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模块化多电平变换器环流及抑制策略研究

模块化多电平变换器环流及抑制策略研究

作者：杨超中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,电力电子技术发展迅速,高压大功率电力电子设备广泛应用于无功补偿、有源电力滤波、直流输电系统等领域。模块化多电平变换器,具有良好的拓展性、降低了对开关器件耐压的要求,尤其适用于高压大功率应用场合。因此,研究模块化多... 详细信息

近年来,电力电子技术发展迅速,高压大功率电力电子设备广泛应用于无功补偿、有源电力滤波、直流输电系统等领域。模块化多电平变换器,具有良好的拓展性、降低了对开关器件耐压的要求,尤其适用于高压大功率应用场合。因此,研究模块化多电平变换器具有重要意义。本文主要开展了环流及环流抑制策略的研究,主要内容包括:分析了的拓扑结构和工作原理。根据子模块和桥臂端口输出电压特性及基尔霍夫电压、电流定律,推导出直流侧和交流侧等效数学模型。为有效抑制环流,构建了环流的稳态数学模型,指出环流成分组成,得到环流谐波抑制的一般方法,构造了环流闭环控制模型。为与本文所采用的环流抑制策略进行对比分析,研究了基于比例积分控制的环流抑制策略,并对其进行了仿真验证与分析。针对需要抑制环流中多个偶次谐波分量的情况,提出了基于多谐振控制器的简化环流抑制策略。在分析准比例谐振控制器各参数对系统稳定性影响的基础上,在连续域设计了二次准谐振控制器参数。为获得更为精确的控制器参数,讨论了谐振控制器不同的离散化方法,且在离散域设计了二次准谐振控制器参数。通过仿真对该环流抑制策略进行了验证与分析。为解决谐振控制器使用数量与稳态性能需要折中考虑的问题,本文提出了基于嵌入式重复控制的环流抑制策略。结合环流闭环控制系统的稳定性条件,给出了重复控制器参数设计的原则,并对环流闭环控制系统的鲁棒性、谐波抑制性能及动态性能进行了分析,通过仿真对该环流抑制策略进行了验证与分析。最后,本文介绍了实验平台的主电路和控制系统架构,并对适用于的三种环流抑制策略进行了实验验证。实验结果验证了本文所述环流抑制策略的有效性和可行性。

关键词：模块化多电平变换器环流环流抑制策略谐振控制器重复控制器

αβ坐标系下三相VIENNA整流器控制策略研究

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αβ坐标系下三相VIENNA整流器控制策略研究

作者：刘恬畅华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,电动汽车由于能源利用率高,使用过程清洁无污染得到了广泛的运用,而电动汽车的核心就是车载或非车载的充电电源。对于大功率非车载充电机,一般采用AC/DC+DC/DC的两级拓扑,而三相三电平VIENNA整流器所需开关器件数量少,无需设置... 详细信息

近年来,电动汽车由于能源利用率高,使用过程清洁无污染得到了广泛的运用,而电动汽车的核心就是车载或非车载的充电电源。对于大功率非车载充电机,一般采用AC/DC+DC/DC的两级拓扑,而三相三电平VIENNA整流器所需开关器件数量少,无需设置死区时间,运行可靠,是前级PFC电路的合适拓扑,在输出电压大、功率等级高的场合中得到了广泛运用。在三相VIENNA整流器的运行过程中,输入端电网不平衡或电流谐波含量高、输出端负载变化都会影响输入电流、输出电压质量,威胁到系统的稳态和动态性能,本文考虑到这些因素对VIENNA整流器的不良影响,对控制策略进行改进以适应不同工况,主要包括:建立了坐标系下VIENNA整流器双环+平衡环的控制结构,提出了可以适应空载、负载变化及不平衡条件下的输出电压控制策略,研究了基于并联谐振控制器、重复控制器的适用于电网不平衡条件的输入电流谐波抑制策略,具体研究内容如下。分析了VIENNA整流器的工作原理,建立了VIENNA整流器在三种坐标系下的状态空间平均模型。由于基于坐标系的结构具有简单无耦合,坐标变换计算量小、可以适应不平衡电网等优势,文章中提出了VIENNA整流器在坐标系下双环+平衡环的控制结构。设计了适用于不同工况的电压控制策略,基于稳态和动态的不同需求采用分段PI参数的方法,空载时采用Burst模式控制以防输出电压过高。在平衡环中,通过改变载波调制中零序分量的大小来调节中性点电压平衡。最后在实验中验证了所提VIENNA整流器电压控制策略的正确性。为了适应电网不平衡并抑制输入电流谐波,在坐标系下采用了基于并联型P+多谐振控制器的VIENNA整流器电流控制策略,推导了坐标系下的PR控制器与dq坐标系下的PI控制器间的等效和参数对应关系。其次,根据频率响应特性和伯德图提出了PR控制器各个参数设计的准则。为了实现数字化,研究了准谐振控制器在不同离散方法下的离散域表达式,比较后给出不同离散方法适用的场合。最后在仿真和实验中验证了所提VIENNA整流器电流控制策略的有效性。验证结果表明,所提策略可以适应三相不平衡电网,并联多个谐振控制器可以有效抑制相应谐波,大大减小电流谐波分量。为了进一步简化VIENNA整流器的控制结构,节省程序运行时间,并获得更好的输入电流谐波抑制效果,提出了一种基于并联型PR+重复控制的VIENNA整流器电流控制策略。首先,采用零阶保持(ZOH)的方法建立了VIENNA整流器输入端的离散域模型。其次,研究了重复控制器各个参数的设计准则,根据稳定性条件得到了重复控制器增益的上界和稳定性区间,分析了重复控制器超前拍数、衰减系数对稳定性区间的影响。此外,考虑到采样频率变化和输入电流引起的电感变化对控制器参数的影响,对控制器参数进行修正并给出了稳定性区间的变化范围。最后,通过仿真和实验验证了所提VIENNA整流器电流控制策略的有效性。验证结果表明,与传统的P+重复控制的控制策略相比,所提策略可以获得更好的稳态、动态特性;与多谐振控制策略相比,可以节约时间并提高采样频率,进一步减小输入电流THD。

关键词： VIENNA整流器 αβ坐标系不平衡电网谐波抑制谐振控制器重复控制器参数设计

基于自抗扰控制的永磁同步电机扰动抑制策略研究

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基于自抗扰控制的永磁同步电机扰动抑制策略研究

作者：田明赫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机凭借其结构简单、体积小、功率密度高等优点已广泛应用于工业生产、机车牵引和航空航天等领域。随着科学技术的发展,高精密工业场合对永磁同步电机转速和转矩品质提出了更高的要求,不但需要抑制负载转矩造成的动态转速突变... 详细信息

永磁同步电机凭借其结构简单、体积小、功率密度高等优点已广泛应用于工业生产、机车牵引和航空航天等领域。随着科学技术的发展,高精密工业场合对永磁同步电机转速和转矩品质提出了更高的要求,不但需要抑制负载转矩造成的动态转速突变,还要减弱周期扰动造成的转速和转矩稳态波动。然而永磁同步电机控制系统中固有的非理想因素势必影响转速和转矩的性能。为了抑制这些扰动的影响,本文深入分析了永磁同步电机控制系统中固有扰动的产生机理,探讨其与转速和转矩的内在联系。针对电流环和转速环中扰动的特点,分别设计相应的扰动抑制策略。通过应用所提出的控制策略,以全面提升永磁同步电机转速和转矩的品质。论文具体内容如下:探究永磁同步电机控制系统中固有的扰动机理,为抑制其造成的影响提供理论依据。永磁同步电机控制系统中有许多扰动,按照其特点可以分为非周期扰动和周期扰动。非周期扰动包括负载转矩,电机参数摄动;周期扰动包括磁通谐波,死区效应,电流采样误差。其中,负载转矩和电流采样误差作用在转速环中,分别造成转速的非周期波动和频率为转子电角速度的1倍频和2倍频的周期波动;磁通谐波和死区效应作用在电流环中,造成6n次的电流周期谐波。因为转矩和电流线性相关,必然造成转矩的周期波动。针对电流环同时受非周期和周期扰动影响的问题,提出了一种基于优化线性自抗扰控制器的控制策略。传统线性自抗扰控制器相较于PI控制器具有良好的抑制扰动的能力,可以有效地抑制电流环中的非周期扰动。但是通过理论分析发现其本身存在两点问题:抗扰性能和跟踪性能耦合造成参数整定困难的问题和无法抑制中频段扰动的问题。因此,本文提出了重复控制-自抗扰控制器。所提算法对线性自抗扰控制器做了两点优化:针对第一个问题,通过优化扩张状态观测器结构,提出解耦的线性自抗扰控制器;针对第二个问题,通过引入重复控制器,拓宽控制率的带宽,实现抑制周期扰动的目的。仿真结果表明所提算法可以有效改善电流品质。针对转速环同时受非周期和周期扰动影响的问题,提出了另一种基于优化线性自抗扰控制器的控制策略。因为重复控制器可以同时抑制多种周期扰动,而转速环中主要有两种频率的周期扰动,转速环应用重复控制器易放大其它周期信号致使系统不稳定,所以针对电流环所提的重复控制-自抗扰控制器并不适合转速环应用。而一个谐振调节器可以抑制一种周期扰动,并联两个谐振调节器便可满足转速环需求。所以本文通过引入比例谐振控制器拓宽控制率的带宽,实现抑制周期扰动的目的。仿真和实验结果表明,所提算法可以同时有效地抑制转速环中的非周期和周期扰动,提高转速的品质。

关键词：永磁同步电动机自抗扰控制器比例谐振控制器重复控制器抗干扰控制

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冷轧机轧辊偏心信号提取与补偿研究

冷轧机轧辊偏心信号提取与补偿研究

作者：冀晓凯燕山大学

学位级别：硕士

随着对板带轧制精度要求的提高,对影响产品质量的轧辊偏心问题进行研究显得尤为重要。解决轧辊偏心问题,首要任务是要准确提取偏心信息,然后将提取的信号补偿到控制系统中,实现出口板厚波动的减少。针对轧辊偏心是周期性信号,且不易有... 详细信息

随着对板带轧制精度要求的提高,对影响产品质量的轧辊偏心问题进行研究显得尤为重要。解决轧辊偏心问题,首要任务是要准确提取偏心信息,然后将提取的信号补偿到控制系统中,实现出口板厚波动的减少。针对轧辊偏心是周期性信号,且不易有效提取的问题,开展偏心信号提取并补偿控制的研究,主要工作内容如下:首先,对轧辊偏心问题的理论基础进行介绍。分析了轧辊偏心定义及偏心问题产生的原因,进一步阐述了轧辊偏心对轧制力与出口厚度的影响,得到偏心信号与轧制力信号的关系,并根据偏心信号特点建立了轧辊偏心信号的统一模型。其次,针对偏心信号具有复杂干扰,在轧制噪声背景下使用经验模态分解法提取的偏心信号不够精确,而使用普通小波算法又消噪不佳,且易出现频率混叠现象。提出了一种含参数的可变小波阈值函数,并通过人工蜂群算法选取最优阈值,实现对轧辊偏心扰动信号的去噪预处理,然后经过集合经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)将信号分解,提取表征偏心信号的特征模态函数,克服小波算法的频率混叠问题。通过仿真验证此方法可有效提取偏心信号。然后,针对上述小波方法受其分解层数与小波基函数选择的限制,对于提取的偏心信号可能去除部分有效信息,造成提取信号的偏差问题。旋转不变子空间技术具有较强的噪声抑制能力和较高的频率分辨力,利用总体最小二乘旋转不变子空间技术法(Total Least Square-Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques,TLS-ESPRIT)对轧辊偏心信号的频率进行辨识,然后采用改进的蜂群算法对信号的幅值相位进行估计。最后通过对改进小波去噪和EEMD分解的方法与TLS-ESPRIT结合改进人工蜂群算法两者重构的偏心信号进行对比,分析得到TLS-ESPRIT结合改进人工蜂群算法对于提取偏心信号的有效性。最后,以液压压下系统为基础,从采集的轧制力信号中提取偏心信号,针对偏心周期信号难以准确跟踪的问题,应用比例积分(Proportion Integration,PI)控制器与插入型重复控制器相结合进行准确的偏心补偿控制,达到良好的补偿效果,进一步验证轧辊偏心提取与补偿方法的有效性。

关键词：轧辊偏心小波分析旋转不变子空间法人工蜂群算法重复控制器

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基于改进QPR的电力弹簧控制策略

基于改进QPR的电力弹簧控制策略

作者：张茜河南理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着能源危机和环境污染的加剧,新能源并网发电技术得到广泛关注。然而由于电力系统中大量电力电子装置的使用、新能源发电的间歇性,使得微电网中电压质量问题突出。为此,电力弹簧(Electric Spring,ES)及其控制策略的研究成为了... 详细信息

近年来,随着能源危机和环境污染的加剧,新能源并网发电技术得到广泛关注。然而由于电力系统中大量电力电子装置的使用、新能源发电的间歇性,使得微电网中电压质量问题突出。为此,电力弹簧(Electric Spring,ES)及其控制策略的研究成为了当前热点。本文以单相交流电力弹簧为研究对象,分析了谐振控制策略存在的问题,提出了合理的改进策略。首先,分析了ES工作原理及控制策略。目前采用的基于准比例谐振(Quasi Proportional Resonance,QPR)+比例(Proportional,P)控制策略,根据经验法确定QPR参数存在受调试人员经验限制且整定耗时的问题,影响系统性能。为此,提出采用遗传-粒子群算法(Genetic Algorithm-Particle Swarm Optimization,GA-PSO)来确定QPR控制器的最优参数。改进整定方法使此类系统控制器参数设计更为准确,系统的稳态精度及抗谐波干扰能力改善明显。其次,针对QPR控制器存在的随着谐波次数增加,谐振补偿器数量也增加使得控制算法变复杂的问题,提出了引入重复控制器的改进控制策略,并对重复控制器进行稳定性、谐波抑制性、稳态误差分析。理论及仿真结果都表明,该改进控制策略在保证良好动态性能的同时实现了更强的稳态精度和抗谐波干扰能力。最后,使用软件Matlab/Simulink搭建仿真模型,并以d SPACE作为控制核心搭建了ES半实物实验平台,结果验证了所提的基于GA-PSO算法、基于重复控制器的两种改进控制策略的可行性及有效性。

关键词：单相交流电力弹簧智能算法重复控制器稳态跟踪性能谐波抑制性能

On-Line Adaptive Repetitive Controller for Power Factor Correction Systems

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Journal of Shanghai Jiaotong university(Science) 2016年第3期21卷 263-269页

作者：鞠嘉凌刘斌李俊胡质良万海燕 School of Information Engineering Nanchang Hangkong University

When the fundamental frequency is shifting, it is hard for traditional repetitive controller to work at the resonant frequencies. In this paper, a novel adaptive repetitive controller for power factor correction systems is proposed to suppress the current harmonics. Through the controller, the shifting sampling times of the repetitive controller in a fundamental period can be obtained. Mathematical analysis, simulations and physical experiments have validated the effectiveness of the adaptive repetitive controller.

关键词：重复控制器校正系统功率因数自适应在线谐振频率电流谐波采样时间

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降低逆变器电压中总谐波失真的控制技术

磁性元件与电源 2013年第8期 136-143页

作者：邓隐北刘铭徐壮郑州450000

本文阐述了四种控制技术（比例-积分，两自由度，重复和谐振）的设计、分析与实现，旨在降低电压的总谐波失真。当逆变器以电压源工作时，对于离网的孤立运行，这些技术是有效的。在馈电给非线性负载下，要保持电压波形、频率及幅度均符... 详细信息

本文阐述了四种控制技术（比例-积分，两自由度，重复和谐振）的设计、分析与实现，旨在降低电压的总谐波失真。当逆变器以电压源工作时，对于离网的孤立运行，这些技术是有效的。在馈电给非线性负载下，要保持电压波形、频率及幅度均符合IEEE519标准。为了验证这些控制技术，实施了由逆变器模拟推导出的各种比较分析。

关键词：逆变器总谐波失真(THD) 两自由度控制器重复控制器谐振控制器

一种新的统一电能质量调节器的双环复合控制方法

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机械研究与应用 2020年第6期33卷 161-166页

作者：齐养梓王敏朱小琴白万荣甘肃省电力公司庆阳供电公司甘肃庆阳745000 国网甘肃省电力公司电力科学研究院甘肃兰州730070

针对统一电能质量调节器中传统PI控制器的跟踪能力较差、补偿性能有限的问题,结合基于内膜原理的重复控制理论,提出了一种基于PI控制内环、重复控制器外环的复合电流控制策略,将其应用到统一电能质量调节器(Unified Power Quality Condi... 详细信息

针对统一电能质量调节器中传统PI控制器的跟踪能力较差、补偿性能有限的问题,结合基于内膜原理的重复控制理论,提出了一种基于PI控制内环、重复控制器外环的复合电流控制策略,将其应用到统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner)电流跟踪控制中,采用指令电流前馈控制,改进复合电流控制策略,该复合电流控制策略集合了PI控制和重复控制的优点,提高了电流跟踪的快速性和稳态补偿精度,使用PI控制器和重复控制器相互协调控制,降低系统的稳态误差,实现了对电流指令信号的快速响应。采用双闭环PI控制作为UPQC的电压跟踪控制策略。理论分析和仿真结果验证了UPQC的补偿效果以及并联侧重复双环电流控制策略的有效性和可行性。

关键词：统一电能质量调节器 PI控制重复控制器双环控制

基于改进重复控制的单相并联型有源电力滤波器

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变频器世界 2010年第7期 47-52,46页

作者：童力邹云屏黄朝霞康勇强金星华中科技大学电气与电子工程学院

本文首先分析了并联型有源电力滤波器(APF)的拓扑结构及模型的建立。对系统的电流环进行分析,考虑各种因素而造成的时间延迟,对APF系统的幅频、相频特性有着较大的影响,为了能够弥补传统PI控制器在有源电力滤波器中应用的局限性,采用了... 详细信息

本文首先分析了并联型有源电力滤波器(APF)的拓扑结构及模型的建立。对系统的电流环进行分析,考虑各种因素而造成的时间延迟,对APF系统的幅频、相频特性有着较大的影响,为了能够弥补传统PI控制器在有源电力滤波器中应用的局限性,采用了重复控制器。首先阐述了重复控制器的作用原理,并结合PI控制器构成复合控制应用于APF当中;在原有PI控制器的基础上,加入重复控制器,并详细分析了复合控制器的设计过程。在所搭建的实验平台上,针对两种不同性质的负载,结合控制器设计的方法,对比了PI控制器和复合控制器的电流补偿效果,验证了控制方案的有效性。

关键词：并联型有源电力滤波器时间延迟 PI控制器重复控制器