固定开关频率三电平PWM整流器直接功率控制

直接功率控制(dpc)动态响应比电压定向控制(voc)要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型pwm整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略。由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节。仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行。

本文介绍了三相电压型pwm整流器的数学模型,针对基于滞环比较器的传统直接功率控制的诸多缺点,提出双开关表直接功率控制的三相电压型pwm整流器。结果表明,该控制策略可行,并且改善了三相电压型pwm整流器的性能。

二极管中点钳,位三电平脉宽调制整流器是目前研究运行比较多的一种拓扑结构,通过解析其基本拓扑,从空间矢量开关函数的角度上搭建了中点钳位整流器之数学模型,转换到同步旋转坐标系后采取前馈解耦的方式建立了系统的电压与电流之双闭环控制系统,控制整流系统的有功与无功功率解耦传输,进而达到控制功率因数的效果。

为了提高中压大功率pwm整流器出力,需要降低pwm开关频率,但将造成pwm整流器id、iq电流分量耦合严重的现象。为解决这一问题,在对两电平pwm整流器进行复矢量信号建模的基础上,设计新颖的基于复矢量的电流调节器,该调节器能在低开关频率下实现对网侧电流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp实验结果验证了本设计方法的可行性。

与传统的两电平变换器相比,多电平变换器输出电平数增加,输出波形阶梯增多,更加接近目标调制波。分析了三相三电平三开关vienna整流器的工作原理,介绍了电路的实现方法,给出了主电路及采样电路的设计。搭建了一个800w的实验平台,利用tms320f2812dsp来实现控制算法。实验结果表明,所设计的电路能满足预定的要求,在工业控制中应用前景广阔。

在大功率三电平整流器应用中,为降低成本、提高性能,研究了一种无电网电压传感器三电平pwm整流器。在分析其数学模型的基础上,采用三电平svpwm简化算法,将传统两电平电压空间矢量控制算法应用于三电平,并结合一种新颖的虚拟磁链观测器,提出了基于虚拟电网磁链定向的三电平pwm整流器矢量控制策略,在双三电平变频器系统中对其进行实验研究。实验结果表明,该三电平pwm整流器可较好地稳定直流母线电压,提高整流器功率因数,并具有良好的动静态特性。

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为控制直流侧电压恒定,保证整流器单位功率因数运行,从能量守恒的角度,根据lyapunov稳定性理论,提出一种新的瞬时功率控制策略,该控制策略包含一个pi控制器和负载电流前馈补偿,给出了瞬时功率控制应用pi控制器的理论依据,同时提出一种规范化极点配置电流解耦方案,解耦方法简单易行,实现d-q轴电流解耦。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。

在低开关频率时采用传统电流调节器设计对pwm整流器进行控制,将导致dq轴电流的严重耦合,甚至系统不能正常工作。本文分析了pwm整流器的离散化模型,考虑实际系统中存在的pwm延迟,基于复矢量概念并结合整流器离散特性进行了直接离散化电流调节器设计。该设计方法不需要进行双线性变换,且其闭环系统与采样周期无关,性能稳定。通过几种离散化调节器的仿真结果对比显示了直接设计离散电流调节器的优越性能。

谐波污染已引起世界各国的高度重视。功率因数校正(pfc)是治理谐波的一种有效方法。本文研究了基于单周期控制的三相三开关高功率因数整流器,推导了三相三开关升压整流器的控制规律,设计了一种基于单周期控制技术的pfc控制器,该控制器不需要乘法器,更不需要对电源电压进行检测,其控制逻辑非常简单且以恒定频率工作。完成了7kw三相高功率因数整流器的设计与实验研究,进行了稳态与动态响应试验,试验结果表明系统的功率因数可达0.98,且实现了单位功率因数校正和低电流畸变。

为了提高电流型pwm整流器网侧功率因数和系统抗干扰能力,提出了采用互联和阻尼分配无源控制方案设计系统控制器的新型控制策略。根据能量成型和端口受控哈密顿控制原理,建立了电流型pwm整流器的端口受控耗散哈密顿（pchd）模型,根据系统控制器的设计目标,求取了期望稳定平衡点。通过配置与系统结构兼容的能量函数,在期望稳定平衡点处设计了镇定的控制器,实现了电流型pwm整流器单位功率因数运行、直流电流快速达到期望值并稳定运行于平衡点的控制目标,仿真结果证明了该方案的可行性。

对三相三电平vienna型整流器进行物理解耦,进而分析单相三电平整流电路分别在连续和断续导通模式下的数学模型,针对该拓扑结构提出了一种适合用于混合导通模式的前馈控制策略。定参数电流环仅适用于一个电流工作模式,出现混合导通模式时,其控制效果很差。而在电流控制环中引入前馈,将理论上想要的占空比叠加在原电流环的输出端,新的控制环便能适应不同电流工作模式,从而大大降低电流总谐波失真度(thdi)。最后通过5kw三相实验样机,验证了该控制策略的可行性和有效性,在混合导通模式满载时的功率因数(pf)接近于1。

传统pwm整流器直接功率控制(dpc)中,靠近基本电压矢量的地方,容易出现无功功率失控现象,导致网侧电流出现畸变和较大的直流电压波动。从pwm整流器瞬时功率数学模型出发,分析了开关矢量对瞬时有功功率和无功功率的作用机理,设计了一种基于新扇区空间划分方法和新开关矢量表的pwm整流器dpc策略,该方法具有兼顾有功功率调节的快速性、抑制无功波动和降低开关频率的功能。仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。

研究了基于单周期控制的三相六开关高功率因数整流器,推导了三相六开关升压整流器的控制规律,设计了一种基于单周期控制技术的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因数整流器的设计与试验。试验结果表明,该系统的功率因数可达0.991,实现了单位功率因数校正和低电流畸变。

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与矢量控制相比,直接功率控制(dpc)结构简单,应用于风电系统的双馈异步发电机(dfig)能简化变频器控制结构,提高系统动态性能。在分析dfig暂态数学模型的基础上推导了内部状态量与控制量之间的关系,提出了分别基于转子磁链、转子电流和电磁转矩的3种dpc策略,并通过引入空间矢量调制(svm)技术使dpc策略的开关频率保持恒定。这些策略在电网正常情况下能获得优良的静态性能,而在非正常运行状态各自表现出不同的动态特性,能适用于不同的控制目标。理论分析与仿真实验证明,电网正常情况下各定频dpc可有效实现有功、无功功率的解耦控制;电网电压波动时基于转子磁链dpc(rf-dpc)可使dfig快速进入稳定状态,缩短振荡时间;基于转子电流dpc(rc-dpc)可抑制转子电流振荡,防止变频器过流;基于电磁转矩dpc(emt-dpc)可消除电磁转矩脉动,减少对机组转轴剪切应力冲击。

分析了vienna整流器在桥臂各个功率器件出现开路故障时所呈现的故障特征,指出了各桥臂续流二极管的开路故障对整流器的危害最大。进一步提出了利用三相输入电流直流分量以及输出电压交流纹波作为功率器件开路故障诊断的故障特征值。构建了基于人工神经网络的功率开关开路故障分类系统,并将所提取的故障特征值作为输入训练样本对其进行训练,最后通过matlab软件中m语言编程完成对故障分类系统的训练和测试。训练和测试的结果表明,训练后的神经网络故障分类系统可很好地对vienna整流器除续流二极管外的功率器件开路故障进行定位。

1 dsp、cpld在电流型pwm整流器中的应用 马韬，彭咏龙，石新春 （华北电力大学电气工程学院，保定071003） 摘要：提出了一种简单的双闭环spwm的直接电流控制 方法，详细分析了该电路的数学模型，并对该电路进行了 psim仿真，最后利用dsp和cpld控制器实现了整流器的 全数字控制。仿真和实验结果验证了该控制策略的正确性和 可行性。 关键词：dsp；cpld；csr；双闭环 0引言： 从拓扑结构上pwm整流器可分为电压型和电 流型两大类。长期以来，电压型pwm整流器 (voltagesourcerectifier——vsr)以其较低的损耗、 简单的结构及控制等优点一直成为pwm整流器研 究的重点，但随着大功率变流技术的发展特别是电 流型pwm整流器(currentsourcerectifier—csr) 在超导储能中

提出了pwm整流器的等效电路并在dq坐标系下进行了建模分析,对采用变结构的电流控制环和pi电压控制环的双闭环的控制器进行了深入分析。针对变结构控制存在的不足,采用pid趋近率来减小变结构控制的抖振及到达滑模面的时间,在对pid趋近率设计进行理论分析的基础上提出了一种优化变结构控制策略。对该优化控制器的设计进行了详细的分析并进行了仿真与实验验证,结果表明所提出的优化变结构控制策略可以实现pwm整流器的单位功率因数运行,且输入电流畸变较小,在负载变化时可以保证系统的快速调节,动、静态调控特性较好。

本文提出了一种通过调节pwm整流器功率因数,来抑制交流传动的列车处于再生制动时因受电弓处电压过高而导致再生失效的方法。分析了列车再生制动时,为了抑制受电弓电压升高,所需的pwm整流器功率因数角调节的范围,给出了在pwm整流器的预测电流控制的基础上改进策略并实现其功率因数调节的方案。在考虑无功传输导致的线路功率损耗的情况下,计算了抑制受电弓电压上升所需要的pwm整流器功率因数角调节的大小,并通过仿真验证了方案的可行性。

提出了一种新型脉宽调制(pwm)瞬态电流控制方法。该方法针对整流器启动瞬时电流过冲现象,当电流在阈值范围内变化时,采用常规瞬时电流控制方法以实现整流器的功能目标;而当电流越限时,采用瞬态电流过冲控制器以抑制电流过冲。实验结果显示,采用新型电流控制策略时,pwm整流器在可控整流启动过渡过程中未出现明显的电流过冲现象。该控制方法实现简单,易于工程应用。

基于电压空间矢量分析原理,提出了一种适用于开关管钳位混合单相三电平整流器的双滞环svpwm电流控制方法。分析了单相三电平整流器的工作模式,提出了一种四态双滞环比较器来控制电流内环。根据输入比较器的误差电流大小,输出四种状态值,结合由电动势与预测电流离散化计算得到的指令电压矢量的所在区域,选择最佳开关输出矢量,使得电流误差控制在系统要求范围内。通过matlab仿真,比较了跟踪电压矢量、两态单滞环、四态双滞环svpwm电流三种控制方法,仿真结果验证了四态双滞环电流控制的优越性,通过小功率样机实验验证了双滞环控制算法的可靠性。