固定開關頻率三電平PWM整流器直接功率控制

直接功率控制(dpc)動態(tài)響應比電壓定向控制(voc)要快,提出了一種無交流電壓傳感器的三相電壓型pwm整流器基于虛擬電網(wǎng)磁鏈的直接功率控制策略。由于通過估計虛擬磁鏈來計算功率,因此可省略網(wǎng)側電壓傳感器,該控制結構為直流輸出電壓外環(huán),功率控制內(nèi)環(huán)節(jié)。仿真結果表明,系統(tǒng)可達到單位功率因數(shù),電流畸變小,具有良好的動靜態(tài)性能,方案切實可行。

本文介紹了三相電壓型pwm整流器的數(shù)學模型,針對基于滯環(huán)比較器的傳統(tǒng)直接功率控制的諸多缺點,提出雙開關表直接功率控制的三相電壓型pwm整流器。結果表明,該控制策略可行,并且改善了三相電壓型pwm整流器的性能。

二極管中點鉗,位三電平脈寬調(diào)制整流器是目前研究運行比較多的一種拓撲結構,通過解析其基本拓撲,從空間矢量開關函數(shù)的角度上搭建了中點鉗位整流器之數(shù)學模型,轉換到同步旋轉坐標系后采取前饋解耦的方式建立了系統(tǒng)的電壓與電流之雙閉環(huán)控制系統(tǒng),控制整流系統(tǒng)的有功與無功功率解耦傳輸,進而達到控制功率因數(shù)的效果。

為了提高中壓大功率pwm整流器出力,需要降低pwm開關頻率,但將造成pwm整流器id、iq電流分量耦合嚴重的現(xiàn)象。為解決這一問題,在對兩電平pwm整流器進行復矢量信號建模的基礎上,設計新穎的基于復矢量的電流調(diào)節(jié)器,該調(diào)節(jié)器能在低開關頻率下實現(xiàn)對網(wǎng)側電流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp實驗結果驗證了本設計方法的可行性。

與傳統(tǒng)的兩電平變換器相比,多電平變換器輸出電平數(shù)增加,輸出波形階梯增多,更加接近目標調(diào)制波。分析了三相三電平三開關vienna整流器的工作原理,介紹了電路的實現(xiàn)方法,給出了主電路及采樣電路的設計。搭建了一個800w的實驗平臺,利用tms320f2812dsp來實現(xiàn)控制算法。實驗結果表明,所設計的電路能滿足預定的要求,在工業(yè)控制中應用前景廣闊。

在大功率三電平整流器應用中,為降低成本、提高性能,研究了一種無電網(wǎng)電壓傳感器三電平pwm整流器。在分析其數(shù)學模型的基礎上,采用三電平svpwm簡化算法,將傳統(tǒng)兩電平電壓空間矢量控制算法應用于三電平,并結合一種新穎的虛擬磁鏈觀測器,提出了基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的三電平pwm整流器矢量控制策略,在雙三電平變頻器系統(tǒng)中對其進行實驗研究。實驗結果表明,該三電平pwm整流器可較好地穩(wěn)定直流母線電壓,提高整流器功率因數(shù),并具有良好的動靜態(tài)特性。

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為控制直流側電壓恒定,保證整流器單位功率因數(shù)運行,從能量守恒的角度,根據(jù)lyapunov穩(wěn)定性理論,提出一種新的瞬時功率控制策略,該控制策略包含一個pi控制器和負載電流前饋補償,給出了瞬時功率控制應用pi控制器的理論依據(jù),同時提出一種規(guī)范化極點配置電流解耦方案,解耦方法簡單易行,實現(xiàn)d-q軸電流解耦。仿真結果驗證了該方法的正確性和有效性。

在低開關頻率時采用傳統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器設計對pwm整流器進行控制,將導致dq軸電流的嚴重耦合,甚至系統(tǒng)不能正常工作。本文分析了pwm整流器的離散化模型,考慮實際系統(tǒng)中存在的pwm延遲,基于復矢量概念并結合整流器離散特性進行了直接離散化電流調(diào)節(jié)器設計。該設計方法不需要進行雙線性變換,且其閉環(huán)系統(tǒng)與采樣周期無關,性能穩(wěn)定。通過幾種離散化調(diào)節(jié)器的仿真結果對比顯示了直接設計離散電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)越性能。

諧波污染已引起世界各國的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關高功率因數(shù)整流器,推導了三相三開關升壓整流器的控制規(guī)律,設計了一種基于單周期控制技術的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對電源電壓進行檢測,其控制邏輯非常簡單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設計與實驗研究,進行了穩(wěn)態(tài)與動態(tài)響應試驗,試驗結果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達0.98,且實現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

為了提高電流型pwm整流器網(wǎng)側功率因數(shù)和系統(tǒng)抗干擾能力,提出了采用互聯(lián)和阻尼分配無源控制方案設計系統(tǒng)控制器的新型控制策略。根據(jù)能量成型和端口受控哈密頓控制原理,建立了電流型pwm整流器的端口受控耗散哈密頓（pchd）模型,根據(jù)系統(tǒng)控制器的設計目標,求取了期望穩(wěn)定平衡點。通過配置與系統(tǒng)結構兼容的能量函數(shù),在期望穩(wěn)定平衡點處設計了鎮(zhèn)定的控制器,實現(xiàn)了電流型pwm整流器單位功率因數(shù)運行、直流電流快速達到期望值并穩(wěn)定運行于平衡點的控制目標,仿真結果證明了該方案的可行性。

對三相三電平vienna型整流器進行物理解耦,進而分析單相三電平整流電路分別在連續(xù)和斷續(xù)導通模式下的數(shù)學模型,針對該拓撲結構提出了一種適合用于混合導通模式的前饋控制策略。定參數(shù)電流環(huán)僅適用于一個電流工作模式,出現(xiàn)混合導通模式時,其控制效果很差。而在電流控制環(huán)中引入前饋,將理論上想要的占空比疊加在原電流環(huán)的輸出端,新的控制環(huán)便能適應不同電流工作模式,從而大大降低電流總諧波失真度(thdi)。最后通過5kw三相實驗樣機,驗證了該控制策略的可行性和有效性,在混合導通模式滿載時的功率因數(shù)(pf)接近于1。

傳統(tǒng)pwm整流器直接功率控制(dpc)中,靠近基本電壓矢量的地方,容易出現(xiàn)無功功率失控現(xiàn)象,導致網(wǎng)側電流出現(xiàn)畸變和較大的直流電壓波動。從pwm整流器瞬時功率數(shù)學模型出發(fā),分析了開關矢量對瞬時有功功率和無功功率的作用機理,設計了一種基于新扇區(qū)空間劃分方法和新開關矢量表的pwm整流器dpc策略,該方法具有兼顧有功功率調(diào)節(jié)的快速性、抑制無功波動和降低開關頻率的功能。仿真和實驗結果驗證了該方法的有效性和可行性。

研究了基于單周期控制的三相六開關高功率因數(shù)整流器,推導了三相六開關升壓整流器的控制規(guī)律,設計了一種基于單周期控制技術的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因數(shù)整流器的設計與試驗。試驗結果表明,該系統(tǒng)的功率因數(shù)可達0.991,實現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

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與矢量控制相比,直接功率控制(dpc)結構簡單,應用于風電系統(tǒng)的雙饋異步發(fā)電機(dfig)能簡化變頻器控制結構,提高系統(tǒng)動態(tài)性能。在分析dfig暫態(tài)數(shù)學模型的基礎上推導了內(nèi)部狀態(tài)量與控制量之間的關系,提出了分別基于轉子磁鏈、轉子電流和電磁轉矩的3種dpc策略,并通過引入空間矢量調(diào)制(svm)技術使dpc策略的開關頻率保持恒定。這些策略在電網(wǎng)正常情況下能獲得優(yōu)良的靜態(tài)性能,而在非正常運行狀態(tài)各自表現(xiàn)出不同的動態(tài)特性,能適用于不同的控制目標。理論分析與仿真實驗證明,電網(wǎng)正常情況下各定頻dpc可有效實現(xiàn)有功、無功功率的解耦控制;電網(wǎng)電壓波動時基于轉子磁鏈dpc(rf-dpc)可使dfig快速進入穩(wěn)定狀態(tài),縮短振蕩時間;基于轉子電流dpc(rc-dpc)可抑制轉子電流振蕩,防止變頻器過流;基于電磁轉矩dpc(emt-dpc)可消除電磁轉矩脈動,減少對機組轉軸剪切應力沖擊。

分析了vienna整流器在橋臂各個功率器件出現(xiàn)開路故障時所呈現(xiàn)的故障特征,指出了各橋臂續(xù)流二極管的開路故障對整流器的危害最大。進一步提出了利用三相輸入電流直流分量以及輸出電壓交流紋波作為功率器件開路故障診斷的故障特征值。構建了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的功率開關開路故障分類系統(tǒng),并將所提取的故障特征值作為輸入訓練樣本對其進行訓練,最后通過matlab軟件中m語言編程完成對故障分類系統(tǒng)的訓練和測試。訓練和測試的結果表明,訓練后的神經(jīng)網(wǎng)絡故障分類系統(tǒng)可很好地對vienna整流器除續(xù)流二極管外的功率器件開路故障進行定位。

1 dsp、cpld在電流型pwm整流器中的應用 馬韜，彭詠龍，石新春 （華北電力大學電氣工程學院，保定071003） 摘要：提出了一種簡單的雙閉環(huán)spwm的直接電流控制 方法，詳細分析了該電路的數(shù)學模型，并對該電路進行了 psim仿真，最后利用dsp和cpld控制器實現(xiàn)了整流器的 全數(shù)字控制。仿真和實驗結果驗證了該控制策略的正確性和 可行性。 關鍵詞：dsp；cpld；csr；雙閉環(huán) 0引言： 從拓撲結構上pwm整流器可分為電壓型和電 流型兩大類。長期以來，電壓型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其較低的損耗、 簡單的結構及控制等優(yōu)點一直成為pwm整流器研 究的重點，但隨著大功率變流技術的發(fā)展特別是電 流型pwm整流器(currentsourcerectifier—csr) 在超導儲能中

提出了pwm整流器的等效電路并在dq坐標系下進行了建模分析,對采用變結構的電流控制環(huán)和pi電壓控制環(huán)的雙閉環(huán)的控制器進行了深入分析。針對變結構控制存在的不足,采用pid趨近率來減小變結構控制的抖振及到達滑模面的時間,在對pid趨近率設計進行理論分析的基礎上提出了一種優(yōu)化變結構控制策略。對該優(yōu)化控制器的設計進行了詳細的分析并進行了仿真與實驗驗證,結果表明所提出的優(yōu)化變結構控制策略可以實現(xiàn)pwm整流器的單位功率因數(shù)運行,且輸入電流畸變較小,在負載變化時可以保證系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié),動、靜態(tài)調(diào)控特性較好。

本文提出了一種通過調(diào)節(jié)pwm整流器功率因數(shù),來抑制交流傳動的列車處于再生制動時因受電弓處電壓過高而導致再生失效的方法。分析了列車再生制動時,為了抑制受電弓電壓升高,所需的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的范圍,給出了在pwm整流器的預測電流控制的基礎上改進策略并實現(xiàn)其功率因數(shù)調(diào)節(jié)的方案。在考慮無功傳輸導致的線路功率損耗的情況下,計算了抑制受電弓電壓上升所需要的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的大小,并通過仿真驗證了方案的可行性。

提出了一種新型脈寬調(diào)制(pwm)瞬態(tài)電流控制方法。該方法針對整流器啟動瞬時電流過沖現(xiàn)象,當電流在閾值范圍內(nèi)變化時,采用常規(guī)瞬時電流控制方法以實現(xiàn)整流器的功能目標;而當電流越限時,采用瞬態(tài)電流過沖控制器以抑制電流過沖。實驗結果顯示,采用新型電流控制策略時,pwm整流器在可控整流啟動過渡過程中未出現(xiàn)明顯的電流過沖現(xiàn)象。該控制方法實現(xiàn)簡單,易于工程應用。

基于電壓空間矢量分析原理,提出了一種適用于開關管鉗位混合單相三電平整流器的雙滯環(huán)svpwm電流控制方法。分析了單相三電平整流器的工作模式,提出了一種四態(tài)雙滯環(huán)比較器來控制電流內(nèi)環(huán)。根據(jù)輸入比較器的誤差電流大小,輸出四種狀態(tài)值,結合由電動勢與預測電流離散化計算得到的指令電壓矢量的所在區(qū)域,選擇最佳開關輸出矢量,使得電流誤差控制在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)。通過matlab仿真,比較了跟蹤電壓矢量、兩態(tài)單滯環(huán)、四態(tài)雙滯環(huán)svpwm電流三種控制方法,仿真結果驗證了四態(tài)雙滯環(huán)電流控制的優(yōu)越性,通過小功率樣機實驗驗證了雙滯環(huán)控制算法的可靠性。