电网不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制

为提高三相脉冲宽度调制(PWM)整流器在电压不对称时的运行性能,分析了电网电压不对称故障下三相PWM整流器在同步旋转坐标系中的瞬时输入无功、输出有功功率模型,采用基于比例谐振(PR)控制器的功率补偿环节对整流器输入无功功率和输出有功功率波动进行补偿。比例谐振控制器能够对波动变量进行直接控制,因此,控制系统不包含对电流、电压的正、负相序分解过程,提高了系统的响应速度。提出的控制系统能够在电压单相30%跌落条件下,有效消除整流器输入无功功率及输出有功功率的2倍频波动,维持直流母线电压稳定和单位功率因数运行。与输入功率谐振补偿策略进行的仿真与实验研究对比证明了所提控制策略的可行性和有效性。     

电压不平衡情况下PWM整流器功率分析方法

根据同步坐标变换和对称分量法,提出了一种三维瞬时复功率计算方法,可以将系统输入功率分解为:瞬时有功功率、q0轴之间、dq轴之间、d0轴之间的瞬时无功功率等12个功率分量。在瞬时功率分析的基础上对抑制交流侧负序电流和抑制交流侧输入功率二次谐波控制两种优化控制方案进行了分析。同时建立了基Saber的PWM整流器仿真平台,通过大量的仿真给出了各种不平衡输入情况下,采用不同的优化控制方案时瞬时有功功率、瞬时无功功率、瞬时功率因数以及输入电流谐波等波形,为三相PWM整流器在输入不平衡情况下的功率分析和优化控制提供了很好的理论基础。     

效率为98%的单相和三相单级交流一直流变换器拓扑结构

目前在电力电子技术研究领域,具有隔离和功率因数校正功能的单级AC-DC变换器,均是依赖于全桥整流的新型变换器。当前的单相AC-DC变换器是基于传统的脉宽调制(PWM)变换方法实现的,它至少包括3个不同的功率信号处理级:全桥整流器、BOOST PFC变换器和串联隔离式全桥DC-DC变换器,共用到14个开关器件和3个磁性元件,这些都对变换器的效率、尺寸和成本限制产生影响。本文所介绍的混合变换方法,实现了一种新型单级AC-DC变换器拓扑结构,是一种只包括3个开关器件和1个磁性元件的非桥型PFC变换器。这种变换器具有98%左右的效率、0.999的功率因数和总共仅1.7%的谐波畸变。三相整流器包含了3个这样的单相整流器,它利用了特斯拉三相转换系统的优点,可以进行三相系统的输入功率到直流输出功率的瞬态转换,具有高频光隔离,0.999的功率因数,低谐波畸变(1.7%),较小的尺寸和成本等特点,而且效率达到了98%。。     

三相电压型PWM整流器新型开关表直接功率控制EI北大核心CSCD

该文以三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,提出一种基于新型开关表的直接功率控制(direct power control,DPC)策略。首先,根据两相旋转dq坐标系下整流器数学模型计算开关矢量对有功功率和无功功率的控制幅度,并归一化处理进行定量分析,以此为基础将传统DPC的12扇区重新划分为24扇区。然后,设计有功功率差值区间判断器,根据其输出值Cp和有功功率与无功功率滞环比较器的输出值Sp、Sq,选择当前扇区最佳开关矢量构造新型开关表,实现对有功功率的精确控制。仿真对比表明,该新型开关表不仅克服传统开关表对无功功率控制能力差的缺点,而且改善网侧电流总谐波失真,降低输出直流电压波动和有功功率与无功功率脉动。最后,搭建一台800W三相电压型PWM整流器样机,通过对比实验验证所提控制策略的正确性和有效性。     

三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下无差拍功率控制

根据三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下数学模型,推导了三相光伏逆变器输出有功功率、无功功率和电网电压、逆变器输出电压、电流之间关系。提出基于空间矢量调制的无差拍功率控制策略,实现三相光伏并网逆器有功功率、无功功率的快速跟踪和解耦控制,输出三相电流波形正弦度好,有功功率和无功功率波动小,且输出频率固定,有利于滤波电感的设计。在一台12 kW样机上进行了实验验证,实验结果表明三相光伏并网逆变器具有良好的静、动态特性,无差拍功率控制策略正确可行。     

矩阵变换器的输入电流控制策略

根据有功功率平衡原理推导出不平衡输入电压下表征矩阵变换器输入电流特性的通用方程,分析表明矩阵变换器的输入电流特性只能通过对输出功率及输入电流偏置角的控制来调节.根据矩阵变换器输入电流特性方程及输入电流控制目标得到3种典型输入电流控制策略.在输出电压平衡正弦的情况下:使矩阵变换器的输入电流矢量与输入电压矢量保持固定的功率因数角(策略1),可得到不平衡且非正弦的输入电流男;使输入电流矢量跟踪输入电压正序分量与负序分量之差的方向(策略2),可得到不平衡但正弦的输入电流;输出电压矢量幅值变化并使输入电流矢量与输入电压正序分量保持固定的功率因数角(策略3),可得到平衡正弦的输入电流,但输出电压不平衡且非正弦.其中,策略1的输入功率因数及输出电压控制能力最强,但输入电流波形质量最差;策略2的输入电流波形质量较好,但输入功率因数和输出电压控制能力有限;策略3得到的输入电流波形质量最好,但输出电压特性最差.通过仿真及实验验证了理论分析的正确性.     

不平衡电网电压下精简矩阵变换器扩展直接功率模型预测控制

针对精简矩阵变换器（RMC）传统直接功率预测控制在电网电压不平衡工况下网侧电流畸变严重、输入功率和直流侧输出电压存在较大波动的问题。该文提出一种适用于RMC的扩展直接功率预测控制方法。推导分析不平衡输入电压下有功功率和无功功率的二倍频波动表达式，利用1/4电网周期延迟法提取电网电压、电流正负序分量，采用扩展瞬时功率理论重新构建瞬时功率的参考值，实现网侧功率和直流电压纹波波动的自抑制，最后搭建一台实验样机对所提方法进行了验证。实验结果表明，电网电压不平衡下所提方法使直流侧输出电压、有功功率和无功功率波动相较传统直接功率预测得到了有效抑制，实现了RMC网侧电流正弦且单位功率因数运行，验证了所提出方法的有效性和正确性。     

有功功率无功功率独立控制的VSC-HVDC系统仿真研究

高压直流输电系统中有功和无功功率可以分别由dq0坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制,设计定直流电压、定有功功率定无功功率控制器。整流侧实现单位功率因数整流并控制直流电压的稳定,逆变侧通过改变有功电流指令和无功电流指令来改变输送的有功功率和无功功率。用Matlab进行仿真分析。结果表明,该控制方式在保证直流电压稳定的基础上能够实现有功功率、无功功率的独立控制,且该控制方式灵活、简便,抗干扰性强,为工程实际应用提供理论依据。     

三相电压型PWM整流器控制方法的研究

本文首先介绍了三相电压型PWM整流器(VSR)的拓扑结构,并分别建立了VSR三相静止坐标系下的数学模型和两相旋转坐标系的数学模型。根据上述理论分析,结合电网电压定向的矢量控制思想,提出一种VSR电压外环电流内环的双通道闭环控制结构。有功功率通道的主要作用是控制直流侧输出电压恒定;无功功率通道的主要作用是控制网侧输入电压和电流同相位,即实现单位功率因数运行。为了验证有功功率通道电压外环的必要性,建立无电压外环的对比控制模型;并通过对无功电流分量给定值的改变,验证无功功率通道对功率因数的调节作用。Matlab/Simulink环境下针对以上假设建立仿真模型,仿真结果证明了加入电压外环的必要性和无功电流分量对功率因数的调节作用。即证明了三相电压型PWM整流器电压外环电流内环的双通道双闭环控制策略的正确性。     

车用新型AC-DC矩阵式变换器

针对车用电子系统容量扩大和传统PWM整流器缺点问题,为实现输入单位功率因数和一级降压整流,去除死区时间引起的谐波带来的影响,本文提出一种新型基于42V PowerNet的车用双向AC-DC矩阵变换器。在基于三相-三相矩阵变换器理论基础上,推演出AC-DC矩阵变换器的整流调制策略,并研究了开关序列和换相的方法,采用优化AV法调制策略来控制整流器。运用四步换流策略解决了开关换相存在的短路、断路风险和死区时间问题,仿真和实验结果验证了车用新型AC-DC矩阵式整流器的有效性和正确性。     

Power Quality Improvement in Three-phase Telecommunication Power Supply System

This article proposes power quality improvement in a three-phase AC mains-fed telecommunication power supply by using an improved power quality converter. Conventional telecommunication tower power supplies suffer from power quality problems, such as high input current harmonic distortion, low power factor, and voltage distortions at the utility interface. To mitigate these problems, modern AC-DC converters with power factor correction circuits are used at the utility interface. An integrated boost converter is used as a power factor corrector with an isolated DC-DC converter at the load end to form the proposed telecommunication power supply. The power factor correction converter mitigates the harmonic contents of the AC mains current and improves the power factor, whereas the isolated converter provides regulated load voltage and isolation. Voltage control is used for regulating the DC voltage of the isolated converter, while the power factor correction integrated boost converter employs a current control loop to shape input current to sinusoidal in-phase with voltage. The design, modeling, and simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the power supply at various AC mains voltages and loads. A prototype of the front-end converter is developed, and recorded test results are presented here to validate the simulated performance.     

基于空间矢量法的矩阵变换器输入过零点检测补偿电路

由于矩阵变换器输入滤波电路存在电感、电容,因此使输入电压存在一定的相位偏移,这种偏移随着输入电流的增大而增大,因此有必要对这部分的电压偏移进行补偿.通过采样滤波前后电压波形,得出偏移电压相位角后对矩阵变换器进行补偿,使输入侧功率因数得到了改善.     

双级矩阵变换器输入电压不平衡控制策略

双级矩阵变换器(又称为间接矩阵变换器)是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,但不包含储能的电容或者电感.因此,当输入侧电压不平衡时,输入输出电流波形将直接受到影响,降低了双级矩阵变换器的性能.针对这一问题,本文提出了一种基于瞬时无功理论的补偿方法.在输入电压不平衡情况下,该方法控制输入侧有功为恒定,构造输入电流矢量参考值,并对整流级电路和逆变级电路分别采用空间矢量脉宽调制,从而保证输出性能的稳定.实验结果表明,该方法有效地减小了输入输出电流中的谐波含量,改善了变换器的性能.     

Matrix converter induction motor drive: modeling,simulation and control

This paper presents a model in Simulink, which consists of a three-phase matrix converter, an induction motor, a field-oriented controller, and a power supply. A simplified Venturini's modulation algorithm is used in the simulation model. This algorithm provides unity fundamental displacement factor at the input regardless of the load displacement factor and can be easily implemented in closed loop operation. Simulation results are presented for both input and output sides of the converter. These results demonstrate a high-performance matrix converter-fed induction motor drive with unity input displacement factor.     

基于自然坐标与功率前馈的三相电压型PWM变流器控制

针对三相电压型PWM变流器控制系统,提出一种自然坐标与负载功率前馈控制方法。根据p-q理论在自然坐标下的表征,引入瞬时有功电压和瞬时无功电压的概念。从而基于电网电压定向的矢量控制策略引入PWM变流器的自然坐标控制方法,省去了电网相位检测和坐标系变换,降低控制复杂度。针对PWM变流器矢量控制下直流侧负载(包括有源负载和无源负载)功率波动对直流侧电压产生较大冲击和波动问题,基于功率平衡和p-q理论推导了负载扰动点到三相交流电流指令的前馈通道增益矩阵,提高PWM变流器直流侧稳压控制的鲁棒性。RCP实验证明所提方法的正确性和可行性。     

采用矩阵式变换器的双馈变速风力发电系统

根据变速风力发电原理,结合矩阵式变换器和直接转矩控制的优点,建立了基于矩阵式变换器的双馈异步发电机直接转矩控制系统。为实现矩阵式变换器输入侧功率因数为1,并使输入电流和输出电压呈现正弦波,以电磁转矩、转子磁链、矩阵式变换器输入侧电压和电流相位角的正弦值的平均值为控制量,得到矩阵式变换器的开关选择表和直接转矩控制算法。仿真结果表明,系统具有良好的调速性能,在高低速情况下都能跟随风速变化,迅速调节双馈异步发电机转速;转子磁链观测准确,能够跟随给定值;系统方案正确有效,具有较强的鲁棒性。     

带无损缓冲的新型三相反激式功率因数校正器的研制

提出了一种新颖的基于反激式变换器的三相功率因数校正器,讨论和分析了该电路的校正原理、关键参数和性能特点,并介绍了两种实用的零电压过渡方案,通过仿真和实验证明了理论分析的正确性.     

A new control algorithm of active power line conditioner for improving power quality

In this paper, a new control algorithm for active power line conditioner (APLC) is proposed. The proposed APLC contains two power converters, a series power converter and a shunt power converter. The series power converter is operated as a current source, and it has the function of a harmonic isolation to block the harmonic current from the nonlinear load to mains and the harmonic voltage from the mains to load. The shunt power converter is operated as a voltage source to supply a clean and regulated output voltage to the load. Both power converters use the same dc bus. To demonstrate its performance, a prototype is developed and tested. The tested results show that the proposed APLC has the expected performance.     

Bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using coupled inductor for dc microgrid applications

The main objective of this project is to study the analysis and design of an isolated three-phase bidirectional dc-dc converter connected to the dc microgrid system. The proposed topology achieves efficient power conversion with a wide input voltage range, continuous input current, and bidirectional operation. In forward mode operation, the topology acts as a three-phase push-pull converter to reach a step-up voltage conversion ratio (90 to 450 V ). In backward mode operation, the converter acts as an interleaved flyback converter to provide a step-down voltage conversion ratio (450 to 90 V ). Over and above that, in both operation senses, the dc voltage gain is presented. The main advantages of this topology are high-switching frequency, the three-phase transformer that provides galvanic isolation between the dc voltage link bus to the battery or ultra-capacitor storage, and input/output filters size reduction. Besides, a fewer number of power switches, the frequency of output voltage, and input current ripple are three times higher than the switching frequency. The three active switches are connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuit. Ultimately, the theoretical analysis of the proposed topology is carefully confirmed with the experimental results of the 4 kW converter prototype.