数最优为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,存在开关频率不固定且并网电流性能依赖较高的采样频率等缺陷。此处提出一种新型的模型预测直接功率控制方法,该方法通过直接计算出整流器开关电压矢量的最优序列作用时间,实现了传统FCS-MPC与空间电压矢量调制方案的有机结合,并应用于三电平并网T型变换器的控制中。为验证所提控制方案的有效性,构建了一台满额功率为6.5 kW的三相三电平T型变换器仿真与测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明,该方案有效减小了传统模型预测算法并网电流畸变,保证了固定开关频率控制,同时具有良好的稳态和动态性能。     

五桥臂逆变器-双异步电机调速系统的零矢量交错模型预测控制

五桥臂逆变器-双异步电机调速系统采用模型预测控制相比于传统的矢量控制具有更好的动态性能,易于实现系统的全局性能优化,但却存在稳态性能差、计算量大难以实现、无法消除公共桥臂开关动作需求限制等问题。对此,提出一种零矢量交错模型预测控制(ZVI-MPC)方法,将空间矢量的概念与矢量合成原理引入到模型预测中,在一个采样周期中对每台逆变器均作用两个电压矢量(一个非零矢量和一个零矢量),利用无差拍理论计算两逆变器的非零矢量作用时间,结合公共桥臂开关需求,调节各矢量作用时间并按照零矢量交错原则进行开关状态分布,以避免出现公共桥臂开关动作需求冲突。该方法在任意采样周期内只需考虑12种有效矢量组合,大大减少预测控制计算量。仿真和实验结果表明采用零矢量交错模型预测控制,两台电机可独立稳定运行,且均具有良好的动静态性能,相比于传统模型预测控制方法,本文所提方法稳态性能更理想,且计算量显著减小,易于实现。     

三相PWM整流器模型预测的直接功率控制研究

三相PWM整流器在新能源发电并网、电机变频控制等领域得到了广泛的应用。本文研究了三相PWM整流器基于模型预测的直接功率控制算法(MPC-DPC)。MPC-DPC在每个采样周期内,通过电网电压矢量选择有效作用矢量,为实现定频控制和减小开关损耗,结合零矢量采用3+3的矢量序列,并以减小有功功率和无功功率偏差为目标,计算出每个矢量的最优作用时间。对MPC-DPC算法进行了仿真研究,结果表明,MPC-DPC具有良好的动静态性能。     

快速矢量选择的三矢量PWM整流器模型预测低频控制

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control，FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题，为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控制。以无差拍控制原则得到了整流器的电压参考矢量，简化了预测过程；由功率跟踪控制的指标函数推导得到电压跟踪控制的指标函数；最后，根据扇区确定控制周期作用的2个有效矢量和零矢量，由电压跟踪控制函数得到了3个矢量的作用时间。通过仿真验证可知，与传统FCS-MPC相比，所提方法能够快速选择电压矢量，实现开关频率的固定，减小功率脉动并降低开关频率。     

二极管箝位五电平变换器的直流均压SVPWM快速算法

提出一种适用于二极管箝位多电平变换器的均压多电平SVPWM快速算法,该算法在α′β′坐标系下将多电平SVPWM算法中的参考矢量变换、顶点坐标计算、矢量判区和作用时间计算等分解为快速简单的计算,继而通过遍历所有冗余开关矢量,预测下一开关周期内冗余开关矢量对直流电容电压的影响,选择输出可使直流电容电压回归均衡值能力最强的最优开关矢量。仿真结果比较了传统PWM算法和所提均压多电平SVPWM算法,验证了所提算法的有效性。最后设计了基于可编程逻辑器件的SVPWM算法的控制核心,通过小容量实验系统研究验证了所提算法良好的动静态性能。     

基于单次电流采样的永磁同步电机无模型预测电流控制

传统的模型预测控制根据当前电流采样和电机数学模型来预测下一时刻的定子电流,对两电平逆变器需要进行7次预测才能得到使定子电流误差最小的电压矢量。其主要不足是对系统模型和电机参数的依赖性较强而且计算量大。本文在分析永磁同步电机电流预测模型的基础上,得到一种只需一次预测和比较即可选出最佳矢量的快速预测电流控制。进一步对其进行简化得到了一种不依赖于电机模型和参数的无模型预测电流控制。该方法在一个控制周期内仅需对定子电流进行单次采样,具有计算量小、鲁棒性好等优点并且动静态性能良好。本文从参数敏感性、稳态和动态性能等方面对快速预测电流控制和无模型预测电流控制进行了对比,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

基于空间矢量调制的Vienna整流器无模型预测电流控制

三相三电平Vienna整流器具有开关应力低、功率因数高等优点。为了消除传统无差拍预测电流控制（DPCC）对系统参数的依赖性,该文提出一种无模型预测电流控制（MFPCC）方法,其特点是利用超局部模型代替原有的Vienna整流器精确模型,并利用过去两个时刻的电压和电流信息实现超局部模型的增益和动态部分的在线更新。进一步结合DPCC预测得到下一时刻参考电压矢量,通过空间矢量调制（SVM）得到开关驱动信号。该方法鲁棒性强、计算量小、稳态和动态性能良好。在参数精确和失配的情况下,对传统DPCC和该文所提方法进行稳态和动态性能对比,仿真和实验结果验证了所提方法的优越性。     

固定开关频率三电平PWM整流器直接功率控制

以三电平电压型PWM整流器的数学模型为基础,结合瞬时无功理论,推导了瞬时功率和三电平整流桥开关矢量之间的关系,提出了一种固定开关频率的三电平PWM整流器的直接功率控制方法.该方法基于空间电压矢量调制,实现了动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制.相对于传统的开关表bang-bang控制方式的直接功率控制,该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计.实验结果表明该控制策略实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能.     

三电平脉冲宽度调制整流器定频直接功率控制

在传统的直接功率控制和电压定向控制的基础上,给出了三电平脉冲宽度调制整流器的数学模型,提出了一种固定开关频率的三电平脉冲宽度调制整流器直接功率控制方法。该控制结构为直流电压外环、功率控制内环,实现了有功功率和无功功率的动态解耦,且采用空间电压矢量调制,开关频率固定,简化了滤波器的设计。仿真结果表明,该控制方法能保证中点电位平衡、网侧电流谐波小,具有良好的动、静态性能,实现了单位功率因数运行。     

三电平中性点钳位整流器模型预测电流控制算法

将三电平中性点钳位整流器作为研究对象,以维持单位功率因数运行、减小网侧电流谐波、补偿计算时间延迟和保持直流侧电容电压平衡为研究目标,提出了一种基于在线简化的模型预测电流控制策略。该方法通过坐标变换构建α-β静止坐标系下三电平中性点钳位整流器的预测模型,结合电压空间矢量等效变换的原理,求出三电平中性点钳位整流器的参考输出电压矢量,判断其所在扇区,从而选择该扇区最优电压矢量所对应的开关状态直接作用于整流器。同时,针对该算法在实际应用中容易产生计算时间延迟现象,引入拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。最后,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。