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  • 頭條結構簡單、易實現,T型三電平逆變器中點電位平衡的解決方法
    2019-12-10 作者:李闖、黃陳蓉、徐宏健、王鑫琪  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語南京工程學院電力工程學院、南京工程學院計算機學院的研究人員李闖、黃陳蓉、徐宏健、王鑫琪,在2019年第4期《電氣技術》雜志上撰文(論文標題為“基于神經元Proportional Integral自適應控制的T型三電平逆變器中點電位平衡控制研究”),針對T型三電平逆變器固有存在的中點電壓不平衡波動的問題,通過建模分析得到T型三電平逆變器中點電壓不平衡的原因,采取對逆變器增設平衡電路用來控制中點電位平衡的方法,并對該平衡電路提出了一種基于神經元PI自適應控制策略。 分別對常規傳統PI調節器法和基于神經元PI自適應調節法進行了Matlab/Simulink對比仿真研究與分析。仿真結果表明,基于神經元PI自適應控制策略對于中點電位平衡效果要優于常規傳統PI調節器。

    2007年,TNPC單相拓撲由KNAUP、Peter提出,T型中點鉗位(“T” type neutral point clamped, TNPC)三電平電路是進一步對NPC三電平電路進行修改優化,從而得到的新的電路拓撲。但是雖然TNPC相比于傳統NPC三電平電路,3個橋臂減少了兩個鉗位IGBT,造價變得更低,延長了開關管的使用壽命,但是逆變器的中點電位波動問題仍需要解決,如果不采取相應的措施確保中點電位穩定,就會導致三電平逆變器極有可能退化成兩電平逆變器結構,這不僅會損壞直流側電容,甚至還會使逆變器系統運行崩潰。

    為了讓逆變器正常工作、中點電位盡可能在小范圍內波動、輸出質量更高的電壓電流波形,學者們進行很多研究提出了一些改進的辦法。文獻[10]介紹了一種基于Buck-Boost電路的中點電位穩定控制方法,從硬件角度設計避免了軟件編程的復雜。

    文獻[8]介紹了小矢量法來控制中點電位穩定,優點是簡化電路結構,缺點是編程復雜。文獻[9]提出了一種增設平衡電路來抑制中點電位波動,其控制策略采用的是傳統PI控制,優點是設計思路簡單、易于實現;缺點是參數調整難度較大,需要人為改動參數,不能實現參數自適應調整。

    本文在文獻[9]提出的增設平衡電路控制的基礎之上,改變其傳統PI控制策略,引入一種基于神經元PI自適應的控制策略,根據直流側電容電壓的偏差值,來判斷系統所處的工作狀態,并按照調整規則進行實時在線參數調整,速度快、響應快、系統穩定。最后通過Matlab/Simulink實驗仿真對比分析,本文提出的神經元PI參數自適應控制策略,其控制效果要優于傳統PI控制器,并且結構簡單、易于實現。

    結構簡單、易實現,T型三電平逆變器中點電位平衡的解決方法

    圖7 仿真模型圖

    結構簡單、易實現,T型三電平逆變器中點電位平衡的解決方法

    圖8 傳統PI控制策略

    結構簡單、易實現,T型三電平逆變器中點電位平衡的解決方法

    圖9 參數自適應控制策略

    結論

    本文針對T型三電平并網逆變器直流側中點電位波動不穩定問題,通過建模詳細分析了中點電位波動的原因,在平衡電路的控制策略上提出了一種基于神經元PI參數自適應的控制策略,并與傳統PI控制策略進行對比分析。

    仿真結果表明,本文提出的對于平衡電路的基于神經元PI參數自適應控制器,其調節效果是優于傳統控制策略的,其電壓波動范圍更小、更穩定,并且能夠自適應的調整,克服了傳統PI調節參數難以選擇的問題,并網波形輸出完美,具有比較好的應用價值。

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