基于SVPWM的高功率因数整流器研究

介绍了三相电压型PWM整流器的数学模型和空间矢量PWM(SVPWM)控制技术,并根据设计要求完成了主电路中相关参数的设计。实验发现,采用SVPWM电流控制技术能够使网侧电压与电流同相位,表明电压型PWM整流器实现了高功率因数整流。     

三相电压型脉宽调制整流器定频模型预测控制

针对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器有限控制集模型预测控制采样频率高、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频模型预测控制方法。通过求解价值函数得到PWM整流器交流侧下一采样时刻所要输出的电压值,利用空间矢量脉宽调制技术输出计算得到的电压值,实现定频模型预测控制。仿真与试验结果表明:所提出的控制算法开关频率恒定,稳态电流谐波含量低,实现了整流器高功率因数运行。     

基于DSC整流器和双闭环PR逆变器的模块化中频静变电源

与传统中频电源相比,模块化中频静变电源具有选用灵活、可靠性高、冗余性好、便于系统维护等优点。中频静变电源整流器在控制母线电压稳定的同时还要实现单位功率因数控制。为此,具体分析了双电流环控制策略,给出了双电流环控制器中电压电流正负序分离原理和双dq锁相环的具体实现方法,即延时信号抵消(DSC)和双闭环准比例谐振(PR)。针对逆变器输出电压基波无差跟踪困难、谐波含量高等问题,采用双闭环多重准PR控制策略,实现中频电压的稳定输出。仿真和试验结果表明,双电流环控制器能同时实现母线电压稳定和单位功率因数控制,采用双闭环多重准PR控制策略的中频逆变器能够输出稳定的中频交流电压。     

电容均压三相四开关变换器预测功率控制

三相四开关变换器直流侧分离电容电压不平衡,将降低其并网电能质量,缩短电解电容寿命。针对该问题,提出了一种直流侧分离电容电压均衡的模型预测功率控制策略。基于αβ两相静止坐标系分析电压矢量,建立功率预测模型。由于直流侧电容中点电压偏差值含有交流分量和直流分量,使用低通滤波器提取直流分量后计算功率补偿值,并计入给定功率,进行模型预测功率控制,实现直流侧分离电容电压均衡。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真和试验对其动、静态特性进行分析,验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

单相PWM整流电路控制方法及仿真分析

分析单相PWM整流电路的结构、工作原理和控制方法,通过选择适当的工作模式和工作时序,可使PWM整流电路输出直流电压稳定。将正弦脉宽调制技术应用于PWM整流电路,使其交流侧输入电流非常接近正弦波,且与输入电压同相位。同时调节交流侧电流的大小和相位,使能量在交流侧和直流侧双向流动。在建立基于Simu-link7.6的仿真模型基础上,通过分析PWM整流电路各处电压、电流波形,验证其控制方法及仿真设计的正确性。     

一种改进的LCL并网逆变器控制方法的研究

LCL型滤波器相对于L型滤波器对交流侧电流中的高频谐波有更强的抑制能力,因此也越来越多地被用于逆变器中。研究了在独立工作模式和并网逆变模式间的切换过程中如何做到无扰动切换。在独立和并网逆变两种模式下分别对空载电压和并网电流直接控制。在对比传统电压电流控制情况下, 对电压电流控制进行改进。通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立了LCL型滤波的逆变器并网模型,仿真分析证明了可行性。     

永磁同步电机电流控制策略比较分析

在电机控制中根据场合要求会采用不同的电流控制策略。对永磁同步电机的4种主要电流控制策略进行了分析并总结了各自的特点。主要针对最大转矩电流比(MTPA)控制、零直轴电流(id=0)控制、单位功率因数(cosφ=1)控制以及恒磁链控制方法,在转矩确定的情况下,对交直轴电流、定子电流及功率因数进行比较分析。按照不同控制方式在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。4种不同控制方法的仿真试验表明:定子电流幅值从高至低依次为cosφ=1控制、恒磁链控制、id=0控制和MTPA控制；功率因数从高至低依次为cosφ=1控制、恒磁链控制、MTPA控制和id=0控制。最后对比分析了凸极系数不同时4种控制方法的电流和功率因数变化。     

一种新型交流恒功率负载仿真模型

根据闭环控制的高功率因数(HPF)脉冲宽度调制(PWM)整流器的恒功率工作特性,对交流(AC)恒功率负载(CPL)仿真模型进行了研究。采用输入电流波形跟随电压波形的方法,利用MATLAB建立了交流恒功率负载的仿真模型。在模型两端加载的电压不含谐波和含有谐波的两种情况下,模型均可以自动计算出输入电流有效值(RMS),使得模型输入平均功率保持恒定,并能生成电流波形,反映出电压谐波对电流波形的影响。模型仿真结果与实际高功率因数PWM整流器的输入波形进行了比较,验证了该模型的正确性。     

基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究

研究了电动车用内置式永磁同步电机的控制策略,提出了超前角弱磁控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制结合的控制系统。超前角弱磁控制使用转速、电流和电压的3个闭环控制,电机端电压与直流侧电压组成电压控制环,产生电机弱磁的电流超前角直接给定交直轴电流。SVPWM过调制算法可以有效提高逆变器输出电压基波幅值,电机使用弱磁控制方式达到最大转速后使逆变器进入过调制状态,最大限度扩大转速范围。对该控制系统进行了仿真研究,仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性。     

三相VIENNA整流器矢量控制策略的研究

针对三电平VIENNA整流器存在中点电位波动、控制复杂的问题,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦的双环控制中,通过调整矢量作用时间来达到直流侧中点电压平衡控制,并探究了一种三电平空间矢量平面简化到两电平矢量平面的简化空间矢量脉宽调制算法。最后通过MATLAB/Simulink搭建VIENNA整流器矢量控制仿真模型,通过仿真分析证实了该控制策略简单可行,且具有良好的动态性能和静态性能。     

火电辅机变频器低压穿越直流电压补偿及其控制

针对火电辅机变频器因厂用电压跌落而触发闭锁,造成发电机组停机的问题,设计了基于变频器直流母线电压补偿的辅助穿越装置。辅机变频器采用直接转矩控制,低压穿越装置主电路采用三重交错并联升压变换器结构,在电压跌落期间维持变频器直流母线电压稳定,同时减小输出电流高频纹波。考虑到并联模块参数差异造成的均流问题,提出在传统电压电流双闭环控制的电压外环加入均流环的解决方法,消除环流,使开关管电流应力更为均衡。由于控制系统具有非线性、强耦合的特点,传统PI控制器存在局限性,所以利用模糊控制算法优化PI控制器参数整定,改善其性能。最后用仿真验证了所提方法的有效性。     

High power factor AC/DC/AC converter with random PWM

A three-phase AC/DC/AC converter is presented with a power factor preregulator to improve the power quality in the input side and a pseudorandom noise generator to reduce the emitted acoustic noise and the mechanical vibration for an induction motor drive. The space vector modulation with hysteresis current control for a voltage source rectifier is adopted to simplify the hardware circuit. A control scheme is presented to drive the supply current following the reference current. The amplitude of reference current for the pulsewidth modulation (PWM) rectifier is derived from the DC bus voltage regulator and the estimated output power. Random switching frequency technique for a three-phase PWM inverter system to reduce the annoying tonal noise and resonant vibration from an induction motor is described. By randomly varying the instantaneous PWM switching frequency from one cycle to the next, the frequency distribution of harmonics is spread in a wide frequency range. The major advantage for using such a strategy is the nonrepetitive output spectral characteristic that results in reduction of torque pulsations in motor drive systems. The nearly unity power factor at the three-phase rectifier and the absence of acoustic noise concentrated at the specific tones which is usually present with conventional sinusoidal modulation are verified by the experimental tests     

基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究

针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

超级电容储能系统的状态识别与动态控制设计

根据变频器母线电流在电机运行于加载和制动时的不同特征,通过采集变频器母线电流实时监测电机运行状态,设计了双向DC/DC变换器模式切换与控制器通断控制电路,实时识别电机运行状态,实现对储能单元在线动态控制。通过搭建550 W的储能系统试验平台,验证了所设计状态识别与控制电路的合理性。     

基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制

针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。     

Half-bridge neutral point diode clamped rectifier for power factor correction

A high power factor rectifier based on neutral point clamped scheme is proposed. The voltage stress of each power semiconductor of the adopted rectifier is equal to the half dc bus voltage instead of full dc link voltage in the conventional switching mode rectifier. The control signals of the power switches are derived from the dc link voltage balance compensator, line current controller, and dc link voltage regulator. The hysteresis current control scheme is employed to draw a clean sinusoidal line current, high input power factor, regulated dc link voltage, and balance capacitor voltages. Three voltage levels are generated on the ac terminal of the adopted rectifier. To verify the proposed operation scheme, performance characteristics are given by the experimental results.     

Novel single-phase AC/DC converter with two PWM control schemes

A novel single-phase AC/DC converter with two pulsewidth modulation (PWM) schemes is proposed to draw a sinusoidal line current with nearly unity power factor, achieve balanced neutral point voltage and regulate the DC bus voltage. With the aid of neutral point clamped scheme, a three-level voltage pattern is generated on the AC side of the proposed rectifier. To track the tine current command derived from a voltage controller and a phase-locked loop circuit, a hysteresis current control scheme is used in the inner loop control. A capacitor voltage compensator is employed to achieve the balanced neutral point voltage. To investigate the effectiveness of the proposed control scheme, the simulation and experimental results based on a laboratory prototype circuit are performed.     

Implementation of nondeterministic pulsewidth modulation forinverter drives

A single-phase power factor preregulator to improve the power quality in the input side of an ac/dc/ac converter and a random pulsewidth modulation (PWM) to reduce the emitted noise energy and the mechanical vibration for an induction motor drive is proposed. The hysteresis current control (HCC) technique for a voltage source switching mode rectifier (SMR) is adopted. A control scheme is presented such that the line current is driven to follow the reference current which is derived from the dc bus voltage regulator and the output power estimator. A random pulse position technique for a three-phase voltage source inverter system to reduce the noise energy and resonant vibration from ac machine drive is described. By randomly varying the instantaneous pulse position in each switching frequency, the frequency distribution of harmonics is spread in a wide frequency range which results in reduction of torque pulsations in the ac motor drive systems. To investigate the proposed control scheme, experimental tests based on a laboratory prototype were implemented to show the nearly unity power factor at the SMR and reduce the noise energy concentrated at the specific tones     

一种单相光伏并网逆变器改进预测电流控制算法

光伏并网逆变器传统预测电流控制算法由于采样与计算延时会造成差一拍控制,使得逆变器并网电流不能很好地跟踪目标电流,同时逆变器滤波电感模型值与实际值有误差时会造成并网电流谐波大,还可能导致系统不稳定。为克服这些不足,提出了一种改进的预测电流控制方法,可提前一个采样周期对并网逆变器输出电压进行预测,同时利用递推最小二乘法对电感参数进行在线辩识。仿真和试验结果表明所提方法有效提高了逆变器并网电流对目标电流的跟踪精度,减小了并网电流的谐波分量,提高了由逆变器进网的电能的质量。     

基于输入电流连续型开关升压变换器的永磁同步电机预测电流控制方法的研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)驱动系统存在的问题,应用一种连续型开关升压逆变器,通过应用预测控制方法提高PMSM控制性能。拓扑电路在逆变电路和输入直流电源之间加入一个开关升压电路,以达到提高系统电压增益和消除死区的目的,同时可使系统具有更高的可靠性。此外,采用预测电流控制(PCC)方法对PMSM进行控制,与传统的矢量控制技术相比,PCC具有更快的动态响应,并减少了电流脉动。最终,通过试验验证了基于开关升压变换器的PMSM PCC的可行性。