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基于系统级功率平衡的双PWM变频系统模型预测控制研究

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中国电机工程学报 2016年第21期36卷 5909-5917,6035页

作者：肖雄张勇军王京李华德北京科技大学冶金工程研究院北京市海淀区100083

近些年来,双侧脉宽调制变频系统相关技术的研究已成为热点问题,该文在模型预测控制的基础上,提出了一种新型的功率预测算法。该算法中,整流侧采用模型预测直接功率控制,逆变侧采用模型预测直接转矩控制,为了补偿系统本身延迟,双侧均采用... 详细信息

近些年来,双侧脉宽调制变频系统相关技术的研究已成为热点问题,该文在模型预测控制的基础上,提出了一种新型的功率预测算法。该算法中,整流侧采用模型预测直接功率控制,逆变侧采用模型预测直接转矩控制,为了补偿系统本身延迟,双侧均采用2步预测控制。同时,在直流电压外环中引入系统级功率平衡模型,在逆变侧输出功率前馈的基础上,对稳态响应所需功率进行实时性预测补偿,对动态响应所需功率进行阶段性超前预测补偿。以异步电机为负载的仿真和实验对比研究结果表明,改进的功率预测控制能够进一步抑制突变时的电压波动,提高了直流侧的动态响应,在系统能量流动精确控制的同时实现了双侧控制性能的协调提升。

关键词：双脉宽调制变频功率预测控制系统级功率平衡母线电压波动

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基于微升压功率解耦电路的无电解电容驱动系统研究

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电工技术学报 2019年第16期34卷 3322-3332页

作者：张超胡鑫朱孝勇徐磊全力江苏大学电气信息工程学院

提出一种具有微升压能力的有源功率解耦电路及无电解电容驱动系统控制策略。在同等升压条件下,该电路功率器件驱动信号范围更为合理,在降低逆变器功率器件电压应力的同时,有效地提高了无电解电容驱动系统输入侧电流质量。将直流母线电... 详细信息

提出一种具有微升压能力的有源功率解耦电路及无电解电容驱动系统控制策略。在同等升压条件下,该电路功率器件驱动信号范围更为合理,在降低逆变器功率器件电压应力的同时,有效地提高了无电解电容驱动系统输入侧电流质量。将直流母线电压交流分量总谐波引入到驱动系统输入参考电流控制中,控制直流母线电压在设定范围内,并实现静、动态工况下无电解电容驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应无电解电容驱动系统的有效性。

关键词：无电解电容有源功率解耦微升压功率变换器母线电压波动

基于自抗扰控制的直流微电网双向Buck-Boost变换器控制策略研究

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发电技术 2021年第2期42卷 193-200页

作者：卢昕陈众励李辉上海电力大学自动化工程学院上海市杨浦区200090 上海建筑设计研究院有限公司上海市静安区200041

为了降低直流微电网母线电压的波动,提出基于自抗扰控制的双向Buck-Boost变换器控制策略。运用直流母线电压外环、直流变换器电感电流内环的控制方法实现直流微电网与储能系统之间的能量双向流动。进一步提出基于扩张状态观测器观测输... 详细信息

为了降低直流微电网母线电压的波动,提出基于自抗扰控制的双向Buck-Boost变换器控制策略。运用直流母线电压外环、直流变换器电感电流内环的控制方法实现直流微电网与储能系统之间的能量双向流动。进一步提出基于扩张状态观测器观测输出总扰动,包括负载电流和母线电压的变化,在负载扰动电流影响系统的直流母线电压最终输出前,主动从外环被控对象的输入信号电感电流或输出信号母线电压中提取扰动信息,然后尽快用控制信号将其消除,从而大大降低其对被控量的影响,以有效抑制暂态直流母线的电压波动和冲击,在母线电压产生波动时能够快速恢复到正常的工作状态。仿真验证表明:储能系统可以通过控制策略实现能量的双向传递,并且当母线产生功率波动和电流冲击时,储能系统可以使直流母线电压稳定,提高了系统的可靠性。

关键词：直流微电网双向Buck-Boost变换器母线电压波动自抗扰控制(ADRC)

基于无源控制的光储直流微网虚拟惯性控制策略研究

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发电技术 2021年第5期42卷 576-584页

作者：杨继鑫王久和王勉王振业北京信息科技大学自动化学院北京市海淀区100192 北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044

为克服光储直流微网(DC microgrid with photovoltaic and storage system,DMPSS)易受功率波动和负载扰动影响的问题,提出VDCM+PBC策略,即在储能接口变换器的控制中电流内环采用无源控制(passivity-based control,PBC)策略,电压外环引... 详细信息

为克服光储直流微网(DC microgrid with photovoltaic and storage system,DMPSS)易受功率波动和负载扰动影响的问题,提出VDCM+PBC策略,即在储能接口变换器的控制中电流内环采用无源控制(passivity-based control,PBC)策略,电压外环引入虚拟直流电机(virtual DC machine,VDCM)控制策略。仿真结果表明:与外环为VDCM、内环为PI控制策略(VDCM+PI)相比,VDCM+PBC策略可减小负载以及光伏输出功率变化时的母线电压波动,可更好地提高直流母线电压的稳定性,从而验证了所提VDCM+PBC策略的可行性。

关键词：光储直流微网(DMPSS) 无源控制虚拟直流电机控制(VDCM) 母线电压波动

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基于多重前馈的地铁辅助逆变器的设计

机车电传动 2015年第4期 71-75页

作者：惠浩浩沈传文岳文开姜新生侯晓军曹双胜陈爱丽西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 日立永济电气设备(西安)有限公司技术中心陕西西安710049 西安市地下铁道有限责任公司技术中心陕西西安710049

为了抑制母线电压波动和负载变化对辅助逆变器输出电压的影响,提出了一种基于输出电压瞬时值反馈和母线电压及输出电流多重前馈的PID复合控制策略,介绍了反馈控制器和多重前馈控制器的设计方法。通过Matlab/Simulink仿真软件对提出的控... 详细信息

为了抑制母线电压波动和负载变化对辅助逆变器输出电压的影响,提出了一种基于输出电压瞬时值反馈和母线电压及输出电流多重前馈的PID复合控制策略,介绍了反馈控制器和多重前馈控制器的设计方法。通过Matlab/Simulink仿真软件对提出的控制策略进行了仿真验证,并在1台基于DSP+FPGA控制系统的200 k VA地铁辅助逆变器样机上进行试验。仿真和试验结果证明,该控制策略可以使辅助逆变器输出电压的正弦波形稳定、谐波含量低、抗扰动能力强、动态响应快,完全满足工业标准的要求。

关键词：地铁辅助逆变器多重前馈 PID复合控制策略母线电压波动负载变化

GBP-H高压变频器的“AVR功能”在提升机上的应用

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煤炭技术 2012年第5期31卷 40-41页

作者：姚保平焦作华飞电子电器股份有限公司河南焦作454000

PWM变频调速已成为异步电机最主要的调速方法,变频器在50Hz以下,设定V/F为恒定值,也即恒力矩输出。变频器在提升机上应用时,由于在提升过程中直流母线电压的波动,使得变频器易出现过压或过流故障,并且使电机发出异常声音的问题时有发生... 详细信息

PWM变频调速已成为异步电机最主要的调速方法,变频器在50Hz以下,设定V/F为恒定值,也即恒力矩输出。变频器在提升机上应用时,由于在提升过程中直流母线电压的波动,使得变频器易出现过压或过流故障,并且使电机发出异常声音的问题时有发生。"AVR功能"是解决这一问题的关键。

关键词：母线电压波动 AVR功能高压变频器

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伺服系统EMI抑制方法

伺服系统EMI抑制方法

作者：李海东北京交通大学

学位级别：硕士

伺服系统以其优越的性能广泛应用于社会生活的各个领域中,伺服驱动器一般采用脉宽调制技术,然而驱动器中由于开关管的存在,其开关过程会引发伺服系统严重的电磁干扰,采用栅极电压控制方法可以降低开关管关断电压过冲和振荡,降低系统的... 详细信息

伺服系统以其优越的性能广泛应用于社会生活的各个领域中,伺服驱动器一般采用脉宽调制技术,然而驱动器中由于开关管的存在,其开关过程会引发伺服系统严重的电磁干扰,采用栅极电压控制方法可以降低开关管关断电压过冲和振荡,降低系统的电磁干扰;逆变器直流侧母线电容一般采用电解电容器,电解电容易受环境因素影响,其电解液会挥发,造成电容量降低,严重影响系统的可靠性,将直流母线上的电解电容换成寿命更长、容量更小的薄膜电容,从而形成小母线支撑电容驱动系统,当伺服驱动器的逆变器直流侧支撑电容采用小支撑电容后,无法稳定母线电压,导致逆变器输出电压周期性的进入低值区,采用SVPWM过调制算法后,可以将低值区的电压波动补偿回来。本文主要研究伺服系统EMI的抑制方法,主要内容如下:(1)首先介绍课题的研究背景及意义,对伺服系统电磁干扰抑制方法的研究现状、SVPWM过调制的研究现状以及小母线支撑电容电机驱动研究现状进行了分析,将开关管关断电压过冲以及逆变器在小母线支撑电容下引发的电压波动作为研究重点。(2)然后进行了基础理论分析,介绍了SVPWM过调制原理、母线电压波动和支撑电容的关系以及对开关管的开关过程进行了建模分析,得出关断电压过冲数学表达式。(3)根据开关管关断电压过冲的数学表达式,分析了不同的因素对其的影响,针对开关管的关断过程,分析了不同的寄生参数对开关管关断过程的影响,得出改变驱动电压可以降低开关管关断电压过冲和振荡,为此设计了栅极电压控制电路,在关断过程中,通过控制电路可以适时改变驱动电压,并且通过仿真验证了改变驱动电压可以减小开关管关断电压过冲。(4)接着针对逆变器采用小母线支撑电容下,无法稳定母线电压,逆变器输出电压会出现波动,采用SVPWM过调制算法可以将电压波动补偿回来,并且不同的过调制区可以将电压波动补偿回来的范围是不同的,对此通过仿真,验证了采用过调制算法可以减小电压波动。(5)最后对当参考电压矢量小于正六边形内切圆半径,母线电压波动时,采用SVPWM过调制算法可以将电压波动补偿回来进行了仿真分析,然后基于Simulink,在母线电压波动下,对采用SVPWM过调制算法的永磁同步电机双闭环控制方法进行了建模仿真,分析了过调制算法的引入对电机转速、d、q轴电流波形、三相电流波形、线电压波形以及线电压谐波含量的影响。

关键词：电磁干扰开关特性母线电压波动 SVPWM过调制

无电解电容电机驱动系统拍频效应抑制策略研究

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无电解电容电机驱动系统拍频效应抑制策略研究

作者：包强伟吉林大学

学位级别：硕士

电机驱动系统中,电解电容作为直流母线上的支撑电容,其高温下寿命低的缺点降低了驱动系统的稳定性和可靠性。因此,使用薄膜电容替换掉大电解电容,同时去掉功率因数校正电路的无电解电容电机驱动系统成为解决该问题的一个新方向。无电解... 详细信息

电机驱动系统中,电解电容作为直流母线上的支撑电容,其高温下寿命低的缺点降低了驱动系统的稳定性和可靠性。因此,使用薄膜电容替换掉大电解电容,同时去掉功率因数校正电路的无电解电容电机驱动系统成为解决该问题的一个新方向。无电解电容电机驱动系统可以显著提高系统的运行寿命,并有效降低系统成本。然而,由于薄膜电容的容值较小,在整流电路为三相不控整流电路时,直流母线电压会以6倍电网频率波动,此母线电压波动会导致电机运行在特定转速时产生拍频现象,对电机的运行性能产生不良影响。因此,本论文对无电解电容电机驱动系统进行了分析,在此基础上研究了拍频现象的产生机理,并提出了一种基于开环预测器的母线电压重构策略来抑制拍频现象。本文的主要内容如下:首先,介绍了永磁同步电机的基本结构,接着在介绍坐标变换原理的基础上,推导了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。然后基于旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型,阐述了永磁同步电机双闭环矢量控制技术。之后介绍了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),为后续拍频现象的分析奠定了基础。其次,对三相交流输入的无电解电容驱动系统的结构进行了分析,推导出了直流母线电压的数学表达式。在此基础上,基于SVPWM技术,分析了逆变器输出电压和电机参考电压之间的关系,得出了母线电压波动与拍频现象之间的关系。为了抑制此拍频现象,提出了一种基于开环重复预测器的电压重构策略,利用母线电压波动的重复性,对用于脉宽调制的直流母线电压进行修正。之后搭建了Simulink模型,通过仿真验证了抑制策略的有效性。最后,搭建了无电解电容电机驱动系统实验平台,实现并验证了所研究的拍频抑制策略,实验结果证实了所研究的拍频抑制策略的有效性。

关键词：永磁同步电机无电解电容母线电压波动拍频现象开环预测器

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交直流混合微网即插即用控制策略研究

交直流混合微网即插即用控制策略研究

作者：王海鹏北方工业大学

学位级别：硕士

近年来,分布式发电等广泛应用于微电网中。传统电网以交流电的形式分配到用户侧,而大多分布式发电具有天然的直流特性且用户侧的用电设备大都是直流负荷,因此交直流混合微电网逐渐成为未来智能配电网的发展方向之一。用户侧可再生能源... 详细信息

近年来,分布式发电等广泛应用于微电网中。传统电网以交流电的形式分配到用户侧,而大多分布式发电具有天然的直流特性且用户侧的用电设备大都是直流负荷,因此交直流混合微电网逐渐成为未来智能配电网的发展方向之一。用户侧可再生能源和电动汽车等数量的快速增长使得源、荷与微电网的能量交互更加频繁。此外,微电网的惯性较小容易受到扰动引起母线电压、频率波动。因此其关键问题之一是如何在保证母线电压和频率稳定的前提下实现“即插即用”操作。为了实现分布式发电、负载等的“即插即用”操作,本文提出了一种基于鲁棒残差生成器的动态补偿控制结构。首先建立了各电力电子变换器的状态空间模型。其次根据各电力电子变换器的模型推导得到鲁棒残差生成器的状态空间表达式,应用模型匹配理论对电压环补偿控制器进行降维设计,并采用线性矩阵不等式求解非最小相位系统的电压环补偿控制器。为进一步提升变换器的动态响应速度,根据变换器的电路模型与动态补偿结构,设计电流环补偿控制器以抵消电压环补偿控制器所带来的内部扰动。此外,针对直流下垂系统中变换器间的暂态环流问题,提出了扰动分配策略,并基于扰动分配系数获取电压偏移量。分别在负载投切、不平衡负载的投切、分布式发电输出功率波动、分布式电源投切等情况下进行Matlab/Simulink仿真实验,验证了所提控制策略的有效性。并建立了所提控制策略下系统的小信号模型,通过特征值法分析稳定性。最后,搭建Starsim半实物仿真平台进行验证,实验结果证明了本文所提的基于鲁棒残差生成器的动态补偿控制架构可以有效的提升由功率突变引起的母线电压变化;能够将不平衡负载接入时的不平衡度降低至2%以内;减少变换器投切的环流影响。

关键词：交直流混合微电网鲁棒残差生成器母线电压波动电力电子变换器即插即用