单相PWM整流器设计

针对目前非线性化负载大量使用引起电网谐波和无功污染日益严重的问题,设计对电网污染很小的单相PWM整流器。通过建立和分析单相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,给出了该系统的电压、电流双闭环控制方法。该方法采用构造虚拟电流的方法进行电流内环的解耦控制,并通过分析系统的瞬时有功、无功功率流以实现电压外环的线性化控制。对系统进行基于Matlab/SIMULINK的仿真分析,并进行硬件设计,搭建整流器实验模型,以进行实验验证。仿真和实验结果验证了该电压、电流双闭环控制方法的可行性,同时表明单相PWM整流器具有网侧单位功率因素运行、网侧电流正弦化、直流输出电压纹波小等优点,对电网的谐波和无功污染很小。     

一种无延时单相并网变换器dq电流解耦控制方法

以单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器作为研究对象,以改善电流控制器的动态性能为目的,提出一种无延时控制方法。单相变换器传统矢量控制方法需要虚构正交电流分量,但传统正交信号发生器(orthogonal signal generator,OSG)在虚构出与单相电网电流正交的物理量时存在一定的延时,从而会恶化电流控制器的动态性能。针对虚构电流引起的延时问题,提出了一种无延时单相并网变换器电流控制方法。首先,建立了单相PWM变换器在dq旋转坐标系下的数学模型。其次,针对矢量控制在单相系统无法直接实现的问题,介绍了几种传统的OSG算法的原理。然后,提出一种无延时正交电流虚构算法,并给出了无延时正交电流虚构算法实现框图。最后,对所提的算法与传统的OSG算法进行仿真和实验对比分析,仿真和实验结果均验证了所提算法的有效性和可行性。     

车载充电机单相PWM整流器自抗扰预测电流控制

单相脉宽调制(PWM)整流器作为车载充电机交直流变换的重要模块,在传统无差拍预测电流控制(DPCC)时存在的参数不匹配、控制时延等诸多问题。此处提出一种自抗扰控制器预测电流控制(ADRC-PCC)方法。在电压回路中,设计ADRC降低二倍频功率波动及电网谐波影响,提高系统动态响应能力。在电流回路中,通过二阶广义积分锁相环(SOGI-PLL)预测k+1时刻电网电压,进而构建逐步逼近调节电网电压补偿系数,减少参数失配和控制延迟影响,提高系统稳定性。最后,依托2 kW单相PWM整流器测试平台对所提ADRC-PCC方法进行测试,实验结果表明,该方法可在负载突变、容性补偿等多模式下实现单相PWM整流器高性能调节,与传统DPCC方法相比动稳态特征和鲁棒性更优。     

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。     

三相PWM整流器启动冲击的抑制

采用LCL滤波器的三相电压源型脉宽调制(PWM)整流器广泛应用于中高功率场合,且可双向运行。基于坐标变换的直接电流控制方法具有控制精度高、调节速度快等优点,广泛应用于三相PWM整流器的控制。直接电流控制中的比例积分(PI)调节器会导致整流器启动瞬间产生过冲电流,使得功率器件承受较大的瞬时电流应力,影响系统的可靠性,故需研究三相整流器启动冲击的抑制方法。分析了三相电压源型PWM整流器启动过程并建立其动态模型,分析了产生过冲电流的原因,介绍了冲击电流幅值的估算方法,在此基础上提出了一种新型软启动控制方法,并通过仿真与实验验证了理论分析。     

电力机车单相PWM整流器μ综合直接电流控制

外界环境改变以及功率器件老化等因素,会不可避免地导致电力机车单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统网侧电路参数发生变化,这一现象易影响整流器系统控制性能。为提升单相PWM整流器系统在网侧电路参数摄动情况下的鲁棒性,提出一种基于结构奇异值(structure singular value,SSV)理论的μ综合直接电流控制(directcurrentcontrol,DCC)策略。在单相PWM整流器dq坐标数学模型的基础上,得出电流环系统状态空间;利用性能加权函数约束电流控制系统跟踪精度、规划抗干扰能力以及限制控制输出大小,同时引入虚拟性能不确定模块,进一步归纳出具有结构化不确定性的单相PWM整流器μ综合控制问题;经D-K迭代所得该μ综合问题结构奇异值曲线峰值为0.895,表明μ综合直接电流控制器可使单相PWM整流器系统满足鲁棒稳定与鲁棒性能要求;通过半实物仿真平台对μ综合DCC策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略进行实验对比研究,结果表明:所提控制策略动态响应速度快,且在网侧等效电感参数摄动情况下系统鲁棒性较强。     

基于虚拟磁链定向的模型预测直接功率控制

首先对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器进行分析,通过两相静止坐标轴建立数学模型,根据数学模型分析提出了一种电压型PWM整流器的基于虚拟磁链(VF)的模型预测直接功率控制(MPDPC)策略。在电网电压含有谐波等干扰时,由于该方法使用虚拟磁链定向,可防止电压型PWM整流器的性能受过多干扰,并且通过利用功率误差最小和空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现预测功率控制。针对实际离散系统中存在的数据延迟,采用了预测延迟一步对预测功率进行延迟补偿,且采用对功率误差积分修正补偿,使系统实现无差功率控制。最后对该控制进行了仿真和实验,验证了所提策略的可行性和正确性。     

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。     

基于占空比波表的三相四线整流器控制

三相脉宽调制(PWM)整流器应用广泛。针对三相四线(TPFW)PWM整流器,提出了一种基于占空比波表的电压电流双闭环控制策略。该控制策略电压外环采用波表系数步进调节控制,电流内环采用离散比例积分微分(PID)控制叠加电容电压步进调节均衡控制。该方法能够提高系统功率因数,同时也能抑制整流器输出直流侧电压波动以及实现电容电压均衡。最后在硬件平台上进行实验验证,实验结果表明该控制策略具有抑制输出电压纹波、功率因数高、系统稳定性好等优点。与传统方法相比,该控制方法控制简单,易于工程实践     

三相抛物线PWM电流控制解耦方法(方法II)

抛物线脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流控制方法可直接用于单相或三相四线电压型变换器,具有良好的动、静态电流控制性能,并能保持开关频率基本恒定。但三相三线系统中,由于三相电流之间存在耦合关系,直接采用该电流控制方法,其控制性能会有所下降。通过线性变换,将三相三线变换器输出电流变换成虚构的两相电流,提出一种三相抛物线PWM电流控制解耦方法。该方法采用固定某一相开关状态,用两个单相抛物线PWM电流控制器产生另外两相开关信号,通过控制两相虚拟电流跟踪其参考电流,间接实现三相三线变换器实际电流的高精度快速跟踪控制。仿真和实验结果验证了该解耦控制方法的可行性和有效性。     

基于瞬时功率观测器的单相三电平脉冲整流器直接功率控制

为提高单相脉冲整流器直接功率控制(DPC)的动态响应速度及稳态精度,构建一种单相系统瞬时功率观测器。为实现该目标,首先,分析传统功率前馈解耦直接功率控制算法;其次,提出一种改进二阶广义积分(ISOGI)算法,用以估算网侧电压的正交分量,并根据单相整流器的数学模型,通过虚轴反馈算法对网侧电流正交向量进行估计,并结合所提ISOGI算法,构建完整的单相系统功率观测器;然后,结合脉宽调制策略,建立单相三电平脉冲整流器的功率前馈解耦控制系统,并对该控制算法的参数敏感性进行分析;最后,通过所提观测器算法与传统算法的实验结果对比验证了所提算法的正确性和有效性。     

新型三相PWM整流器无交流电压传感器控制方法

针对三相脉冲宽度调制(PWM)整流器无交流电压传感器控制策略中,虚拟磁链定向算法会引入直流偏置误差的问题,研究了一种新的交流电压观测方法。利用三阶广义积分器能对特定频率正弦信号实现无静差跟踪的特性,构造正交信号发生器,对两相静止坐标系下的交流电压进行估算,实现三相PWM整流器无交流电压传感器的控制方法。该方法无需对电流信号进行微分运算,对噪音不敏感,且能避免纯积分运算存在的问题;采用该方法估算电网电压相当于对其进行了滤波处理,能够保证整流器输入电流波形正弦度好,谐波含量小。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

单相脉宽调制整流器传感器故障诊断与容错控制

单相脉宽调制(PWM)整流器通常采用网侧电流与直流侧电压双闭环控制系统结构,一旦其检测系统中的传感器发生故障,将导致反馈值出现偏差,影响系统的控制效果与运行安全。设计一种准确可靠的单相PWM整流器网侧电流与直流侧电压传感器故障诊断与容错控制方案。采用解析冗余的方法实现故障诊断,基于单、双极性两种调制方法的开关函数取值设计了系统滑模观测器与状态估计器;将传感器采集值与观测器估计值作差并归一化建立系统残差,故障诊断单元通过比较残差与阈值定位故障传感器并迅速采取容错控制策略,以观测器的估计值代替故障传感器的测量值实现控制系统重构。通过仿真与实验模拟了三种传感器故障,验证了所提出故障诊断与容错控制方案的有效性与可靠性。     

航空400Hz三相高功率因数PWM整流器的零静差矢量控制

提出并采用一种基于矢量控制的零静差控制方案来实现对航空400Hz三相PWM整流器的有效控制。传统的直接电流比较控制由于电流的参考信号是交流正弦波,因而存在着交流输入电流基波与输入电压有相位误差的问题。本文提出的零静差矢量控制技术,利用dq旋转坐标变换将电流参考信号设定为直流,使系统在整个输出负载范围内,交流输入电流基波相位与输入电压相位始终保持同相位、零误差,从而获得高功率因数值。在对控制方案详细分析后,采用Saber软件进行仿真验证,最后在一台航空400Hz三相PWM整流器原理样机上进行实验验证。实验表明交流输入电流基波相位完全跟踪输入电压相位,达到了较好的实际效果。     

基于电容储能反馈的单相PWM整流器的研究

介绍了单相脉宽调制(PWM)整流器数学模型,分析了功率传递关系。提出一种以直流侧电容储能为外环的反馈控制策略,内环电流采用滞环控制。为减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率前馈算法。实验比较了传统电压电流双闭环控制和所提控制策略,结果表明,所提策略能满足系统的控制要求,且动态特性更好。     

一种新的三相电压型PWM整流器控制方法

针对采用常规控制方式的PWM整流器存在动静态性能较差的问题,提出了一种PWM整流器的新型控制方法。该方法电压外环采用滑模控制,电流内环采用内模控制,结合了滑模控制和内模控制的优点,即充分利用滑模控制的鲁棒性强、对负载的扰动具有很好适应性的优点,以及内模控制的良好跟踪性能和较高的稳态精度,使系统具有良好的动静态性能。以基于LCL滤波的三相电压型PWM整流器为研究对象,对其电流内环和电压外环进行了设计与分析,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和优越性。     

三相VSR空间矢量PWM控制系统设计与实现

提出将PWM技术引入整流器的控制之中,在实现能量双向流动的同时,实现网侧电流波形的正弦波控制和单位功率因数运行。同时,采用带有前馈补偿的空间矢量脉宽调制(SVPWM)直接电流控制方法,对三相电压型PWM整流器进行双闭环控制。对整个控制系统进行的实验验证了提出的控制方法和系统参数设计方法的正确性。目前该系统已经用作蓄电池充放电的前端设备。     

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制（direct power control,DPC）的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVAl20智能功率模块,设计50kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10kHz、5us的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC—SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。     

单相PWM整流器谐波电流抑制算法研究

单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器广泛应用于交流传动领域,是交流传动电力机车主牵引和辅助供电系统的重要组成部分,同时也是牵引网的主要谐波源。详细分析牵引网谐波电压和直流电压脉动对单相PWM整流器网侧电流的影响,提出采用嵌入式重复控制和N次陷波器相结合的控制算法,对网侧谐波电流进行抑制。详细讨论电流环嵌入式重复控制器的设计方法,理论分析重复控制算法对牵引网谐波电压的抑制效果,给出电流环控制参数的选取原则。针对直流电压脉动,提出采用N次陷波器抑制其对网侧电流的影响,给出与电压环PI调节器相结合的设计方法,并讨论电压环的跟随性。最后,搭建单相PWM整流器的实验装置,对该算法进行实验验证。实验结果证明了该算法的正确性和有效性。     

单相半桥PWM整流器两种直接电流控制方法研究

在高开关频率下,建立单相半桥电压型PWMVSR数学模型,然后在数学模型的基础上研究单相半桥PWM整流器两种直接电流控制方法——预测控制方法和嵌入式重复控制方法的性能,通过Matlab的Simulink工具箱得到系统仿真结果,验证该模型和控制方法的可行性。