三相四桥臂逆变器控制技术研究

三相四桥臂逆变器可以解决不平衡负载引起输出电压不平衡的问题。采用开环控制或传统同步旋转坐标系PI控制时,三相四桥臂逆变器输出电压仍存在不平衡现象。为了揭示其原因,首先建立了三相四桥臂逆变器数学模型,在此基础上分析了三相四桥臂逆变器输出电压不平衡的根本原因,并提出相应的解决方案。该方案有效地抑制了不平衡负载电流扰动对输出电压的影响,保证了三相四桥臂逆变器在不平衡负载情况下输出三相对称正弦电压。最后在Matlab/Simulink环境下对空载、平衡负载、不平衡负载三种情况下系统开环和闭环控制进行了仿真研究,仿真结果验证了该解决方案的正确性。     

三相四桥臂逆变器

叙述了三相四桥臂逆变器的工作原理与控制方法。     

三相四桥臂逆变器控制策略研究

针对传统三相三桥臂逆变器带动不平衡负载时输出交流电压对称性差的问题,研究分析三相四桥臂逆变器控制策略,前三桥臂采用输出电压正、负序控制策略,第四桥臂利用中性电流跟踪负载电流的负和来进行单独控制,可有效提高三相四桥臂逆变器的通用性,降低其控制难度,搭建Matlab仿真模型,验证了控制策略的合理可行性,实现了带动不平衡负载的能力。     

三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略

三相四桥臂逆变器较成熟的控制策略都需依赖数字信号处理器来实现,但数字化控制的精确性受较多因素制约,其控制效果在一些场合并不理想。本文在分析了三相四桥臂逆变器数学模型的基础上,研究了一种三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略,各相桥臂采用了改进的电压电流双闭环控制,通过加入谐振控制器提高逆变器的稳态精度,通过补偿零序谐波提高逆变器的输出正弦度和直流母线电压利用率;第四桥臂采用零序谐波电压PWM控制,保证了逆变器具有较强的带不平衡负载能力。仿真和实验验证了该控制策略具有方法简单、易于模拟电路实现、逆变器输出波形质量高、带不平衡负载能力强、动静态性能良好等优点。     

三相四桥臂逆变器控制方法研究

在边远海岛建设的海洋能独立电站通常采用逆变器为用户供电,由于生活用电多为单相负载或非线性负载,因此采用四桥臂逆变器,可灵活、高效地为不对称负载及非线性负载提供三相对称电压。对三相四桥臂逆变器的数学模型及控制方法进行研究,针对常见方法中存在的问题,提出将逆变器各交流变量分别进行正负序d,q,0变换,由前三桥臂调节输出电压正负序分量,由第四桥臂调节输出电压零序分量的控制方法,并在不同类型负载情况下,对该控制方法进行仿真与实验,验证了该方法的有效性。     

基于前馈补偿控制的四桥臂逆变器研究

针对三相四桥臂逆变器在不平衡负载较大时所产生的三相输出电压不对称问题,本文采用前馈补偿加双闭环控制的方法来解决这一难点.根据四桥臂逆变器平均电流模型,在理论上得出了前馈补偿控制策略.在该控制方案下的Matlab仿真波形符合所要求的三相对称输出电压,因此体现了此方案的正确性.实验结果表明,当不平衡负载较大时,加入前馈补偿控制能够使逆变器输出对称的三相电压,从而验证了该控制方案的可行性.     

开关点预置的四桥臂三相逆变器

提出以四桥臂三相逆变器作为变速恒频电源变换器的主电路拓扑,省去了三相三桥臂逆变器中所需的中点形成变压器,减小了变换器的体积和重量。在三相三桥臂采用的开关点预置最优正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)控制方案的基础上,提出了适用于四桥臂三相逆变的开关点预置最优SPWM控制方案：ABC三桥臂的开关角预置仅消除不含零序谐波的低次奇次谐波,通过对N桥臂的预置来抵消前三桥臂所含的低次零序谐波。并在主电路中引入中线电感,减小了第四桥臂的开关电流。仿真和实验结果表明：该变换器不仅具有开关频率低,输出总谐波含量小以及直流电压利用率高的优点,且在不平衡负载时有较好的输出电压对称性。     

一种高性能三相四桥臂逆变器控制器的设计

三相四桥臂逆变器能有效地处理不平衡和非线性负载，然而其控制方法通常非常复杂。该文提出了一种性能优异、设计简单的控制器及其设计方法，该方法基于极点配置的PID电压单环控制。为了得到三相四桥臂逆变器的数学模型，采用开关周期平均法和旋转坐标变换建立连续定常系统模型，在此模型的基础上设计简单明了的PID控制器。根据三相四桥臂逆变系统的控制传递函数、期望的极点分布和性能指标，计算出最佳的PID控制参数。对该系统工作于不平衡负载时输出电压的不平衡程度分析，和非线性负载时输出电压的谐波含量对比分析，结果证明该文提出的方法具有很好的动静态特性，该方法与诸多其他控制方法相比具有原理简洁、应用方便、参数整定灵活等杰出优点。详细的仿真结果和实验结果验证了该方法的正确性。     

三相四桥臂逆变器的改进分序控制策略

为了提高逆变器带不平衡负载的能力,提出一种适用于三相四桥臂逆变器的正负序解耦控制策略。该控制策略基于双旋转坐标系,实现正负序电压的解耦和分离,在正负序同步旋转坐标系下采用PI双闭环控制算法。针对零轴的独立控制,通过虚拟构造出U_α、U_β分量,把零序分量逆时针转动90°构成αβ坐标系,再通过Park变换将αβ分量转换成dq直流量,从而对直流量进行反馈控制。由仿真结果可得,上述控制策略可以有效抑制不平衡负载电压的不平衡度。     

基于三相综合补偿的四桥臂逆变器控制

针对四桥臂逆变器,提出了基于三相综合补偿的四桥臂控制方法.分析了四个桥臂在逆变过程中的作用,形成了三相综合补偿策略.该补偿策略用第四桥臂补偿输出不平衡因素,形成第四桥臂和各相桥臂综合补偿相电压的模式,发挥出四桥臂结构的优势,在阻性(或感性)不平衡负载条件下,增强了控制能力.基于三相综合补偿策略,文中针对电感电流为正弦波的特征,采用积分算法逼近电感电压,构造闭环控制结构,并给出四个桥臂的控制方法.该控制方法避免了微分算法引入的高频干扰和通用滤波算法引入的相位偏移,确保了输出电压收敛于理想波形.仿真结果验证了四桥臂综合控制方法的有效性.     

一种新颖的三相四桥臂逆变器电流调节方案研究

针对三相四桥臂逆变器现有电流调节方案存在的某些问题，提出了一种改进的基于三雏空间电压矢量的电流调节方案．整个方案仅需三个最高开关频率受限的三电平比较器和相应的电压矢量选择表，实现简单，参数调整方便。文中对其原理进行了理论分析，给出了三相四桥臂逆变器带不平衡负载和作为三相四线有源电力滤波器应用时的仿真结果，验证了其正确性和可行性。     

反向递推法在三相四桥臂逆变器控制中的应用

为了提高三相四桥臂逆变器非线性系统的控制性能,提出将反向递推非线性控制方法应用于此系统.针对三相四桥臂逆变器这个离散的、多模态的非线性系统,采用开关函数和开关周期平均算子建立其数学模型.应用反向递推方法逐步选择虚拟控制量和构造Lyapunov函数,使每个电感电流和电容电压状态分量具有渐近特性,实现逆变器对给定信号的输出跟踪控制,保证整个系统的全局渐近稳定性.仿真结果表明,系统具有良好的静态和动态性能.     

一种基于3D SVPWM调制的三相四桥臂逆变器控制方法

针对三相四桥臂逆变器控制系统,基于旋转坐标变换建立了系统模型,提出了一种正负零序分量解耦的控制方法,该方法可以减小三相不平衡负载下的输出电压不平衡度,并且对3D SVPWM发波方式做了简化,使得更有利于工程化实现。通过仿真和实验结果验证了该方法的正确性。     

基于空间矢量电流调节器的三相四桥臂逆变器的解耦控制研究

该文提出了一种采用内环空间矢量电流调节器和外环同步坐标比例积分控制器相级联的三相四桥臂逆变器的控制方案，实现了对三相四桥臂逆变器的解耦控制。内环使用了-基于三维空间矢量的电感电流内环调节器，使电感电流相当于一受控电流源，解除了电感电流引起的耦合效应。外环采用了同步电压控制器，使用一个简单的比例调节器就可实现输出电压跟踪的零稳态误差，保证了良好的稳态性能。电容电流参考前馈策略的使用解除了由滤波电容引起的耦合效应；负载电流前馈策略的使用使系统具有对各种负载的快速反应和适用能力。建立了整个系统在dqo空间的控制模型，实现了对d，q，o三个分量的独立解耦控制。给出了在各种不平衡和非线性负载情况下的仿真结果，验证了该控制方案的可行性。     

三相四桥臂并联型APF无差拍控制策略的研究

以四桥臂并联型有源电力滤波器为研究对象,对三相四线制系统的谐波检测方法和有源电力滤波器的控制策略分别进行了系统的研究.采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测法来计算谐波电流指令值.详细阐述了无差拍控制的原理,对无差拍控制模型进行了理论推导,对系统实现步骤和谐波电流预测进行了研究.实验论证了该无差拍系统的可行性,总结了无差拍控制应用的优点和问题.     

分布式发电系统中四桥臂逆变器控制策略

由分布式电源构成的电网是弱电网,并且给各类负载供电,针对这类电网的特点和电网中负载的状况,本文提出采用四桥臂逆变器作为分布式发电系统的并网接口,提出基于带通滤波器的分序方法和分序控制策略,解决了四桥臂逆变器基于单同步旋转坐标的双环控制系统稳态性能差的问题,在此基础上搭建了实验平台,实验结果表明,本文提出的方案彻底改善了逆变器控制系统的稳态特性,极大地提高了分布式发电系统在不对称负载下的运行能力。     

三相四桥臂逆变器的三角波辅助控制策略

针对三相四桥臂逆变器常用的控制方法或者属于开环控制,或者需要大量繁琐的计算,不适用于对动静态性能要求较高的中高频逆变场合这一缺点,提出一种三相四桥臂逆变器的三角波辅助控制策略。该控制策略依据电压电流双闭环控制原理,通过对三相四桥臂逆变电路建立电压电流方程,推导三相输出电压对称所需要的条件,从而发现三角波在各相桥臂的控制中起到至关重要的作用。前三相桥臂在电压电流双闭环控制的基础上在调制信号中注入三角波,使得调制比可以大于1,提高了逆变器的直流电压利用率;第四桥臂则利用构造出的三角波作为调制信号进行PWM控制,确保逆变器在不平衡负载条件下输出电压对称。设计一台6 k VA原理样机,仿真和实验结果证明了该控制策略的可行性。     

A novel three-phase four-leg inverter based load unbalance compensator for stand-alone microgrid

This paper proposes a three-phase four-leg voltage sourced inverter (VSI) based load unbalance compensator (LUC) including its control algorithm, which is a component of a microgrid. The purpose of proposed three-phase four-leg VSI based LUC is to improve power quality of the standalone microgrid. Power quality of the microgrid which was installed in Mara-island, Korea is analyzed using a real operational data. In this work, the microgrid in Mara-island which includes a photovoltaic power generation system, a diesel generator, a battery energy storage system, and a power management system is modeled in PSCAD/EMTDC, and proposed three-phase four-leg VSI based LUC is also modeled and applies to the modeled microgrid. Power flow and stability of the modeled microgrid with the LUC is analyzed under variable irradiance and unbalance loads. The results show that the proposed LUC helps to improve stability of the stand-alone microgrid. The proposed three-phase four-leg VSI based LUC and its control algorithm can be effectively utilized to the stand alone microgrid which has large unbalance loads.