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准pr调节下逆变器的非线性现象研究

准PR调节下逆变器的非线性现象研究

作者：陈庆花兰州交通大学

学位级别：硕士

随着科学技术的日新月异,电力电子技术得到了长足地发展,其装置已经应用到包括国防、民用、农业生产等各个行业。由于开关器件以及反馈控制系统等的存在,使得电力电子变换器成为一种强非线性系统,其系统工作在某些特定的条件下时会出现... 详细信息

随着科学技术的日新月异,电力电子技术得到了长足地发展,其装置已经应用到包括国防、民用、农业生产等各个行业。由于开关器件以及反馈控制系统等的存在,使得电力电子变换器成为一种强非线性系统,其系统工作在某些特定的条件下时会出现分岔、混沌等非线性现象,对电力电子变换器的使用寿命和工作状态产生了严重的影响。逆变器作为电力电子变换器的重要组成部分,对其中存在的非线性现象的研究具有重要的工程实际意义和学术价值。本文在分析各国学者研究的基础上,以准比例谐振(proportional Resonant,pr)调节下的单相逆变器以及三相并网逆变器为研究对象,对其中存在的非线性现象进行了深入地分析与研究。(1)首先对基于准pr调节器的单相一阶全桥逆变器进行了分析,利用频闪映射方法对其主电路以及控制回路进行数学建模。以比例系数为分岔参数,得到系统分岔图、雅克比矩阵特征值轨迹以及折叠图和Simulink仿真波形图,对其中的非线性现象进行了分析;以比例系数和积分系数为双分岔参数,通过MATLAB仿真得到了双分岔参数下的系统稳定区间。然后在一阶逆变器的分析基础上对基于准pr调节器的单相二阶双闭环全桥逆变器进行了分析,推导出了系统的离散数学模型,通过分析系统分岔图、雅克比矩阵特征值轨迹以及折叠图和Simulink仿真波形图,得出相关结论,并建立了系统三分岔控制参数下的稳定区间。(2)在上述研究的基础上,将逆变器非线性现象的研究从单相无源逆变器推广到三相并网逆变器。在αβ坐标系下建立了基于准pr调节器的三相LCL型并网逆变器的离散数学模型,并对逆变器系统进行了数值分析以及稳定性分析,得到系统调节器的参数稳定区间。通过分岔图和系统雅克比矩阵特征值轨迹确定了系统分岔类型和振荡频率,用Simulink电路仿真验证了三相并网逆变器非线性分析的正确性。(3)运用时延反馈控制法(Time-Delayed Feedback Control,TDFC)和二阶带阻滤波器对逆变器中的非线性行为进行控制。建立系统离散数学模型下的雅克比矩阵,根据雅克比矩阵特性,利用MATLAB数值计算确定两种控制方法中的合适参数,通过Simulink仿真验证了两种方法的正确性。

关键词：逆变器准pr调节器非线性现象时延反馈控制二阶带阻滤波器

多相感应电机容错运行及无速度传感器控制策略研究

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多相感应电机容错运行及无速度传感器控制策略研究

作者：李永岗中国矿业大学

学位级别：硕士

由于能够实现低压大功率、高可靠性、高控制灵活度,多相电机在交流传动领域得到了越来越多的应用。本文以非对称式六相感应电机为例,对其容错控制策略与无速度传感器技术进行了研究。分析了多相电机的绕组结构及其谐波特点,推导了电机... 详细信息

由于能够实现低压大功率、高可靠性、高控制灵活度,多相电机在交流传动领域得到了越来越多的应用。本文以非对称式六相感应电机为例,对其容错控制策略与无速度传感器技术进行了研究。分析了多相电机的绕组结构及其谐波特点,推导了电机在自然坐标系下的数学模型,通过空间矢量解耦变换,建立了谐波基下的数学模型,根据不同的中线连接方式,推导了电机单相开路后的空间解耦变换矩阵,在此基础上,建立了多相感应电机统一断路故障数学模型,分析了缺相后的转矩脉动情况。为了实现多相感应电机容错运行,从三个方面研究了多相感应电机的容错控制策略:(1)基于最优电流控制的思想,依据定子总磁势不变原则,按照不同的优化目标,计算出剩余有效相电流的幅值和相位,同时为了避免滞环控制的缺点,电流环采用比例谐振控制,实现相坐标系的无静差跟踪控制;(2)根据缺相后的α-β子平面数学模型,按照磁场定向控制的原理,推导出缺相后dq坐标系下的数学模型,并按照转子磁链定向,实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦,通过修正后的旋转变换,实现多相感应电机缺相后的磁场定向控制;(3)根据直接转矩控制的原理,分析了电机单相开路后电压矢量的变化情况,选取缺相后最外层的大电压矢量来实现转矩和定子磁链的动态控制,为了避免转矩脉动过大以及开关频率不固定的问题,计算磁链变化量来得到参考电压矢量,通过载波调制策略获得驱动信号脉冲。在多相感应电机基波平面内,建立了基于滑模原理的观测器,推导了磁链和转速辨识过程,利用饱和函数代替符号函数减小了系统抖振。分析了观测器对参数和负载扰动的鲁棒性,通过对故障状态下滑模观测器的修正,使其能够满足多相感应电机的缺相运行,提高了系统的鲁棒性和可靠性。搭建了多相感应电机控制系统硬件实验平台,通过仿真与实验验证了本文所提出多相感应电机容错控制策略与无速度传感器控制技术的正确性和有效性。

关键词：多相感应电机缺相运行容错控制准pr调节器无速度传感器

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微电网并网逆变器设计与控制策略研究

微电网并网逆变器设计与控制策略研究

作者：段志尚新疆大学

学位级别：硕士

为了充分发挥分布式新能源优势,分布式新能源、储能系统和本地负载组成的微电网发展日渐成熟。逆变器作为微电网交流与直流侧的接口,决定着分布式能源能否友好并网,在微电网中具有重要作用。微电网中并网逆变器控制是本文的研究重点。... 详细信息

为了充分发挥分布式新能源优势,分布式新能源、储能系统和本地负载组成的微电网发展日渐成熟。逆变器作为微电网交流与直流侧的接口,决定着分布式能源能否友好并网,在微电网中具有重要作用。微电网中并网逆变器控制是本文的研究重点。本文从并网逆变器电流控制入手,建立了三相并网逆变器的数学模型。首先详细叙述了PI矢量控制、滞环控制、准pr控制的电流单环控制原理,分析PI矢量控制和准pr控制的关系,比较不同控制策略的特点。接着,由逆变器输出滤波器的特性出发,分析系统稳定性。其中,LCL滤波器具有较好抑制高次谐波的能力,但是自身存在谐振问题。本文借鉴滤波器电容支路串联阻尼电阻来吸收谐波的原理,在电流控制基础上,引入基于电容电流惯性补偿的双环控制结构抑制谐振,改善并网逆变器输出电流性能。再次,本文阐述了三相并网逆变装置中主要硬件设计方法,组建高性能微控制器与CPLD组合的控制核心,设计了线性度良好的电压电流信号调理电路;使用IPM模块搭建并网逆变器主电路,并设计了逆变器反激式电源以满足逆变器各控制单元需求。最终自主研发出并网逆变器实验装置样机。本文通过在MATLAB/Simulink下搭建微网中并网逆变器模型,对并网逆变器三种控制策略和孤岛运行模式下的控制策略进行了仿真,验证改进双环控制结构的有效性。同时,将pr调节器离散化,运用自主设计的逆变器装置,实现了逆变器孤岛与并网运行。

关键词：微电网并网逆变器控制策略准pr调节器惯性补偿 K60

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单相光伏并网逆变器研究

单相光伏并网逆变器研究

作者：谢然然哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着不可再生能源的减少和环境污染的问题,各国都在对能源结构进行改变。太阳能产业也在迅速发展,有望成为未来能源的主要来源。光伏逆变器是光伏产业的重要一环,设计出稳定、高效、可靠的光伏逆变器,对于推动光伏产业的发展有着重要作... 详细信息

随着不可再生能源的减少和环境污染的问题,各国都在对能源结构进行改变。太阳能产业也在迅速发展,有望成为未来能源的主要来源。光伏逆变器是光伏产业的重要一环,设计出稳定、高效、可靠的光伏逆变器,对于推动光伏产业的发展有着重要作用。光伏并网逆变器最初的工频隔离逆变器由于体积质量大,在逐渐的被新型逆变器替代。本文研究的光伏并网逆变器是两级型单相光伏并网逆变器,两级型光伏并网逆变器主电路简单,效率高,控制策略设计也比较容易,可靠性与稳定性都比较高。两级型光伏并网逆变器的前级选择Boost变换器进行升压,然后使用电容进行稳压。后级选用全桥逆变器进行逆变,通过LCL滤波器对并网电流进行滤波。通过对LCL滤波器和L滤波器的比较,得出LCL的滤波效果更好。但是LCL有谐振问题,本文使用了有源阻尼法和无源阻尼法进行抑制谐振,通过对比,选用了有源阻尼法抑制谐振。在控制策略上,使用Boost变换器进行MPPT控制,逆变器控制选用母线电压外环,并网电流内环的控制策略。外环选用了传统的PI调节器,内环选用准pr调节器对并网瞬时电流进行控制。由于本文设计逆变器没有隔离,本文对共模电流问题进行了探究,选用了双极型SPWM进行抑制共模电流。对于光伏并网逆变器,需要设计一种主动或被动的策略进行孤岛效应的检测,本文选用了主动频移策略作为反孤岛策略。另外可以使用准pr调节器进行谐波抑制,准pr调节器可以提取3次、5次等谐波,然后将其加入控制器,进行抑制谐波。本文将设计的光伏逆变器通过MATLAB进行了仿真,验证了设计的有效性。然后设计了控制电路和软件,对后级逆变电路进行了实验,验证了准pr调节器对正弦交流量的无差调节。

关键词：光伏发电单相逆变器 MPPT 准pr调节器 LCL

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小功率光伏并网逆变器控制方法研究

小功率光伏并网逆变器控制方法研究

作者：白建祥湖南工业大学

学位级别：硕士

随着传统能源所引起的环境污染问题变得越来越严重,利用太阳能光伏发电产业不断发展壮大,因此对发电系统中关键部件并网逆变器的要求越来越严格。其中逆变器的控制方法最为重要,本文针对逆变器并网运行控制及防孤岛运行控制做了深入研究... 详细信息

随着传统能源所引起的环境污染问题变得越来越严重,利用太阳能光伏发电产业不断发展壮大,因此对发电系统中关键部件并网逆变器的要求越来越严格。其中逆变器的控制方法最为重要,本文针对逆变器并网运行控制及防孤岛运行控制做了深入研究,旨在提高光伏发电系统的稳定性、转化率及防孤岛运行能力,改善入网电流质量。首先,本文采用了一种包含双输入DC/DC升压单元、H6逆变桥和LC型滤波器三部分的新型拓扑结构的逆变器,深入分析了各部分的工作原理。然后,针对传统逆变器输出电流控制中,电流内环通常采用的PI调节器无法直接实现交流量的无静差控制问题,本文采用了一种简单的准pr调节器,设计了准pr调节器的相关参数,给出了合理的参数整定方法,通过获取频率响应特性来直接实现交流量的无静差控制。仿真结果表明该方法保证了入网电流与电网电压保持同频同相且有效解决了谐波含量的问题。其次,针对传统最大功率点跟踪控制的不足,提出了一种最大功率点跟踪优化控制方法,通过采样光伏电池板三个不同的P-U值,比较功率值的大小来判断光伏电池板的工作状态,由事先设定的不同指令逐步使光伏电池板工作在最大功率点处,仿真结果表明了该优化控制方法的有效性和实用性。再次,针对主动式防孤岛运行控制会对入网电流电能质量造成影响问题,提出了主被动式相结合的防孤岛运行控制方法。通过检测公共耦合点处的电压和频率,比较其是否超出了保护阈值范围。若超出则控制逆变器断开,没有超出则采用对公共耦合点处电压频率实行正反馈的主动频移法。着重分析设计了normfCQ?0坐标系下此方法的关键参数,量化分析了其不可检测区,使其不可检测区做到最小,仿真结果表明无论负载呈现感性还是容性该控制方法均能有效实现防孤岛运行控制。最后,对逆变器并网电流控制、最大功率跟踪控制和防孤岛运行控制进行了详细的实验验证,结果表明了逆变器控制方法的有效性。

关键词：光伏并网逆变器准pr调节器 MPPT 防孤岛运行控制

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电气化铁路用级联型单相SVG控制策略研究

电气化铁路用级联型单相SVG控制策略研究

作者：孙凯北方工业大学

学位级别：硕士

随着电气化铁路的发展,电力机车对供电网的污染也日趋严重,主要表现在增加铁路接触网的谐波电流、降低其功率因数,从而导致增加供电设备的容量及维护成本,以及对电力机车的稳定运行带来负面影响。本文以电气化铁路无功治理为应用背景,... 详细信息

随着电气化铁路的发展,电力机车对供电网的污染也日趋严重,主要表现在增加铁路接触网的谐波电流、降低其功率因数,从而导致增加供电设备的容量及维护成本,以及对电力机车的稳定运行带来负面影响。本文以电气化铁路无功治理为应用背景,详细介绍了单相H桥单元级联型SVG设计原理及其工业实现方案,具有重要的应用价值。对应用于H桥级联型拓扑的多载波移相PWM调制策略进行分析,定量计算了自然采样法下的载波移相PWM调制输出电压谐波,得出了逆变侧级联输出电压的谐波特性及其分布规律。针对传统单相PLL算法采用低通滤波器而带来的系统延时问题,提出了一个基于输出反馈的新型单相PLL算法。该算法采用PLL的角度输出来构造一个两倍频的分量,用来抵消中间环节的两倍频分量,来达到消除低通滤波器延时的目的。通过在低电压穿越及电网电压闪变情况下的仿真,表明该单相PLL算法具有较高的稳定性及较快的响应速度。建立了单个H桥单元基于准pr调节器的电流内环状态空间数学模型,并分析了准pr调节器参数变化对整个电流内环状态和准pr调节器状态转移的影响,以及对于系统稳态误差及稳定性的影响,为准pr调节器的参数设计提供了有力的参考。分析了单个H桥单元运行于整流工况与无功发生工况下的母线电容充放电规律,总结了母线电容充放电规律在无功发生工况下与整流工况下的不同点,进而提出了一种基于悬浮电容充放电规律的单相级联型SVG单元悬浮电容电压平衡控制算法,在此基础上,提出了一种适用于电气化铁路的单相SVG整体控制策略。仿真与实验结果验证了该算法的可行性。提出了一种应用于单相级联型SVG的软硬件控制平台的设计方法,详细分析了系统硬件设计方法,涵盖了FPGA的系统设计及功率单元采样系统设计。而后提出了装置整体的控制软件设计方法,并给出了控制软件的文件结构。最后,给出了样机的部分实验结果及分析,并对全文进行总结与展望。

关键词：电气化铁路 H桥级联型SVG 准pr调节器电容电压平衡控制控制平台

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双PWM全功率变流器机侧控制策略研究

能源研究与信息 2017年第4期33卷 237-241页

作者：王林夏婷赵青王银杰盐城工学院电气工程学院江苏盐城224051 丽水学院学生处浙江丽水323000 国网扬州供电公司江苏扬州225000

双脉宽调制(PWM)全功率变流器机侧的开关频率低,其电流谐波含量高,且同步电机反电动势中产生了大量谐波.为了降低发电机的铜铁损耗,降低系统成本,弱化网侧滤波器设计的难度,抑制机侧谐波具有重要意义.传统比例积分(PI)调节器难以抑制直... 详细信息

双脉宽调制(PWM)全功率变流器机侧的开关频率低,其电流谐波含量高,且同步电机反电动势中产生了大量谐波.为了降低发电机的铜铁损耗,降低系统成本,弱化网侧滤波器设计的难度,抑制机侧谐波具有重要意义.传统比例积分(PI)调节器难以抑制直驱永磁同步发电系统机侧谐波,针对这一现象,提出将PI与准比例谐振(pr)调节器联合,形成新型的调节器,并在转子定向的旋转坐标系下对定子电流特定次谐波进行了抑制.运用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证,结果表明:采用经典PI控制时,机侧电流谐波含量为17.28%;采用新型调节器时,机侧电流谐波含量为5.86%.同时,通过分析实验结果验证了该机侧控制策略的可行性,可有效地抑制机侧谐波.

关键词： PI调节器直驱永磁同步发电机机侧谐波准pr调节器 PSCAD/EMTDC软件