基于重构电压矢量的共直流母线型开绕组永磁同步电机改进直接转矩控制

针对共直流母线型开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)基本电压矢量丰富、存在零序回路的特性,该文提出两种基于重构电压矢量的共直流母线型开绕组永磁同步电机改进直接转矩控制策略.为充分利用OW-PMSM所产生的电压矢量,定义19个重构电压矢量并基于此改进零序电流抑制方法,扩大直接转矩控制的备选电压矢量范围.根据重构矢量数量多...     

六相永磁同步发电机系统的零序电流抑制策略

针对共直流母线开绕组永磁同步发电机(OW-PMSG)系统在传统空间矢量调制策略下存在的零序电流干扰不足,通过分析共直流母线开绕组电机系统中零序电流产生原因,提出一种应用于六相OW-PMSG系统的零序电流抑制的控制策略。为有效抑制零序电流,引入比例谐振控制器控制变流器产生共模电压,以抵消反电动势三次谐波分量。为有效抑制由定子结构带来的5次、7次谐波,重新选择矢量,并按照计算出的比例关系分配矢量作用时间。对比分析传统最大四矢量控制策略和改进的零序电流抑制策略的仿真结果,验证了该方案的可行性。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。     

断相故障下开绕组永磁同步电机模型预测控制容错控制策略研究

共直流母线型开绕组永磁同步电机系统由于双逆变器供电且存在零序回路,具有一定的容错能力,但控制中需考虑零序电流的影响.然而当永磁同步电机发生单相断相故障后,原电机模型不再适用,若继续沿用断相前控制策略,将导致电机转矩脉动变大、控制性能变差.该文根据开绕组永磁同步电机断相后的系统特性,重新设计坐标变换矩阵,得到新坐标变换下的dq轴电机数学模型.新的转矩方程表达简洁、转矩控制方便,同时新的电压方程也相互解耦,因此电流预测计算量小,且控制更加准确.为提高电流控制性能,断相前后均采用三矢量模型预测控制策略.考虑到断相后的基本电压矢量将发生变化,重新构建了断相系统拓扑下新的电压矢量平面并基于新的基本电压矢量计算电压矢量占空比.实验结果证明了所提方法的有效性和优越性.     

共直流母线型开绕组PMSM零序电流抑制策略

为抑制单边可控下的共直流母线型开绕组永磁同步电机存在零序电流的问题,本文提出了基于开关表的直接功率控制抑制零序电流的控制方法.通过建立开绕组永磁同步电机的数学模型,分析了单边可控下的共直流母线型开绕组永磁同步电机的电压矢量分配和定子磁链所在扇区.根据直接功率开关表选择合适的电压矢量,实现对系统零序电压抑制的目的.最后,...     

基于四桥臂拓扑的开绕组永磁同步电机预测电流控制策略研究

开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统相比常规的开绕组同步电机双逆变器控制系统，在保证直流母线电压利用率一样的条件下，可以显著降低成本。为了抑制共母线开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统的零序电流，在传统的模型预测电流控制的基础上，提出基于三维空间快速选择最佳电压矢量和基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制方法。对共直流母线四桥臂系统的数学模型及αβ平面的电压矢量分布进行分析；采用模型预测电流算法进行控制；建立abc坐标系下的空间电压矢量分布系统，并分析几何空间关系，提出选择最优电压矢量的方法，效率得到提升，同时零序电流也得到了有效抑制；建立0轴电压预测方程，并采用中矢量调制方法，提出基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制策略，不仅抑制了零序电流，而且不需要复杂的价值函数计算，大大减少了计算量。该控制方法能够显著提升系统的动态和稳态性能。仿真验证了该控制方法的正确性和有效性。     

开绕组永磁同步电机混合双矢量模型预测控制

为了抑制共直流母线绕组开路永磁同步电机(OW-PMSM)控制系统中的零序电流并进一步提高电流质量,提出一种混合双矢量模型预测电流控制(MPCC)方法.首先,根据产生零序电压的大小将六个非零电压矢量进行分组;其次,利用参考电压矢量直接选择第一逆变器非零电压矢量与零矢量,并计算零矢量作用时间以实现对零序电流的控制;在此基础上,遴选第二逆变器的两个候选非零电压矢量并计算作用时间,从而实现对dq轴电流的跟踪.该方法中第一逆变器每个控制周期作用一个非零电压矢量与一个零矢量,第二个逆变器每个控制周期作用两个非零电压矢量,从而形成了混合双矢量方法.实验结果表明,提出的混合双矢量MPCC方法能够有效地抑制零序电流的产生,并减小电流脉动,提高了系统的稳态性能.     

共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术综述

开绕组电机系统是将星形绕组中性点打开,两端各接一个逆变器的特殊级联供电方式。在只能提供单一直流电源时,2个逆变器共用同一个直流电源,称为共直流母线结构。由于其具有所需电源数目少、输出功率高、有效电压矢量多样,以及冗余性和容错性强的优点,在高电压、大功率、安全性要求高的场合下有广泛的应用前景。同时,由于该结构存在零序通路,零序电流会产生额外损耗和转矩脉动。因此,有效地抑制零序电流是该结构能够广泛使用的必要条件。通过总结共直流母线开绕组电机系统在国内外的研究和发展现状,介绍共直流母线开绕组电机系统的拓扑结构及其零序电流产生机理,并对零序电流抑制技术进行全面归纳总结。最后,讨论共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术的发展趋势。     

基于比例谐振控制的共直流母线开绕组永磁同步电机零序电流抑制技术

由于共直流母线的开绕组永磁同步电机系统存在零序电流回路,变流器调制产生的共模电压和永磁体自身反电动势零序分量构成的零序电压源会在电机绕组内产生零序电流,影响开绕组永磁同步电机的运行效率和稳定性。因此,提出一种基于比例谐振控制的零序电流抑制方法,在建立开绕组永磁同步电机及其零序回路数学模型基础上,通过设计基于比例谐振控制的零序电流闭环系统来控制变流器输出电压的零序分量,达到对零序电流的抑制目的。同时深入分析了所提零序电流抑制策略在开绕组永磁同步电机不同运行工况下的稳定运行能力。最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验系统,验证了所提出零序电流抑制策略的有效性。     

共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略

由于变流器调制产生的共模电压和永磁电机反电动势三次谐波的存在,开绕组永磁同步电机两端共直流母线情况下会在电机绕组产生零序电流,影响了电机运行效率和稳定性。由此提出了共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略,通过建立开绕组永磁同步电机数学模型,分析了零序回路的工作特性,并通过对零序电流的闭环调节控制变流器产生共模电压以抵消反电动势三次谐波分量,达到抑制零序电流的目的;同时深入分析和对比了所提零序电流抑制策略和传统共模电压抑制策略的调制能力和最大调制度;最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验机组,对所提零序电流抑制策略的可行性和有效性进行了实验验证。     

共直流母线开绕组异步电机零序环流抑制策略研究

相比于传统的单逆变器驱动异步电机调速系统,双逆变器供电开绕组异步电机(open-end winding induction motor,OEW-IM)系统具有容错性高、拓扑结构灵活、直流侧电压等级低等优点。但是,当双逆变器采用共直流母线接线方式时,共模电压会通过直流母线形成环流,产生额外损耗,影响系统效率和带载能力,加剧系统的老化。逆变器非理想因素和电机零序反电动势是产生零序环流的主要原因。该文针对共直流母线OEW-IM中零序环流抑制问题,提出了一种共模电压可控的空间矢量PWM调制方案。通过对单台逆变器共模电压的主动控制,实现对零序环流的抑制。同时,该空间矢量调制方案能够较好地抑制逆变器对地共模电压,进而有益于电机轴电流的抑制。通过构建共直流母线OEW-IM仿真和实验平台,对所提零序环流抑制策略的可行性和有效性进行了仿真和实验验证。     

交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制

在交流系统不对称的情况下,三相模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部会出现零序性质的2次谐波环流,该零序分量将进入MMC直流侧,加剧直流电压、电流和功率的2倍频波动.为抑制直流侧功率的2倍频波动,以瞬时功率理论和比例谐振调节器为基础,设计了两相静止坐标系下MMC的控制策略.该控制策略由交流回路控制和直流回路控制2部分构成,前者实现MMC与交流系统之间的功率调节;后者实现MMC内特性的调节,主要抑制MMC环流中的2次谐波成分,使桥臂电流波形接近正弦.仿真系统采用不控整流站,逆变站采用MMC,结果表明:在交流系统不对称的情况下,该控制策略有效抑制了环流中的2次谐波成分以及MMC直流侧电压、电流和功率的2倍频波动.     

基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统控制策略

为提升开绕组永磁同步电机系统的调制能力,该文提出一种基于Z源逆变器的共直流母线开绕组永磁同步电机系统结构及其控制策略。通过建立所提电机系统的数学模型,提出在空间矢量脉宽调制中插入直通矢量的升压策略以及重分配零电压矢量作用时间的零序电流抑制策略。针对两侧逆变器独立调制时直通矢量不同步导致无法调制产生参考电压的问题,提出两侧逆变器的协同调制策略,在保留低开关频率优点的基础上,确保引入Z源逆变器后系统调制的正确性。最后,通过实验验证所提控制策略的正确性和有效性。     

共用直流母线开绕组永磁同步发电机系统及其零序电流抑制

与传统的三相星形绕组永磁同步发电机(PMSG)PWM整流系统相比,双PWM整流器控制的开绕组PMSG系统具有容错性高,拓扑结构灵活等特点。但当双整流器共用一个直流母线时,产生了一个零序电流通路,因此在采用空间电压矢量(SVPWM)控制时算法中存在的零序电压分量就会在通路中产生零序电流。对于永磁电机而言,电机反电势中的三次谐波分量也会产生一个相应的零序电流。因此,为了最大程度地减小电机绕组内的零序电流,本文提出采用零序电流调节器,可使电机相电流波形趋近正弦,整流后得到的直流母线电压稳定且纹波小。仿真和实验结果验证了该系统的有效性。     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

共直流母线开绕组永磁同步电机的弱磁控制策略

弱磁控制技术能够有效拓宽永磁同步电机的最大运行速度,具有重要的研究意义。在共直流母线结构的开绕组永磁同步电机系统中,会不可避免地产生共模电流。若不对其进行有效地抑制,会在弱磁过程中造成转矩波动与电机温升等,严重影响了系统运行性能。通过对共模电流的产生机理进行分析,发现在电压调制环节中可以通过对零电压矢量的作用时间进行重新分配来抑制共模电流。基于以上分析,提出在共模电流抑制下基于零电压矢量作用时间重新分配的弱磁控制策略,该方法能有效地在共直流母线开绕组系统中抑制共模电流的同时,实现弱磁运行控制。在以TMS320F28335 DSP为控制芯片的1.5kW开绕组电机实验平台上验证了该弱磁控制策略的有效性。     

不对称电网故障下直驱永磁风力发电系统直流母线电压稳定控制

分析了三相不平衡电网电压下直驱永磁同步风力发电机组直流母线电压波动的机理,研究了其稳定控制策略,以提高其在电网不对称故障下的低电压穿越能力。通过将不对称电压与电流进行对称分量法分解,提出了一种在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的矢量控制策略,来消除功率传输中的波动分量,以实现在电网发生不对称故障时稳定直流母线电压,并结合能量泄放回路来完成风电机组在电网发生不对称故障下的不脱网运行。仿真结果表明,所提控制策略能够有效地抑制在电网不对称故障条件下直流母线电压波动,能量泄放回路能够有效地控制故障发生时引起的直流母线过电压,实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

电网不平衡时电压源换流器高压直流输电统一控制策略

针对电网不平衡时电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的直流电压2倍频波动及交流系统低频谐波问题,建立基于正向dq坐标系的正负序VSC-HVDC动态模型,研究其运行特性,并提出一种新型统一矢量控制策略。该策略外环基于谐振积分器及谐振滤波器方案实现直流系统2倍频波动抑制,降低不平衡运行对电网电流的低频谐波影响;内环为两相静止坐标下的正负序矢量电流统一控制,避免因相序分解可能引起换流站交流侧电压含奇次低频谐波分量的问题。PSCAD/EMTDC仿真研究表明:统一矢量控制不仅能抑制直流系统2倍频波动,而且降低了交流电网低频谐波水平,增强了VSC-HVDC的不平衡运行能力。     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。