为实现多变风况下直驱永磁风力发电系统的稳定、高效运行,提出一种模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)与分数阶比例-积分-微分PIγDμ(fractional-order proportional-integral-derivative)相结合的策略。首先,利...为实现多变风况下直驱永磁风力发电系统的稳定、高效运行,提出一种模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)与分数阶比例-积分-微分PIγDμ(fractional-order proportional-integral-derivative)相结合的策略。首先,利用MPCC两步预测法建立风力发电机组的电流预测模型,得到不同控制集下的电流预测值,评估确定出满足代价函数最小所对应的最优电流预测值。然后,设计PIγDμ控制器,将最优电流预测值和参考电流作为输入参数,经PIγDμ控制器输出得到最优控制电压矢量,实现对系统进行控制。最后,建立仿真模型,与双闭环PI和传统MPCC控制策略进行对比,验证所提控制策略的有效性和优越性。展开更多
针对Vienna整流器固有的中点电位波动问题,提出了一种基于冗余短矢量预判的模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)方法。该方法可有效消除权重系数,进而解决MPCC权重系数调节困难的问题。首先,分析了Vienna整流器的...针对Vienna整流器固有的中点电位波动问题,提出了一种基于冗余短矢量预判的模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)方法。该方法可有效消除权重系数,进而解决MPCC权重系数调节困难的问题。首先,分析了Vienna整流器的运行机理,并构建了其在稳态条件下基于同步旋转坐标系的数学模型。其次,详细分析了Vienna整流器直流侧电容中点电位波动的原因,并提出了抑制中点电位波动的方案。进一步,为了减小控制器计算负担,研究了MPCC的优化方案。最后,仿真及实验结果证明了所提控制方法的有效性与可行性。展开更多
针对无轴承异步电机传统矢量控制中存在电流畸变的问题,提出一种基于电流误差限定的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)策略。在建立无轴承异步电机离散数学模型的基础上,根据定子电流和定子磁链观测值,预测下一...针对无轴承异步电机传统矢量控制中存在电流畸变的问题,提出一种基于电流误差限定的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)策略。在建立无轴承异步电机离散数学模型的基础上,根据定子电流和定子磁链观测值,预测下一时刻的定子磁链和定子电流。运用电流误差限定策略对每个电压矢量下的电流进行筛选,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器的输出状态,从而有效降低开关频率。同时,引入全阶观测器,提高参数观测值的精确度,加快电机的收敛速度。由于系统存在滞后性,对系统进行延时补偿,进一步提高了电机的控制性能。仿真和实验结果均表明,采用所提MPCC策略的无轴承异步电机控制系统,电流畸变有效改善,能实现稳定悬浮,具有良好的静态特性和动态响应特性。展开更多
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free p...永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。展开更多
相较于传统车载充电系统,集成型车载充电系统(integrated onboard charger system,IOCS)在成本、功率密度等方面具备显著优势。文中基于六相永磁电驱系统设计了一台IOCS,并研究了模型预测电流控制(model predictive current control,MP...相较于传统车载充电系统,集成型车载充电系统(integrated onboard charger system,IOCS)在成本、功率密度等方面具备显著优势。文中基于六相永磁电驱系统设计了一台IOCS,并研究了模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)算法在该系统并网模式下的应用。首先,分析所提IOCS的电路拓扑并建立数学模型,同时介绍传统MPCC的实施流程。然后,针对传统MPCC计算量大、稳态性能差等不足,提出一种基于占空比优化的MPCC(MPCC based on duty cycle optimization,DCO-MPCC)策略。一方面,减少备选电压矢量数量,降低电流预测环节带来的计算负担;另一方面,提出一种占空比优化技术,改善系统稳态性能。最后,通过实验验证了所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,DCO-MPCC策略能够显著提升系统稳态性能并减少算法计算量。充电与车网互动(vehicle to grid,V2G)工况下,网侧电流总谐波畸变(total harmonic distortion,THD)分别降低6.18%与5.92%,算法运行时间减少17.54μs。展开更多
该文将多步连续控制集模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)应用于永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)的电流控制。低权重系数MPCC理论上可实现高带宽的电流调节,但数控时延会造...该文将多步连续控制集模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)应用于永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)的电流控制。低权重系数MPCC理论上可实现高带宽的电流调节,但数控时延会造成低权重系数MPCC电流跟踪失稳,同时低权重系数导致的高增益会引起严重的稳态电流纹波。针对此问题,该文提出基于增广状态观测器的变权重系数多步MPCC方法。利用闭环极点研究多步MPCC的数控时延、权重系数和电流闭环稳定性的关系,并采用离散增广观测器超前估计电流及其增量以消除数控时延造成的权重系数选取范围受限的问题,从而提高MPCC的带宽。在此基础上,通过给定电流增量及电流反馈误差自适应地切换控制权重系数,以解决高动态性能与低纹波不能共存的问题。通过实验验证所提出的多步MPCC可实现高带宽、高精度和强鲁棒性的PMLSM电流控制。展开更多
针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control)方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出...针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control)方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出了一种基于热管理的改进型模型预测电流控制。该方法在两矢量定频预测控制基础上,通过设计评价函数选取最优两矢量及动作序列;其次以采样周期为单位灵活选取2种零矢量交替使用;最后通过调制模块产生相应的开关状态进行控制。为了验证理论分析的正确性和有效性,在小功率实验平台上与传统FSF-FCSMPCC进行了对比研究,结果表明该方法不仅可以实现上述控制目标,而且可以进一步减小网侧电流谐波和稳态误差,提高了开关器件的使用寿命和变换器可靠性。展开更多
为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-v...为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-based finite-control-set model predictive current control)方法。该方法根据整流器的3种电压矢量进行扇区划分,并在每个开关周期内同时作用一个扇区内的2个边界矢量;结合电流误差评价函数,求解出各扇区边界电压矢量的最优作用时间;最后采用电流误差评价函数值最小的扇区边界矢量,并通过调制模块产生相应开关信号。为验证所提方法的正确性和有效性,在小功率实验平台上对该TV-FCS-MPCC与传统FCS-MPCC方法进行了实验对比研究,研究结果表明:TV-FCS-MPCC方法可以有效实现单相PWM整流器的控制目标,与传统FCS-MPCC方法相比,所提方法可以实现开关频率的固定,并降低网侧电流THD。展开更多
文摘为实现多变风况下直驱永磁风力发电系统的稳定、高效运行,提出一种模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)与分数阶比例-积分-微分PIγDμ(fractional-order proportional-integral-derivative)相结合的策略。首先,利用MPCC两步预测法建立风力发电机组的电流预测模型,得到不同控制集下的电流预测值,评估确定出满足代价函数最小所对应的最优电流预测值。然后,设计PIγDμ控制器,将最优电流预测值和参考电流作为输入参数,经PIγDμ控制器输出得到最优控制电压矢量,实现对系统进行控制。最后,建立仿真模型,与双闭环PI和传统MPCC控制策略进行对比,验证所提控制策略的有效性和优越性。
文摘针对Vienna整流器固有的中点电位波动问题,提出了一种基于冗余短矢量预判的模型预测电流控制MPCC(model predictive current control)方法。该方法可有效消除权重系数,进而解决MPCC权重系数调节困难的问题。首先,分析了Vienna整流器的运行机理,并构建了其在稳态条件下基于同步旋转坐标系的数学模型。其次,详细分析了Vienna整流器直流侧电容中点电位波动的原因,并提出了抑制中点电位波动的方案。进一步,为了减小控制器计算负担,研究了MPCC的优化方案。最后,仿真及实验结果证明了所提控制方法的有效性与可行性。
文摘针对无轴承异步电机传统矢量控制中存在电流畸变的问题,提出一种基于电流误差限定的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)策略。在建立无轴承异步电机离散数学模型的基础上,根据定子电流和定子磁链观测值,预测下一时刻的定子磁链和定子电流。运用电流误差限定策略对每个电压矢量下的电流进行筛选,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器的输出状态,从而有效降低开关频率。同时,引入全阶观测器,提高参数观测值的精确度,加快电机的收敛速度。由于系统存在滞后性,对系统进行延时补偿,进一步提高了电机的控制性能。仿真和实验结果均表明,采用所提MPCC策略的无轴承异步电机控制系统,电流畸变有效改善,能实现稳定悬浮,具有良好的静态特性和动态响应特性。
文摘永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。
文摘相较于传统车载充电系统,集成型车载充电系统(integrated onboard charger system,IOCS)在成本、功率密度等方面具备显著优势。文中基于六相永磁电驱系统设计了一台IOCS,并研究了模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)算法在该系统并网模式下的应用。首先,分析所提IOCS的电路拓扑并建立数学模型,同时介绍传统MPCC的实施流程。然后,针对传统MPCC计算量大、稳态性能差等不足,提出一种基于占空比优化的MPCC(MPCC based on duty cycle optimization,DCO-MPCC)策略。一方面,减少备选电压矢量数量,降低电流预测环节带来的计算负担;另一方面,提出一种占空比优化技术,改善系统稳态性能。最后,通过实验验证了所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,DCO-MPCC策略能够显著提升系统稳态性能并减少算法计算量。充电与车网互动(vehicle to grid,V2G)工况下,网侧电流总谐波畸变(total harmonic distortion,THD)分别降低6.18%与5.92%,算法运行时间减少17.54μs。
文摘该文将多步连续控制集模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)应用于永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)的电流控制。低权重系数MPCC理论上可实现高带宽的电流调节,但数控时延会造成低权重系数MPCC电流跟踪失稳,同时低权重系数导致的高增益会引起严重的稳态电流纹波。针对此问题,该文提出基于增广状态观测器的变权重系数多步MPCC方法。利用闭环极点研究多步MPCC的数控时延、权重系数和电流闭环稳定性的关系,并采用离散增广观测器超前估计电流及其增量以消除数控时延造成的权重系数选取范围受限的问题,从而提高MPCC的带宽。在此基础上,通过给定电流增量及电流反馈误差自适应地切换控制权重系数,以解决高动态性能与低纹波不能共存的问题。通过实验验证所提出的多步MPCC可实现高带宽、高精度和强鲁棒性的PMLSM电流控制。
文摘针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control)方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出了一种基于热管理的改进型模型预测电流控制。该方法在两矢量定频预测控制基础上,通过设计评价函数选取最优两矢量及动作序列;其次以采样周期为单位灵活选取2种零矢量交替使用;最后通过调制模块产生相应的开关状态进行控制。为了验证理论分析的正确性和有效性,在小功率实验平台上与传统FSF-FCSMPCC进行了对比研究,结果表明该方法不仅可以实现上述控制目标,而且可以进一步减小网侧电流谐波和稳态误差,提高了开关器件的使用寿命和变换器可靠性。
文摘为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-based finite-control-set model predictive current control)方法。该方法根据整流器的3种电压矢量进行扇区划分,并在每个开关周期内同时作用一个扇区内的2个边界矢量;结合电流误差评价函数,求解出各扇区边界电压矢量的最优作用时间;最后采用电流误差评价函数值最小的扇区边界矢量,并通过调制模块产生相应开关信号。为验证所提方法的正确性和有效性,在小功率实验平台上对该TV-FCS-MPCC与传统FCS-MPCC方法进行了实验对比研究,研究结果表明:TV-FCS-MPCC方法可以有效实现单相PWM整流器的控制目标,与传统FCS-MPCC方法相比,所提方法可以实现开关频率的固定,并降低网侧电流THD。
