三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用。为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式。理论研究表明:三电平SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

单相PWM整流器H∞回路成形鲁棒直接电流控制

网侧等效电感参数摄动是单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统模型不确定性的显著表征,这一特性易降低整流器系统的鲁棒性.为降低因测量误差、运行工况变化等导致的模型参数摄动对控制系统鲁棒性的影响,提出基于鲁棒控制理论的H∞回路成形鲁棒直接电流(H∞ loop shaping ro...     

一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法

在电压源型逆变器驱动的永磁同步电机系统中,开关器件的死区效应会导致电机电流畸变,电机转矩波动和额外功率损耗。该文详细分析由死区效应所引起的开关管导通时间误差和电机相电压的误差,并结合永磁同步电机d轴电流给定为零的矢量控制算法,提出基于q轴电流误差的死区时间在线补偿算法,所提算法无需电机和逆变器的精确模型,且未增加硬件电路。此外,将dq旋转坐标系下的参考电流变换到三相静止坐标系,利用参考电流可准确判定电流方向,解决了电流过零点附近方向不易判断的问题。最后,对传统死区补偿算法与所提出的在线补偿算法进行对比实验研究,实验结果验证了所提死区补偿策略能够较好地解决死区效应所引起的电流畸变问题。     

电力牵引传动系统的三电平直接转矩控制算法的半实物实验研究

针对高速动车组中三电平二极管中性点钳位(NPC)逆变器供电的牵引传动系统,探讨了一种基于PI控制器和60°坐标系空间矢量调制算法(SVPWM)的异步牵引电机低速域的直接转矩控制(DTC)驱动方案。直接转矩控制性能好坏的决定因素之一就是磁链观测器的准确性,为了获得较好的转矩控制性能,本文首先采用了一种改进U-I积分模型为定子磁链观测器,并给出了基于PI控制器的转矩控制器和磁链控制器设计方案;然后给出了60°坐标系下SVPWM算法的详细设计方案,与传统的SVPWM相比,该SVPWM能够有效地减小计算时间,并在此基础上,通过调节中点电位平衡因子的大小来分配冗余小矢量的作用时间,以达到平衡直流侧两电容上电压的目的;最后,通过基于Maltab/Simulink软件的仿真研究和TMS320F2812与dSPACE的高速动车组牵引传动半实物实验台的实验研究,验证了基于PI控制和60°坐标系SVPWM的三电平直接转矩控制算法的有效性和可行性。     

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。     

低转矩脉动和共模电压的永磁同步电机模型预测脉冲序列控制

文中以三相永磁同步电机(permanentmagnet synchronous machine,PMSM)为研究对象,以降低共模电压及转矩脉动为目的,提出一种模型预测脉冲序列控制(model predictivepulsepatterncontrol,MP~3C)算法。首先,通过电流预测和目标函数最小化得到初始矢量;然后,结合所选初始矢量及逆变器调制度,设计并选择对应的脉冲序列;最后,基于电流无差拍预测控制原则,求解待选序列中基本矢量的作用时间,确定最优序列并作用于逆变器。文中对传统两矢量模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)、三矢量MPC、基于共模电压抑制的MPC及所提MP~3C4种算法进行实验对比研究。实验结果表明：所提算法能有效地抑制共模电压和转矩脉动,并简化了算法复杂度。     

单相级联H桥整流器简化两矢量模型预测功率控制

以单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)为研究对象,针对传统有限集模型预测功率控制(finite-control-set model predictive power control,FCS-MPPC)算法计算量大、网侧谐波分布广泛等缺点,该文首先给出一种基于两矢量的MPPC(dual-vector-based MPPC,DVB-MPPC)算法,可以实现开关频率的固定并提高稳态性能。为进一步减小计算量,提出一种DVB简化MPPC算法,取消滚动计算过程,降低控制器运算负担。在此基础上,提出一种基于负载电流计算的调制信号补偿分量注入方法,实现电容电压平衡控制,该算法无需比例积分控制器,进一步简化控制系统结构。最后,对3种MPPC算法在单相三模块CHBR实验样机上进行实验对比研究,实验结果证明了所提算法的正确性与有效性。     

一种单相三电平中点钳位整流器的SVPWM控制方法

针对单相电压型三电平中点钳位(NPC)整流器,首先分析其工作原理,建立其基于开关函数的数学模型。针对单相三电平整流器直流侧两电容电压调节不平衡问题,探讨了一种基于空间电压矢量调制(SVPWM)控制方法和电压前馈的中点电位控制方法,并在Matlab环境下进行了计算机仿真。仿真结果表明,在机车运行的两种典型工况即牵引和再生制动下,SVPWM调制使得牵引变压器一次侧功率因数接近于1,在电网侧可获得近似正弦的电流波形,而且该调制方法易于离散数字化实现。该电压平衡方法能够有效地平衡直流侧电容电压。     

基于FPGA的三电平空间矢量脉宽调制算法半实物实验方案

以三电平二极管中性点钳位牵引逆变器电机系统为研究对象,首先对各扇区的几何对称性与矢量作用时间之间的密切关系进行了详细分析。在此基础上,探讨了一种简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。然后,给出了该算法基于现场可编程门阵列(FPGA)的详细设计方案,并通过简化乘法器、高效率除法器等关键性设计,避免数字处理器进行大量三角函数运算,减少硬件资源占用,同时兼具FPGA速度快、可移植性好、模块复用率高等特点。最后,通过基于FPGA与dSPACE的半实物实验平台的实验研究,验证了该简化三电平SVPWM算法的正确性及其基于FPGA设计方案的可行性。     

三电平牵引变流器无拍频控制的硬件在回路实时仿真

针对高速列车三电平牵引变流器-牵引电机系统,探讨了无拍频控制牵引系统的硬件在回路实现方案,并进行了测试分析。本文首先对高速列车用三电平逆变器-电机系统的数学模型进行详细分析,考虑死区效应和PWM采样误差的影响建立了基于dSPACE的实时运行模型。然后,为了抑制三电平逆变器处于单脉冲控制阶段时由于拍频影响产生的电机转矩和电流脉动现象,给出了一种基于转子磁场定向瞬时改变逆变器频率的无拍频控制策略。该策略的控制原理是基于伏秒平衡原则,通过瞬时改变逆变器的输出频率来减小逆变器输出电压每周期正负半周的不平衡量。最后,对有无采用该控制策略两种情况下的控制效果进行了实时仿真测试对比,测试结果验证了该实现方案的有效性和可行性。