基于模型预测控制的有源前端变换器研究
发布时间：2021-05-11 11:49
AFE变换器具有众多优点,因而得到了广泛的研究。而控制策略是AFE变换器的核心,随着现在先进控制理论的快速发展,应用于有源前端变换器的先进控制策略非常多,其中模型预测控制相比较于传统PI算法具有动态响应速快、控制器不需要参数调节、结构简单等优点,作为近年来新发展的控制策略备受关注。本文分析了AFE变换器的几种常见电压型拓扑结构与工作原理,建立了三相电压型AFE变换器在三相静止坐标系和两相静止αβ坐标系下的数学模型。基于系统的两相静止αβ数学模型,对AFE变换器电流环采用有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）策略进行研究,分析采样计算延时对FCS-MPC策略的影响并进行两步预测延时补偿;针对传统FCS-MPC不足,本课题提出了改进的有限控制集模型预测控制策略,即通过电压空间矢量变换的原理,引入扇区矢量判断法,减少FCS-MPC策略最优电压矢量选择的次数;根据选出来的电压矢量,在一个控制周期里分配有效电压矢量和零电压矢量的作用时间,改善系统的稳态和动态性能。利用Matlab/Simulink建立了整个系统的仿真模型,并验证了改进策略的正确性以及优越性。设计了三相电压型AFE变换器系统,包...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 有源前端变换器研究现状
1.2.2 有限控制集模型预测控制研究现状
1.3 本课题主要研究内容
第二章 有源前端变换器工作原理及控制策略
2.1 有源前端变换器的结构与原理
2.2 有源前端变换器数学模型
2.2.1 三相AFE一般数学模型
2.2.2 三相AFE的 αβ模型
2.3 AFE变换器常用的控制策略
2.3.1 PI控制
2.3.2 滑模控制
2.3.3 无差拍控制
2.4 本章小结
第三章 有限控制集模型预测控制策略与仿真
3.1 有限控制集模型预测控制基本原理
3.1.1 预测模型的建立
3.1.2 评价函数的确立
3.1.3 考虑延时补偿的FCS-MPC策略
3.2 改进型FCS-MPC策略
3.2.1 扇区判断
3.2.2 有效矢量作用时间计算
3.3 电压外环控制策略
3.4 仿真结果及分析
3.5 本章小结
第四章 有源前端变换器系统设计
4.1 主电路设计
4.1.1 功率器件选型
4.1.2 交流侧电感设计
4.1.3 直流侧电容设计
4.2 控制电路设计
4.2.1 DSP控制电路设计
4.2.2 电流和电压采样调理电路设计
4.2.3 过零检测电路设计
4.2.4 IGBT驱动及保护电路设计
4.3 软件系统设计
4.3.1 主程序设计
4.3.2 中断服务子程序设计
4.4 本章小结
第五章 系统调试与实验结果分析
5.1 功能模块调试
5.2 实验结果及分析
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进有限集模型预测控制策略在三相级联并网逆变器中的应用[J]. 贾冠龙,李冬辉,姚乐乐. 电网技术. 2017(01)
[2]三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法[J]. 杨勇,樊明迪,谢门喜,汪义旺. 电机与控制学报. 2016(08)
[3]基于简化FCS-MPC的风电并网逆变器研究[J]. 孙国凯,都放. 电网与清洁能源. 2016(06)
[4]三相两电平逆变器状态方程模型预测控制方法研究[J]. 白磊,李春彦,刘荣. 河南科技. 2016(01)
[5]预测控制在电力电子变流器中的应用综述[J]. 段向军,王宏华,王钧铭. 测控技术. 2015(10)
[6]三相电压型逆变器的延时补偿模型预测控制[J]. 朱晓雨,王丹,彭周华,刘星. 电机与控制应用. 2015(09)
[7]基于有限控制集模型预测的逆变器控制算法[J]. 杨苹,袁昊哲,许志荣,李继侠. 可再生能源. 2015(04)
[8]三相PWM整流器积分—线性自抗扰控制器设计[J]. 任丽娜,齐欣,刘爽爽,刘福才. 机电工程. 2014(12)
[9]三相三线制有源滤波器的改进无差拍控制[J]. 史丽萍,蔡儒军,陈丽兵,王攀攀. 电力系统保护与控制. 2014(14)
[10]三相电压型PWM整流器有限开关序列模型预测电流控制[J]. 王从刚,何凤有,曹晓冬. 电工技术学报. 2013(12)
博士论文
[1]基于有源前端变流器的多电机系统有限状态模型预测控制[D]. 刘涛.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于无差拍电流控制的PWM整流器研究[D]. 郑雷.广东工业大学 2016
[2]清洁能源发电并网逆变器有限控制集模型预测控制[D]. 邓轩轩.郑州轻工业学院 2016
[3]单相PWM整流器模型预测直接功率控制算法[D]. 邓知先.西南交通大学 2016
[4]基于自抗扰控制的电压型PWM整流器的设计与实现[D]. 王居昭.东北大学 2010
本文编号：3181355
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状与分析
1.2.1 有源前端变换器研究现状
1.2.2 有限控制集模型预测控制研究现状
1.3 本课题主要研究内容
第二章 有源前端变换器工作原理及控制策略
2.1 有源前端变换器的结构与原理
2.2 有源前端变换器数学模型
2.2.1 三相AFE一般数学模型
2.2.2 三相AFE的 αβ模型
2.3 AFE变换器常用的控制策略
2.3.1 PI控制
2.3.2 滑模控制
2.3.3 无差拍控制
2.4 本章小结
第三章 有限控制集模型预测控制策略与仿真
3.1 有限控制集模型预测控制基本原理
3.1.1 预测模型的建立
3.1.2 评价函数的确立
3.1.3 考虑延时补偿的FCS-MPC策略
3.2 改进型FCS-MPC策略
3.2.1 扇区判断
3.2.2 有效矢量作用时间计算
3.3 电压外环控制策略
3.4 仿真结果及分析
3.5 本章小结
第四章 有源前端变换器系统设计
4.1 主电路设计
4.1.1 功率器件选型
4.1.2 交流侧电感设计
4.1.3 直流侧电容设计
4.2 控制电路设计
4.2.1 DSP控制电路设计
4.2.2 电流和电压采样调理电路设计
4.2.3 过零检测电路设计
4.2.4 IGBT驱动及保护电路设计
4.3 软件系统设计
4.3.1 主程序设计
4.3.2 中断服务子程序设计
4.4 本章小结
第五章 系统调试与实验结果分析
5.1 功能模块调试
5.2 实验结果及分析
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进有限集模型预测控制策略在三相级联并网逆变器中的应用[J]. 贾冠龙,李冬辉,姚乐乐. 电网技术. 2017(01)
[2]三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法[J]. 杨勇,樊明迪,谢门喜,汪义旺. 电机与控制学报. 2016(08)
[3]基于简化FCS-MPC的风电并网逆变器研究[J]. 孙国凯,都放. 电网与清洁能源. 2016(06)
[4]三相两电平逆变器状态方程模型预测控制方法研究[J]. 白磊,李春彦,刘荣. 河南科技. 2016(01)
[5]预测控制在电力电子变流器中的应用综述[J]. 段向军,王宏华,王钧铭. 测控技术. 2015(10)
[6]三相电压型逆变器的延时补偿模型预测控制[J]. 朱晓雨,王丹,彭周华,刘星. 电机与控制应用. 2015(09)
[7]基于有限控制集模型预测的逆变器控制算法[J]. 杨苹,袁昊哲,许志荣,李继侠. 可再生能源. 2015(04)
[8]三相PWM整流器积分—线性自抗扰控制器设计[J]. 任丽娜,齐欣,刘爽爽,刘福才. 机电工程. 2014(12)
[9]三相三线制有源滤波器的改进无差拍控制[J]. 史丽萍,蔡儒军,陈丽兵,王攀攀. 电力系统保护与控制. 2014(14)
[10]三相电压型PWM整流器有限开关序列模型预测电流控制[J]. 王从刚,何凤有,曹晓冬. 电工技术学报. 2013(12)
博士论文
[1]基于有源前端变流器的多电机系统有限状态模型预测控制[D]. 刘涛.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于无差拍电流控制的PWM整流器研究[D]. 郑雷.广东工业大学 2016
[2]清洁能源发电并网逆变器有限控制集模型预测控制[D]. 邓轩轩.郑州轻工业学院 2016
[3]单相PWM整流器模型预测直接功率控制算法[D]. 邓知先.西南交通大学 2016
[4]基于自抗扰控制的电压型PWM整流器的设计与实现[D]. 王居昭.东北大学 2010
本文编号：3181355
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