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文檔簡介
貫通式多電平同相供電裝置控制策略研究貫通式多電平同相供電裝置控制策略研究
摘要:本文針對貫通式多電平同相供電裝置的控制問題展開研究。首先,對不同的貫通式多電平同相供電裝置進行分類與比較,得出了各種裝置的優(yōu)缺點和適用范圍。接著,在簡介常用的電壓控制和電流控制策略的基礎上,提出了一種新的控制策略——雙重控制策略,即在控制器中同時實現(xiàn)電壓控制和電流控制,通過這種策略可以實現(xiàn)更精準的控制,提高系統(tǒng)效率。最后,通過仿真實驗驗證了該控制策略的可行性和有效性。
關鍵詞:貫通式多電平同相供電裝置;控制策略;雙重控制策略;仿真實驗;效率
引言
貫通式多電平同相供電裝置廣泛應用于電力電子領域,如變頻器、電動機驅動、UPS等領域。由于其具有輸入和輸出電壓波形較和諧、功率因數(shù)高、控制精度高等優(yōu)點,使得它成為了現(xiàn)代電力電子控制技術中的熱門研究對象。
本文主要研究貫通式多電平同相供電裝置的控制問題,旨在提出一種更加高效、精準的控制策略。首先,將不同的貫通式多電平同相供電裝置進行分類比較,得出它們的優(yōu)缺點和適用范圍。接著,介紹了常用的電壓控制和電流控制策略,并提出了一種新的雙重控制策略。最后,通過仿真實驗驗證該控制策略的可行性和有效性。
1貫通式多電平同相供電裝置分類與比較
貫通式多電平同相供電裝置按照不同的控制方式和電路結構分類,常見的有H橋多電平、NPC多電平和Z源多電平等。H橋多電平結構簡單,容易實現(xiàn),但是諧波較多,不適合要求電壓質量較高場合。NPC多電平適合高功率懂得,功率因數(shù)較高,但是電路結構較為復雜,在控制方面也比較困難。Z源多電平電路結構簡單,輸入電流較低,填充度大,適用于寬電壓、大功率的應用場合。不同的貫通式多電平同相供電裝置有不同的優(yōu)缺點和適用范圍,必須根據(jù)具體情況進行選擇。
2常用的電壓控制和電流控制策略
常用的電壓控制和電流控制策略有:SPWM(正弦PWM)、SVPWM(空間矢量PWM)、FOC(場定向控制)等。SPWM控制方式無需計算矢量轉換,簡單易行,但波形質量較差。SVPWM控制方式通過需計算矢量轉換,實現(xiàn)了更高精度的控制,并且可以通過變換通道來優(yōu)化輸出波形。FOC控制方式可以實現(xiàn)對電機電流和轉矩的閉環(huán)控制,因此在電機驅動方面有著廣泛的應用。
3雙重控制策略
針對已有的控制策略的局限性,提出了一種新的雙重控制策略。該策略結合了電壓控制和電流控制,可以在控制器中同時實現(xiàn)它們的操作,以達到更高精度的輸出電壓和電流控制。在該策略中,控制器分為U控制器和I控制器,U控制器負責控制輸出電壓的形式,I控制器負責實現(xiàn)電流控制功能。這種雙重控制策略相比于單一的控制策略,在提高系統(tǒng)精度的同時,對于故障的自適應能力也得到了優(yōu)化。
4仿真實驗
通過MATLAB/Simulink軟件進行仿真實驗,驗證了雙重控制策略的可行性和有效性。仿真結果顯示,與單一的控制策略相比,雙重控制策略不僅可以實現(xiàn)更高精度的控制,同時可以極大地提高系統(tǒng)的效率。
結論
本文對貫通式多電平同相供電裝置進行了深入的研究,提出了一種新的雙重控制策略,在提高系統(tǒng)精度的同時,對于故障的自適應能力也得到了優(yōu)化。通過仿真實驗驗證了該控制策略的可行性和有效性,為貫通式多電平同相供電裝置的控制策略研究提供了新思路Abstract
Thispaperstudiesthecascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupply,andproposesanewdualcontrolstrategy.Thelimitationsoftheexistingcontrolstrategiesareanalyzed,andtheadvantagesofthedualcontrolstrategyarediscussed.Bycombiningvoltagecontrolandcurrentcontrol,thedualcontrolstrategycanachievehigherprecisionoutputvoltageandcurrentcontrol,andoptimizetheadaptivecapabilityforfaults.
Keywords:cascadedmultilevelconverter,dualcontrolstrategy,samephasepowersupply,voltagecontrol,currentcontrol,adaptivecapability
Introduction
Cascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupplyisakindofconverterwithhighvoltageandhighpoweroutput.Itiswidelyusedinvariousfieldssuchaselectricvehicles,renewableenergyconversion,distributedpowersupply,andpowerqualitycontrol.Thecontrolstrategyofthiskindofconverterisakeyfactorthataffectsitsperformance.Therefore,researchonthecontrolstrategyofcascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupplyhasimportanttheoreticalsignificanceandpracticalvalue.
LiteratureReview
Manycontrolstrategieshavebeenproposedforcascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupply,suchasthetraditionalspacevectorpulsewidthmodulation(PWM)strategy,theselectiveharmonicelimination(SHE)strategy,andthefieldorientedcontrol(FOC)strategy.However,thesecontrolstrategieshavetheirownlimitations.Forexample,thetraditionalspacevectorPWMstrategycannotachievehighaccuracyoutputduetothenon-linearityoftheconverter.TheSHEstrategyonlyworksforaspecificharmonicorder,anditisdifficulttoachieveoptimalharmonicsuppression.TheFOCstrategycanachieveclosed-loopcontrolofmotorcurrentandtorque,butitrequireshighercomputationalaccuracyandisnotsuitableforhigh-frequencyapplications.
DualControlStrategy
Toovercomethelimitationsoftheexistingcontrolstrategies,anewdualcontrolstrategyisproposedinthispaper.Thisstrategycombinesvoltagecontrolandcurrentcontrol,andcanachievebothoftheminthecontrollertoachievehigherprecisionoutputvoltageandcurrentcontrol.Inthisstrategy,thecontrollerisdividedintoaUcontrollerandanIcontroller.TheUcontrollerisresponsibleforcontrollingtheformoftheoutputvoltage,whiletheIcontrollerisresponsibleforimplementingthecurrentcontrolfunction.Comparedwiththesinglecontrolstrategy,thedualcontrolstrategycannotonlyachievehigherprecisioncontrolbutalsohasbetteradaptivecapabilityforfaults.
SimulationExperiment
SimulationexperimentsarecarriedoutwithMATLAB/Simulinksoftwaretoverifythefeasibilityandeffectivenessofthedualcontrolstrategy.Thesimulationresultsshowthatcomparedwithsinglecontrolstrategy,thedualcontrolstrategynotonlyachieveshigherprecisioncontrolbutalsogreatlyimprovestheefficiencyofthesystem.
Conclusion
Inthispaper,thecascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupplyisstudiedindepth.Anewdualcontrolstrategyisproposed,anditsadvantagesarediscussed.Bycombiningvoltagecontrolandcurrentcontrol,thedualcontrolstrategycanachievehigherprecisionoutputvoltageandcurrentcontrol,andoptimizetheadaptivecapabilityforfaults.Simulationexperimentsarecarriedouttoverifythefeasibilityandeffectivenessofthedualcontrolstrategy,whichprovidesnewideasforthecontrolstrategyresearchofcascadedmultilevelconverterwithsamephasepowersupplyInrecentyears,cascadedmultilevelconverters(CMLCs)haveattractedsignificantattentionduetotheirexcellentperformance,suchashigh-voltagetransformationratio,lowharmonicdistortion,andhigh-powerquality.TheapplicationofCMLCsiswidespread,suchasinrenewableenergysystems,electricvehiclecharging,andindustrialmotordrives.However,thecontrolofCMLCsisstillchallengingduetotheircomplexstructureandnon-linearcharacteristics.
ToaddressthecontrolissuesofCMLCswithsamephasepowersupply,thisarticleproposesadualcontrolstrategy,whichcombinesvoltagecontrolandcurrentcontrol.Inthisstrategy,theoutputvoltageandcurrentarecontrolledsimultaneouslytoachievehigherprecisioncontrol.Moreover,thedualcontrolstrategycanoptimizetheadaptivecapabilityforfaults,whichcanimprovethereliabilityofCMLCs.
Themainadvantagesofthedualcontrolstrategyareasfollows:
1.Higherprecisioncontrol:Thedualcontrolstrategycanachievehigherprecisionoutputvoltageandcurrentcontrol,whichcanimprovethepowerqualityandreducetheharmonicdistortion.ThevoltageandcurrentcontrollersaredesignedbasedonthetraditionalPIcontrol,andtheparametersareoptimizedbyusingtheparticleswarmoptimization(PSO)algorithm.
2.Fault-tolerantcontrol:Thedualcontrolstrategycanoptimizetheadaptivecapabilityforfaults,whichcanimprovethereliabilityofCMLCs.Whenafaultoccurs,thecontrollercanadjusttheoutputvoltageandcurrenttomaintainthesystembalance.
Toverifythefeasibilityandeffectivenessofthedualcontrolstrategy,simulationexperimentsarecarriedout.ThesimulationmodelisestablishedbasedontheMATLAB/Simulinkplatform,andtheCMLCstructureisafour-levelH-bridgeconverter.Thesimulationresultsshowthatthedualcontrolstrategycanachievehigherprecisioncontrolandfault-tolerantcapability.
Insummary,theproposeddualcontrolstrategycanachievehigherprecisionoutputvoltageandcurrentcontrolandoptimizetheadaptivecapabilityforfaults,whichprovidesanewideaforthecontrolstrategyresearchofCMLCswithsamephasepowersupply.ThedualcontrolstrategyhasimportanttheoreticalandpracticalsignificanceforthewideapplicationofCMLCsMoreover,thedualcontrolstrategyhasseveralpotentialadvantagesforpracticalapplications.Firstly,itcanimprovethepowerqualityoftheCMLCs,whichisimportantforsensitiveequipmentandprocesses.Secondly,itcanenhancetheenergyefficiencyofthesystemandreducethepowerconsumption.Thirdly,itcanincreasethereliabilityandsafetyofthesystembyprovidingfaulttoleranceandprotection.
Somefutureresearchdirectionscanbeexploredbasedontheproposeddualcontrolstrategy.Firstly,theperformanceofthestrategyunderdifferentloadconditionsandcontrolparameterscanbeinvestigatedtooptimizethesystemperformance.Secondly,thestabilityandrobustnessofthestrategycanbeanalyzedtoensurethesystem'sreliabilityandsafety.Thirdly,thestrategycanbeextendedtoothertypesofCMLCswithdifferentpo
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