基于IMC-异步电机调速系统的谐波抑制MPC方法

为了减少基于间接矩阵变换器(IMC)的异步电机(IM)调速系统的输入电流谐波,提出一种谐波抑制模型预测控制(MPC)方法。将输入电流谐波预测量作为权重的一部分增加到模型预测控制的评价函数中,选择系统未来时刻最优开关状态,从而提高输入电流波形,优化电流质量。仿真结果表明采用提出的MPC方法,动态时异步电机的转速、转矩能够很快地跟随给定;稳态时转速、转矩、电流波形良好;网侧电流正弦性较好,输入电流的总谐波失真(THD)有明显减小。证明了采用新方法时异步电机的动、静态特性良好,网侧电流质量较间接矩阵变换器模型预测控制方法有一定改善。     

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统的简化模型预测控制

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统开关状态数量多,数学模型复杂,如果采用传统模型预测磁链控制方法,系统计算量巨大,控制频率及开关频率低,导致网侧电能质量和电机调速性能差.针对这一问题,本文提出一种简化的模型预测电压控制(MPVC)方法,以间接矩阵变换器的输入电流和输出电压作为控制目标,对预测模型进行简化,通过状态预筛选...     

基于输入电压观测的间接矩阵变换器MPC方法

针对间接矩阵变换器-异步电机(IMC-IM)调速系统,提出了一种基于输入电压观测的模型预测控制(MPC)方法。该方法对网侧电能质量和电机调速性能进行优化控制,并解决传统MPC方法检测量众多、采样调理成本高、时延长等问题。此方法基于IMC输入滤波器数学模型,设计了输入电压观测器,同时利用二阶差商法实现输入无功功率预测与输入电压的解耦,降低预测控制对观测模型的依赖。仿真结果表明IMC可实现正弦输入输出电流,且网侧功率因数接近于1;在设定转速及负载阶跃变化时,响应快、超调小。证明了该方法可实现电机良好动静态性能及网侧单位功率因数,并减少了3路输入电压采样及相应的硬件电路,最终简化AD采样、数字滤波和处理延时。     

基于双边界圆限定策略的感应电机预测控制研究

为了减小交流电机驱动系统的开关损耗,需要尽可能降低逆变器的开关频率。预测控制是一种可以有效降低逆变器开关频率的新方法,近年来逐步成为学界的研究热点。基于单边界圆电流谐波限定策略的预测控制虽然可以降低逆变器开关频率,但当电流矢量位于边界圆内部时,该策略不断预测新的电压矢量,并替换原有的电压矢量,这很容易造成开关状态过早切换。因此,提出双边界圆限定策略:设定用于判断电流矢量位置的两个边界圆,当电流矢量处于内边界圆内部时,保持当前的电压矢量不变,从而避免开关状态过早切换,可以进一步降低开关频率。该文以仿真验证了双边界圆策略的可行性,通过实验测试了基于双边界圆限定策略的感应电机闭环调速系统控制性能,并对两种电流谐波限定策略在降低开关频率方面的效果进行了实验对比。实验结果显示,双边界圆限定策略可以实现感应电机的闭环调速,且能够将开关频率控制在0.6~1.6k Hz,比采用单边界圆策略时降低了1k Hz。     

双馈风力发电机变换器的控制方法研究

本文主要研究了双馈感应电机(DFIG)的网侧和转子侧变换器的控制方法。双馈感应电机中转子侧变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,实现了风能的最大跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术,控制了直流母线电压的恒定以及调节了网侧的功率因素。采用PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件,构建了包括风速模型、风力机模型、变速恒频双馈电机、定子侧和转子侧变换器在内的双馈风力发电机仿真模型。仿真实验结果表明,所提方法是有效、合理的。     

基于双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统

结合永磁同步电机磁场定向控制的特点,将矩阵变换器用于永磁同步电机的调速系统,实现永磁电机的交交直接控制并且达到近似单位功率因数.首先阐述矩阵变换器双空间矢量调制的原理,输入侧采用电流空间矢量,输出侧采用电压空间矢量构建了矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统;然后为了降低转矩脉动,加入电流补偿环节,文中给出了补偿环节的设计方法.原理样机试验结果表明,采用双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机系统不仅达到了良好的控制效果与较好的网侧性能,而且电流补偿环节也是确实有效的.     

间接矩阵变换器-电机调速系统基于输入电压观测的ZCC-MPC方法

为降低间接矩阵变换器-异步电机调速系统采样电路成本,简化换流过程并提高转换效率,提出一种新型的基于输入电压观测的零电流换流-模型预测控制（zero current commutation model predictive control,ZCC-MPC）方法。利用输入LC滤波器模型设计的输入电压观测器代替传统三块输入电压采样调理电路,并且,在每个采样周期内采用逆变器级固定占空比的开关状态组合,保证了整流级换流过程直流母线电流为零,简单两步换流替代传统复杂四步换流。仿真和实验结果均可表明,基于输入电压观测的零电流换流-模型预测控制方法可实现系统输入输出电流波形良好正弦,电机动静态性能良好,网侧功率因数为1,同时降低了硬件成本,IMC换流过程更加可靠。     

矩形边界限定形式的感应电机低开关频率预测控制研究

圆形边界限定形式预测控制对电流畸变的限定在各方向均相同,无法通过增大边界圆半径进一步降低开关频率。因此,该文提出一种矩形边界限定形式的预测控制方法。首先,深入分析感应电机数学模型,发现感应电机转子子系统的低通物理特性,以及励磁电流波动对电磁转矩的影响不显著;其次,利用该特性,将限定边界改为矩形,对转矩电流与励磁电流进行独立约束,适度增加励磁电流畸变允许限值,扩大电流轨迹运动范围,延长开关状态切换时长;再次,探究电流矢量梯度同边界约束间的数学关系,提出该方法下电压矢量筛选与寻优准则,筛选出最优矢量;最终,进行实验对比。实验结果证明,在相同系统动态特性和转矩波动下,相较于圆形边界限定策略,矩形边界限定策略可以进一步降低开关频率。     

基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制

提出一种新型的基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制方法,变结构控制器产生负载角度变化值,并与定子磁链给定值送入基于预测算法的无差拍直接转矩控制器中,得到预测定子控制电压矢量,结合矩阵变换器双空间矢量调制方法,实现矩阵变换器开关频率恒定,并有效地减小了转矩脉动。实验结果表明,通过使用该方法,既可以保留传统矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制转矩快速响应的特点,又可以保证开关频率恒定和减小转矩脉动,有效地改善了系统的动静态性能。     

矩阵变换器开关切换点优化预测电流控制策略

传统矩阵变换器(matrix converter,MC)模型预测电流控制策略在线寻优计算量大,适当降低采样频率有助于缓解计算压力,但会造成变换器电源侧、输出侧电流谐波大的问题。对此,该文引入开关状态切换点自由度,依据最优开关状态在最佳时刻切换的思想,提出矩阵变换器开关切换点优化预测电流控制策略。实验结果表明,所提策略与传统预测电流控制策略相比,能够有效降低矩阵变换器输出侧和电源侧电流波形中的谐波,提高矩阵变换器的电能变换质量。     

矩阵变换器励磁的双馈型发电机软并网控制

双馈型风力发电机并网时,将不可避免对电网产生冲击电流,过大的冲击电流不仅会缩短电机的使用寿命,增加电网电压波动,甚至可能会造成并网的失败。采用矩阵变换器作为交流励磁系统,把矩阵变换器等效为虚拟整流器和虚拟逆变器,直接将电网电压的幅值和相位作为给定值,定子电压作为反馈值,简化了复杂的解耦控制,实现对矩阵变换器虚拟逆变侧的电压幅值和相位控制,使双馈型风力发电机定子电压跟随电网电压,从而减少并网时的冲击电流,实现与电网软并网。实验结果表明,并网时冲击电流较小,验证了控制策略的可行性。     

双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略

在研究双馈风力发电系统高电压穿越的节能控制问题的过程中,考虑到外部风力环境变化较大,需保持变换器的稳定性节能控制。传统节能控制方法不仅动态及稳态性能差,而且节能控制策略相对复杂。为了提高节能控制效果,提出采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略,向串联网侧变换器的控制向电机定子侧和电网间添加合理的控制电压,按照电网电压定向的同步旋转,给出d-q轴系下SGSC的电压控制方程,保持DFIG定子端电压不变,过滤DFIG定子磁链中的暂态直流分量。当双馈风电系统电压及电流均不超限时,对转子侧变换器和并联网侧变换器的输出电压矢量进行节能控制,使双馈风电系统为电网提供最大程度的无功支持,快速恢复电网电压。仿真实验结果表明,所提策略具有很高的节能控制性能。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

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.     

基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统

研究了一种基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统,该系统将矩阵变换器的优点与交流电机矢量控制的优点相结合,实现了感应电机的高性能调速.调速系统的控制策略由两大部分组成,即矩阵变换器的间接空间矢量调制策略和感应电机按转子磁场定向的双闭环矢量控制策略.为有效控制感应电机的定子电流,双闭环矢量控制策略中采用了一种基于反馈解耦及补偿的电流环控制策略,可对转矩电流和励磁电流进行有效解耦和准确调节.实验证明了控制策略的可行性和有效性.     

基于电流误差限定的无轴承异步电机模型预测电流控制

针对无轴承异步电机传统矢量控制中存在电流畸变的问题,提出一种基于电流误差限定的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)策略。在建立无轴承异步电机离散数学模型的基础上,根据定子电流和定子磁链观测值,预测下一时刻的定子磁链和定子电流。运用电流误差限定策略对每个电压矢量下的电流进行筛选,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器的输出状态,从而有效降低开关频率。同时,引入全阶观测器,提高参数观测值的精确度,加快电机的收敛速度。由于系统存在滞后性,对系统进行延时补偿,进一步提高了电机的控制性能。仿真和实验结果均表明,采用所提MPCC策略的无轴承异步电机控制系统,电流畸变有效改善,能实现稳定悬浮,具有良好的静态特性和动态响应特性。     

矩阵变换器—永磁同步电机调速系统研究

针对矩阵变换器双电压合成控制策略和永磁同步电机磁场定向控制的特点,以网侧输入性能和电机调速性能为控制目标,给出了永磁同步电机的交一交直接控制.分析双电压合成控制策略的原理并构建了基于dSPACE为主控单元的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统的实验系统.仿真及试验结果表明,采用双电压合成控制策略的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统达到了良好的控制效果,实现了较好的网侧输入性能.     

混合并联型逆变器的控制策略研究

混合型逆变器由2个不同容量不同开关频率的逆变模块并联组成。以混合型逆变器供电的交流传动系统为对象,以降低电机电流的谐波畸变为目标,研究了系统的控制策略。在建立系统数学模型的基础上,基于异步电机的矢量控制理论及空间电压矢量脉宽调制原理,得到了同步坐标系下主从式矢量控制策略。最后通过建立一套混合型逆变器并联带电机的控制系统模型进行性能验证,仿真结果表明:电机定子侧电流THD5%,和单个逆变模块相比,大大降低了电机电流的谐波畸变。     

基于变频器网侧电流感应电机定子故障诊断

提出一种基于变频器网侧电流频谱分析的感应电机定子故障诊断方法。当感应电机发生定子故障时,定子电流负序分量将通过逆变器、整流器向变频器网侧传播,将在网侧电流频谱中出现故障特征频率成分。分析电网负序电压对感应电机定子电流、变频器网侧电流的影响,发现电网负序电压分量在网侧电流中形成的故障特征频率与定子故障时的网侧电流故障特征频率存在明显不同,选择容易测取的网侧电流可构成定子故障诊断新判据。实验结果表明:利用变频器网侧电流频谱分析能有效进行定子故障诊断,且不受电网负序电压的影响。     

QZSIMC感应电机驱动系统的最优升压控制

Quasi-Z源间接矩阵变换器是一种新型的电路拓扑。将Quasi-Z源间接矩阵变换器用于感应电机驱动系统,设计了按转子磁场定向的矢量控制系统,分析了感应电机的最优升压控制原理,得到了在保持电机磁通恒定的情况下,计算Quasi-Z源间接矩阵变换器直通占空比的方法。通过选择合适的直通占空比,可以提升Quasi-Z源间接矩阵变换器的输出电压,改善电机在输入电压较低情况下的动力性能,同时降低Quasi-Z源间接矩阵变换器的功率损耗,仿真和实验结果验证了该控制系统的有效性。