双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

准Z源逆变器驱动永磁同步电机的有限集模型预测控制

针对准Z源逆变器(qZSI)驱动永磁同步电机(PMSM)系统的特点,在两相静止坐标系下,提出一种有限集模型预测控制策略。由准Z源网络电容电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,通过预测电感电流值并引入子代价函数来确定是否选择直通(ST)状态,以实现qZSI的升压控制。在非直通(NST)状态下,分别对8种开关状态下的PMSM定子电流进行预测,并与转速闭环控制生成的参考电流进行比较,选择最优的开关状态,以实现对PMSM的控制。仿真结果表明,所提控制策略可实现对qZSI的升压及PMSM转速的控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

单相准Z源逆变器最优开关矢量集模型预测控制

以单相准Z源逆变器(quasi-Z-sourceinverter,q ZSI)为研究对象,以减小逆变器平均开关频率为研究目标,提出一种最优开关矢量集模型预测控制策略。首先,分析不同工作状态对q ZSI状态变量的影响,建立其离散时间模型;其次,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,结合有限控制集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol,FCS-MPC)策略,实现q ZSI系统的多变量综合协同控制;然后,分析逆变器开关时序,建立最优开关矢量集,通过选取最优开关矢量集,降低了系统的平均开关频率。相比于传统FCS-MPC,通过所提控制算法,在不影响交直流侧优化控制的前提下,降低了15%的平均开关频率。最后,通过建立实验模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

用于海上风电的准Z源逆变器并网功率控制

为了克服传统模型预测控制(MPC)的缺陷并获得更好性能,针对并网准Z源逆变器(qZSI)提出了一种低计算量的模型预测功率控制。所提MPC应用多个矢量来实现并网qZSI的预期性能。通过计算ST矢量的最佳占空比,可以大大降低电感电流纹波。为了消除加权因子,提出了一种改进的滑模控制方法,用于同时控制电容电压和电感电流。此外,给出了一种快速有效的最优扇区选择方法,大大减少了MPC的计算量。因此,所提MPC的计算负担显著降低。仿真和实验结果都证明了该方法的有效性和优势。     

升压单元高增益准Z源逆变器

与准Z源逆变器相比,开关电感准Z源逆变器具有更高的升压性能,但在新能源发电领域,光伏或燃料电池的输出电压变化范围大,现有的开关电感准Z源逆变器依然存在实际升压能力不高的缺点,在开关电感准Z源逆变器基础上,将开关电感单元中的一个二极管用电容来代替,形成新的升压单元,提出了一种基于新的升压单元的高增益准Z源逆变器。与开关电感准Z源逆变器相比,高增益准Z源逆变器减小了一个二极管的导通压降,可获得更高的增益,并保持了输入电流的连续、输入电压源与逆变桥侧共地的优点。在相同的输入输出条件下,高增益准Z源逆变器减小了桥臂直通时间,降低了系统直通时产生的导通损耗,提高了效率。在实验室中制作了开关电感准Z源逆变器和高增益准Z源逆变器两台原理样机,实验结果验证了理论的正确性。     

单相准Z源逆变器改进模型预测控制策略

传统模型预测控制(MPC)应用于准Z源逆变器(qZSI)中存在控制变量误差较大的问题,导致工频电流纹波增加,电能质量恶化。因此,此处提出一种基于电流电压纹波双前馈的改进MPC策略。首先分析系统在不同模态下的工作原理,构建离散状态模型;其次计算输出电流和电容电压在各状态下的纹波,通过双前馈迭代生成新参考值,并采用两步预测法对系统的执行滞后周期予以补偿,以增强电流和电压的控制效果;然后对代价函数综合排序,合理选择最优矢量,避免了权重系数的试凑,进一步增强变量之间的协同控制。最后,实验结果表明,系统具有良好的动、稳态性能,验证了改进策略可行、有效。     

准Z源逆变器的模型预测电流误差控制

为降低准Z源逆变器模型预测控制的控制误差,提出一种模型预测电流误差控制方法。首先,在充分分析电压矢量对被控量性能影响的基础上,合理地选择适合各被控量的电压矢量组合方式。然后,利用电流对称控制思想保证电感电流关于其参考指令对称。最后,采用电压矢量抵消原理使输出电流幅值逼近其目标值。实验结果表明,所提方法能够大幅降低电感电流脉动和输出电流谐波含量;证明了所提方法能有效提高准Z源逆变器的控制精度,简化了对权重系数的设计工作。     

开关耦合电感准Z源逆变器

基于开关耦合电感准Z源逆变器拓扑的一种高升压能力逆变器,是在准Z源逆变器的基础上提出的。与开关耦合电感Z源逆变器相比,在相同的输入输出条件下,开关耦合电感准Z源逆变器具有的优点包括:输入电流连续,逆变桥和输入电压源共地,无源器件体积重量减小,以及电容电压应力降低等。本文分析了这种新拓扑的稳态工作原理,升压特性,控制策略和器件的电压应力等,最后用实验结果验证了SCI-qZSI的实际性能。     

改进型双向Z源储能变流器拓扑结构及空间电压矢量调制策略

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点,提出了一种改进高性能双向Z源变流器拓扑。将改进型Z源逆变器中的二极管用一个带有反并联二极管的全控开关代替,通过对全控开关的控制,使Z源电感中的电流可反向流动,电感电压始终被钳位在电容电压,进而消除传统和改进型Z源逆变器在小电感或轻载下出现的非正常工作状态,保持直流链电压稳定。此外,控制电感电流的反向流动还可实现能量由交流侧向直流侧回馈。在理论分析的基础上,提出了一种改进型空间电压矢量调制策略。仿真结果表明,所提拓扑的电容电压应力和启动冲击电流比传统拓扑的更小,可在纯无功负载下运行,并可实现能量的双向流动。     

单相级联准Z源逆变器有限集模型预测控制

以单相级联准Z源逆变器(quasi-Z-Source Cascaded Multilevel Inverter, qZS-CMI)为研究对象,以提高动态响应速度和降低开关频率为研究目标,提出一种优化有限集模型预测控制策略。首先,在分析不同工作状态对q ZS-CMI状态变量的影响后,建立其离散时间模型。其次,以MPPT作为输入电流参考,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,并引入评价函数中,实现q ZS-CMI系统的多变量综合协同控制。然后,将平均开关切换次数引入评价函数,优化系统的开关损耗。通过所提模型预测控制方法,无需输出电流控制环和直流侧电压控制环,降低了控制参数的调节难度,提高了系统的动态响应速度。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

单相级联准Z源逆变器有限集模型预测控制

以单相级联准Z源逆变器(quasi-Z-Source Cascaded Multilevel Inverter,qZS-CMI)为研究对象,以提高动态响应速度和降低开关频率为研究目标,提出一种优化有限集模型预测控制策略。首先,在分析不同工作状态对qZS-CMI状态变量的影响后,建立其离散时间模型。其次,以MPPT作为输入电流参考,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,并引入评价函数中,实现qZS-CMI系统的多变量综合协同控制。然后,将平均开关切换次数引入评价函数,优化系统的开关损耗。通过所提模型预测控制方法,无需输出电流控制环和直流侧电压控制环,降低了控制参数的调节难度,提高了系统的动态响应速度。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

一种新型半准Z源逆变器在风力发电变流系统中的应用

针对传统Z源风力发电变流系统机侧定子电流畸变严重,Z源网络电感电流纹波大的缺点,该文提出一种半准Z源逆变器(half quasi-Z-source inverter,H-q ZSI),并将其应用于直驱永磁风力发电系统。阐述H-q ZSI电感电流连续时的工作原理,得出升压因子与直通占空比的关系。当H-q ZSI处于直通状态时,加在各输入电感上的电流仅由相电压瞬时值决定,改善机侧电流与机侧电压的非线性关系,从而降低发电机定子电流谐波。通过分析准Z源逆变器和H-q ZSI输入电感电流纹波的产生机理,得出相同系统参数下,与准Z源逆变器相比,H-q ZSI的输入电感电流纹波有效减小。最后通过仿真与实验验证理论分析的正确性。     

具备非线性负载控制的准Z源逆变器控制策略

针对离网型分布式发电系统,研究了由准Z源逆变器和单相全桥逆变器组成的电路基本工作原理,深入分析了一种具有非线性负载电压波形控制能力的准Z源逆变器控制策略。提出了直接对准Z源直流母线电压的峰值进行采样与控制的方法,研究了重复控制+比例控制的复合控制实现负载电压外环控制以及采用比例控制电感电流内环控制来改善非线性负载下输出电压的谐波含量(THD)的方法。实验结果验证了此处系统控制策略的有效性及可行性。     

准Z源逆变器级联模型预测控制

针对准Z源逆变器(quasi-Z-source inverter,qZSI)有限集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)策略存在权重系数调整缺乏合适的准则、调试繁琐等问题,提出一种适用于qZSI的级联模型预测控制(sequential-model predictive control,S-MPC)策略。在S-MPC策略中,首先根据电感电流的预测值判断下一个周期是否采用直通状态。若为直通状态,则选择直通矢量作为下一周期开关状态。否则,按照电容电压和输出电流控制对象的优先级,先计算优先级高的代价函数,并选取2个电压矢量用于下一级控制对象代价函数计算,从而消除了权重系数。同时,分析不同级联顺序对控制性能的影响。实验结果表明,所提qZSI的S-MPC策略,相比传统的FCS-MPC策略,在无需设计权重系数的条件下,使各个控制对象均得到了良好的控制,同时具有输出电流谐波小、动态响应快、抗扰动能力强、参数鲁棒性强、计算量小等优点。     

改进型开关电感准Z源逆变器

为克服传统 Z 源逆变器的不足,提出了一种改进型开关电感准 Z 源逆变器,用自举电容代替了传统开关电感中的一个二极管。与前人提出的拓扑相比,改进型拓扑不但提高了升压能力,保证了输出波形的质量,而且使电容及开关器件的电压应力得到了降低,同时也减小了电感电流的脉动。对改进型拓扑结构进行了理论分析,仿真及实验结果验证了该拓扑的可行性。     

一种改进Cockcroft-Walton准Z源逆变器

提出了一种能达到高电压增益且由耦合电感构成的新型准Z源逆变器,它由Cockcroft-Walton倍压单元重新组合而推演出的新型升压模块嵌入到准Z源中获得。该新型拓扑继承了准 Z 源的所有优势,同时由于耦合电感的存在能使电路从匝比和占空比即双变量达到调节电压增益的目的,可在很小的占空比下实现高升压能力,具有更高的调制比,拥有更高质量的输出正弦波。对该新型拓扑进行了工作状态分析,研究了其自身升压能力、各部分功耗,并与(准)Z源逆变器及其相关改进单级可升压逆变器进行性能对比。实验室搭建了一台输出功率1 kW的样机以验证所提逆变器的可行性。     

改进型开关升压逆变器

虽然Z源逆变器克服了传统电压源电流源逆变器的不足,但也有启动电压冲击严重,电流不连续,直流侧的电压利用率低的问题。开关型升压逆变器启动电流小,但升压倍数有限。鉴于此提出了一种改进型开关升压逆变器,电路中电感和IGBT组成Boost电路,不仅提升了电压,而且在直通状态时,使输入电流通过电感续流,从而保证了输入电流的连续。基于简单升压控制下的实验结果,验证了改进型开关升压逆变器的有效性与正确性。     

开关型电感准Z源逆变器

提出了一种用开关型电感阻抗网络来连接电源和逆变桥主电路的新型准Z源逆变器拓扑,称为开关型电感准Z源逆变器.与传统准Z源逆变器相比,开关型电感准Z源逆变器可以提高电压增益,具有明显的升压优势,而且对于给定的电压增益,也可以采用更大的调制度,从而保证良好的输出电能质量.并将简单升压控制策略和3次谐波注入调制策略分别应用于开关型电感准Z源逆变器进行仿真,仿真结果验证了新型逆变器的优越性和合理性,而且验证了3次谐波注入调制策略的优点.     

模型预测控制三相逆变器的研究

模型预测控制利用系统离散模型预测负载电流,根据评估函数选择电压矢量,进而选择最优开关状态。评估函数用来判断最优电压矢量和开关状态,以达到最佳预测效果。本文在静止坐标系下分析三相逆变器的模型预测控制(MPC)原理,讨论了评估函数、参数误差、采样频率对模型预测控制的影响,最后通过dSPACE/DS1104作为控制器搭建了MPC实验平台。结果显示,相比于其他控制策略,模型预测控制具有控制简单、动态响应好、效率高等优点。