基于优化DPC策略的三电平PWM整流器

基于直接功率控制(DPC)策略三电平PWM整流器近年来得到了广泛关注,但由于存在较大的无功脉动,系统动静态性能受到严重制约。通过分析系统瞬时功率模型,指出常规DPC策略忽略的有功功率与无功功率耦合量是造成无功功率失控的主要原因。根据失控机理,在常规开关矢量表的基础上有针对性的添加备选空间电压矢量,提出了优化开关矢量表,解决了原开关表存在的无功功率"失控"问题。构建了MATLAB/simulink环境下的仿真模型,对三电平PWM整流器系统进行了仿真研究,结果表明基于优化开关表的DPC策略PWM整流器显著降低了无功功率脉动,提高了系统稳态性能。     

三电平PWM整流器直接功率控制

在给出了三电平电压型PWM整流器数学模型的基础上,结合瞬时功率理论,推导了输入有功、无功和整流器矢量的关系,提出了一种应用于三电平PWM整流器的直接功率控制(DPC)方法.该方法不仅能够实现系统对有功、无功的直接控制,而且能够避免矢量切换时相电压、线电压幅值的过高跳变,同时有效地控制了中点电位的平衡.仿真和实验结果表明此方法算法简单,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.     

单相PWM整流器定频模型预测功率控制算法

针对传统单相PWM整流器开关表直接功率控制算法的系统功率脉动大、开关频率不固定、网侧谐波高等问题,借鉴三相PWM整流器的模型预测直接功率控制(MP-DPC)算法,提出了一种基于占空比优化的单相PWM整流器MP-DPC算法。首先,依据瞬时功率理论,通过虚拟坐标系构造网侧电压与电流的旋转矢量,给出了一种单相系统功率求解算法;然后,研究不同开关状态对系统功率的影响,给出了单相PWM整流器最优开关状态选择与占空比求解的MP-DPC方法;最后,分别对滞环开关表DPC与MP-DPC算法进行了计算机仿真及半实物实验对比研究,结果表明:与滞环开关表DPC算法相比,该MP-DPC算法具有控制精度高、开关频率恒定、网侧电流谐波含量低等优点,也验证了该算法的有效性和优越性。     

脉宽调制整流器直接平均功率控制

直接功率控制作为脉宽调制(PWM)整流器的一种经典高性能控制方法,具有动态响应快速、无需电流内环整定和参数鲁棒性好等优点,其不足之处是:稳态时功率脉动较大,网侧电流含有较多谐波分量,需要高速AD采样。在PWM整流器的预测功率模型基础上,提出了直接平均功率控制,其特点是在一个控制周期内,将一部分时间分配给从矢量表中得到的非零矢量,其余时间则由零矢量作用。通过控制一个控制周期内有功功率的平均值与参考值相等,从而解析得到非零矢量的作用时间。实验结果表明,该方法能够在保持传统矢量表直接功率控制的良好动态性能和单位功率因数运行的同时,有效抑制稳态时有功功率的脉动,减少网侧电流谐波和总谐波失真。     

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。     

电压型PWM整流器直接功率控制技术

本文介绍了目前三相电压型PWM整流器电压定向功率直接控制(VO DPC)系统及基于输出调节子空间的功率直接控制(ORS DPC)系统的原理,分析了直接功率控制系统的性能;并进行了仿真研究。研究和分析表明,三相电压型PWM整流器直接功率控制系统具有结构和算法简单、无PWM调制模块、高功率因数、低谐波、动态性能良好等优点;值得进一步研究。     

基于新开关矢量表三相PWM整流器DPC系统

传统PWM整流器直接功率控制(DPC)中,靠近基本电压矢量的地方,容易出现无功功率失控现象,导致网侧电流出现畸变和较大的直流电压波动。从PWM整流器瞬时功率数学模型出发,分析了开关矢量对瞬时有功功率和无功功率的作用机理,设计了一种基于新扇区空间划分方法和新开关矢量表的PWM整流器DPC策略,该方法具有兼顾有功功率调节的快速性、抑制无功波动和降低开关频率的功能。仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

三电平NPC整流器新型直接功率控制策略

在电压型三电平NPC整流器的控制策略中,直接功率控制(DPC)策略具有算法简单、动态性能好的优点。分析了电压型三电平NPC整流器DPC策略的基本原理,推导了三电平NPC整流器DPC策略数学模型,研究了各矢量对系统瞬时功率的影响,提出了一类新颖的无需交流电压传感器的三电平NPC整流器DPC策略。该新型策略在实现系统瞬时功率控制的同时,还兼具直流电容电压波动控制能力。仿真和实验验证了提出方法的正确性和有效性。     

单相三电平脉冲整流器无差拍预测直接功率控制

以我国CRH2(China railways highspeed 2)型高速动车组的单相三电平脉冲整流器为研究对象,以提高其动态响应速度及控制精度为目的,该文首先建立单相三电平脉冲整流器数学模型,分析传统基于比例积分(proportional-integral,PI)控制器的定频直接功率控制(direct power control,DPC)的工作原理,在此基础上,提出一种基于自回归算法的单相无差拍功率预测DPC算法。与传统PI定频DPC算法相比,该DPC算法无需网压相位检测装置,如锁相环(phase locked loop,PLL),降低了硬件设计及软件编程的复杂度;而且由于采用自回归算法,实现了有功和无功功率的无差拍预测,提高了整流器负载动态变化时的响应速度。然后,结合内嵌中点电位平衡功能的单相三电平空间矢量调制算法(space vector pulse width modulation,SVPWM),构建了完整的单相三电平脉冲整流器DPC与SVPWM控制系统。最后,对该功率预测DPC和传统PI定频DPC算法分别进行了计算机仿真和半实物实验对比研究。仿真与实验对比分析结果证明了该无差拍功率预测DPC算法的正确性和有效性。     

三相Vienna整流器无差拍预测直接功率控制策略研究

针对三相Vienna整流器控制系统计算、采样等延时引起的功率误差问题,提出一种两步预测直接功率控制(DPC)算法。基于无差拍控制原理设计内环直接功率控制器,推导两相静止坐标系下控制参考电压矢量公式,并结合二阶拉格朗日差值法估算k+2时刻有功功率给定值,提高功率预测精度。同时为提高电压外环响应速度和稳定精度,构建以直流侧电压平方为反馈量的滑模控制器(SMC)。最后搭建10 kW三相Vienna整流器仿真模型与实验平台对所提算法进行验证。仿真和实验结果表明:无差拍预测直接功率与滑模控制相结合的算法不仅可以有效减小输入侧电流谐波含量及功率脉动,而且可以提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰性能。     

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。     

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.     

基于DPC-SVM控制的三电平PWM整流器仿真研究

直接功率控制(DPC)和电压定向矢量控制(VOC)是PWM整流器常用的控制技术。DPC控制动态响应比较快,但其稳态性比较差,而且开关频率不固定,给滤波器的设计带来困难。VOC控制精度高,但算法实现比较复杂。在此基础上提出了一种空间电压矢量控制与直接功率控制结合的控制策略,即DPC-SVM。该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环,无功功率参考值设为0,以达到单位功率因数,设计了功率环的参数,对系统进行了仿真研究。结果表明,所提出的控制技术有好的动静态性能,直流母线电压超调量小,电流谐波总畸变率小,并且弥补了直接功率控制和电压定向矢量控制的缺点。     

移动电站直流并联功率分配研究

在分析了交流电源直接并联存在的不足的基础上,提出了采用三相PWM整流—并联—PWM逆变的供电模式。三相PWM整流器输出的直流电压含有谐波导致直流电压不断脉动,交流电源通过三相PWM整流器进行直流并联时,必须考虑电压脉动的影响。针对此问题,通过在整流器输出侧添加电阻的方式,抑制了电压脉动对并联稳定的影响;分析了并联模块接入时机对并联过程的影响;提出了一种实现并联条件下,单个模块输出功率自由分配的控制方式。最后,通过仿真验证了该控制方式的可行性。     

移动电站直流并联功率分配研究

在分析了交流电源直接并联存在的不足的基础上,提出了采用三相PWM整流—并联—PWM逆变的供电模式。三相PWM整流器输出的直流电压含有谐波导致直流电压不断脉动,交流电源通过三相PWM整流器进行直流并联时,必须考虑电压脉动的影响。针对此问题,本文通过在整流器输出侧添加电阻的方式,抑制了电压脉动对并联稳定的影响;分析了并联模块接入时机对并联过程的影响;提出了一种实现并联条件下,单个模块输出功率自由分配的控制方式。最后,通过仿真验证了该控制方式的可行性。     

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。     

基于直接功率控制的三电平PWM整流器设计

针对直接功率控制的三电平电压型脉宽调制(PWM)整流器的性能要求,提出一种基于直接功率控制的整流器控制系统和主电路参数的简化设计方法。根据整流器动、静态性能指标提出直流母线电压、进线电感、直流侧电容的约束条件,以满足约束条件为前提设计三电平PWM整流器主电路电感和电容参数。通过仿真比较研究基于滞环比较器和基于功率内环、电压外环的双闭环比例积分(PI)控制器两种直接功率控制策略的动、静态特性。依据仿真结果研制基于功率内环和电压外环双闭环控制策略的三电平PWM整流器实验平台,实验结果表明,该系统具有良好的动、静态特性。     

三相PWM整流器模型预测虚拟电压矢量控制

传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)在一个控制周期内仅可输出单一的离散电压矢量,考虑到变流器拓扑可提离散电压矢量的局限性,三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器存在较大的稳态功率脉动。在分析三相PWM整流器离散预测模型的基础上,提出一种模型预测虚拟电压矢量(model predictive virtual voltagevectors,MPV3)控制方法,通过构建6个虚拟的电压矢量代替传统MPC中的8个离散电压矢量,旨在拓展系统的控制集覆盖范围。首先,根据最近三矢量原则确定构建虚拟电压矢量所需的离散电压矢量,接着以功率无差拍跟踪控制为指标在线求取各离散电压矢量作用时间。为了保证虚拟电压矢量的可实现性,构建相应的目标函数进行矢量作用时间的可行性判断和动态修正。最后,为验证所提MPV3方法的可行性和有效性,分别与传统MPC和占空比优化进行仿真和实验的对比分析,并进一步归类总结出各方法的优缺点及适用范围。     

基于虚拟磁链的PWM整流器的直接功率控制

三相PWM整流器的直接功率控制(DPC)比电压定向控制(VOC)的动态响应要快,并具有良好的抗干扰性能.提出一种新的基于虚拟电网磁链的三相电压型PWM整流器DPC策略.分析了PWM整流器工作原理,建立了电压型PwM整流器在α-β、d-q坐标系中的数学模型,并在此基础上,通过应用虚拟磁链概念,提出了三相电压型PWM整流器在α-β、d-q坐标系中的虚拟磁链模型.由于通过估计虚拟磁链来计算无功与有功功率,因此可省略三相PWM整流器的电网侧电压传感器,该控制系统的结构为直流输出电压外环,功率控制内环.仿真结果表明:与传统的DPC方法相比较,基于虚拟磁链的三相PWM整流器DPC系统结构简单,能有效减少传感器的数量,且抗干扰能力强,电网输入电流的畸变较小,具有更好的瞬时功率动、静态控制特性.     

无电网电压传感器的DPC-TCM五电平整流器研究

在高压大功率领域,五电平整流器比三电平性能更优。由于五电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法运算量大,针对有源中点箝位五电平(ANPC-5L)拓扑结构,提出一种输出波形质量与SVPWM算法完全等效的空间矢量等效三电平载波调制(TCPWM)算法。建立电感滤波的五电平整流器的数学模型,采用无电网电压传感器的开关频率固定的准直接功率控制(DPC)策略。最后通过实验验证了所提TCPWM算法及控制策略的正确性。