功率耦合与阻感比结合的MMC-RPC新型下垂控制策略

并联在牵引供电臂上的铁路功率调节器RPC(railway power conditioner)与供电臂间的连接线路上会产生电能损耗,使得RPC无法对牵引网中的电能达到有效、精准的治理效果。以采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器MMC-RPC(modular multilevel converter-rail power conditioner)为研究对象,对其进行建模,推导出其交流侧P-f与Q-U之间的关系,建立传统的下垂控制方式。在此基础上考虑传输线路的阻感影响,提出一种改进型的下垂控制策略,它采用功率耦合的方式,并引入阻感比参数,它能更加灵活有效地跟踪MMC-RPC的期望出功率。最后在MATLAB\Simulink中模拟实际工况对MMC-RPC系统进行仿真,仿真结果验证了所提下垂控制策略对于MMC-RPC系统的有效性;与传统下垂控制的仿真结果相对比,进一步说明了这种改进方式的优越性。     

基于自适应神经网络观测的无电压传感器PWM整流器功率预测控制

模型预测控制在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器上的应用既降低了直接功率控制中的脉振又提高了动态响应速度,但是传统的模型预测功率控制(model predictive power control,MPDPC)中对未来时刻状态量的预测仅依靠模型,对模型参数变化较为敏感,功率预测精度受电压传感器的测量精度和网侧谐波变化的影响明显。为实现整流侧参数的实时辨识和提高整体的预测精度,以实现对功率的精准控制,文中在模型预测功率控制(model predictive power control,MPDPC)的基础上引入自适应神经网络电压观测器,提出基于自适应神经网络观测的无电压传感器PWM整流器功率预测控制(adaptive neural model predictive power control,ANMPDPC)策略。通过构建包含自适应神经网络辨识器和自适应神经网络滤波器的自适应电压观测器,实现网侧电压估计的同时滤除电压高次谐波对其的影响,并将电压观测器与功率二步预测相结合,进一步降低功率脉振,提高系统的响应速度和控制精度。仿真和实验结果表明,所提出的改进策略既实现了无电压传感器下的模型预测控制,又有效抑制了网侧谐波的高频干扰及参数变化对预测精度的影响。     

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。     

基于双矢量模型预测直接功率控制的双馈电机并网及发电

模型预测直接功率控制(MPDPC)以其原理简单、动态响应快和控制目标灵活等优点在并网变换器控制中得到了广泛关注。它利用系统模型来预测下一时刻的有功功率和无功功率,通过枚举比较得到使给定功率和反馈功率之间误差最小的电压矢量,相比传统的基于矢量表的直接功率控制具有更好的动态和稳态性能。为了进一步提高稳态性能并降低采样频率,提出一种基于双矢量的改进模型预测直接功率控制,即把一个控制周期分配给一个非零矢量和一个零矢量,通过优化非零矢量的作用时间来进一步减小功率脉动。通过合理安排矢量作用顺序甚至可以获得比传统MPDPC更低的开关频率而且稳态性能更好。在15 k W双馈风力发电系统上的仿真结果表明,相比传统MPDPC,所提出的双矢量MPDPC能够以更低的采样频率实现快速平滑的并网同步和灵活的有功、无功控制,并且开关频率更低,具有较大的实用价值。     

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。     

一种用于三相电压型PWM整流器的新型三矢量模型预测直接功率控制

三矢量模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)已应用于三相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,在理想电网条件下取得了良好的控制效果;但是在电网不平衡条件下,常规三矢量MPDPC存在网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大等问题。为此,提出一种新型三矢量MPDPC策略,采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,以新型瞬时有功和无功功率误差构成目标函数,通过求解目标函数最优的方式来选择矢量和计算矢量占空比。在电网不平衡条件下,以三相电压型PWM整流器为研究对象,对传统MPDPC策略和新型MPDPC策略进行了仿真与实验测试。结果表明:与传统MPDPC策略相比,采用新型MPDPC策略时网侧电流谐波含量低,并消除了新型瞬时有功和无功功率中的2倍频振荡分量。     

适应机车功率波动特性的高压铁路功率调节器控制策略

为了降低降压变压器的安装空间及磁饱和等因素给铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)工程应用及治理效果带来的不利影响,模块化多电平换流器的铁路功率调节器(railway static power conditioner of modular multilevel converter,MMC-RPC)成为研究热点。但现有的MMC-RPC控制策略没有考虑电力机车实际负荷功率及电流波动特性对MMC各子模块电容电压影响,使其电容电压波动较大。为此,根据电力机车功率及负荷运行特性,采用混合PWM调制策略,既能满足开关损耗低的要求,又能适应电力机车动态运行特性下MMC-RPC各子模块电容均压波动范围。最后,通过仿真和实验结果验证了MMC-RPC输出性能相对传统二电平RPC的优越性,采用的混合PWM调制策略能够使得MMC-RPC适应电力机车实际负荷功率及电流波动特性,各子模块电容均压波动幅值均有效控制在±5%范围内。     

电压型PWM整流器模型预测直接功率控制

对电压型PWM整流器进行了数学建模,然后在两相静止坐标系下建立了预测功率模型,在此基础上提出了优化的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)策略。该方法用电网电压矢量作为基本控制矢量,利用功率预测模型和功率误差最小原则,得出目标控制电压矢量公式,结合空间矢量脉宽调制实现模型预测功率控制。同时针对实际系统中的一步延迟设计了延时补偿方案。此外,在系统中引入重复控制对每个采样周期系统的有功、无功功率进行优化。仿真和实验验证了表明所提出的方法的可行性。     

基于模型预测的PWM整流器直接功率控制

为了提高PWM整流器的动态性能,提出了一种新型的提高PWM整流器动态性能的模型预测直接功率控制(MPDPC)策略。传统MPDPC方案中,由于有功功率和无功功率将统一由单一成本函数控制,若2个控制目标中任何一个控制权重集中,则会导致相互干扰,影响控制动态性能。因此,设计了可重构权重因子成本函数,通过重新配置权重因子,降低了控制量之间的相互干扰,使得系统的动态性能得到优化。最后,对比试验结果验证了新型MPDPC方案的优势。     

三相电压型PWM整流器MPDPC的鲁棒性分析

在三相电压型PWM整流器传统模型预测直接功率控制(Model Predictive Direct Power Control,MPDPC)的基础上引入延时补偿控制,得到一种改进MPDPC。为了探究改进MPDPC和传统MPDPC的鲁棒性及其鲁棒性主要受哪些参数影响,文中通过计算改进MPDPC和传统MPDPC在不同功率下分别取不同大小的交流侧滤波电感、电阻时系统的功率偏差及交流侧电流畸变率。对计算结果进行分析,表明MPDPC的鲁棒性主要受滤波电感的影响,且改进MPDPC的鲁棒性优于传统MPDPC的鲁棒性。该研究结果对MPDPC系统参数的选取、提高系统的性能等有一定的参考价值。     

六相永磁同步发电机占空比模型预测直接功率控制

针对传统六相永磁同步发电机(PMSG)单矢量模型预测直接功率控制(MPDPC)电流谐波大、有功和无功功率波动剧烈的问题,提出了一种占空比合成矢量MPDPC。通过对六相整流器的最大和中大电压矢量进行重构,获得12个合成矢量,实现了对谐波电流的有效抑制。在此基础上,提出在每个周期内同时作用一个合成矢量和零矢量,并根据有功和无功预测无差拍原理计算最优占空比,进一步抑制了有功和无功功率脉动。试验结果表明,所提占空比合成矢量MPDPC可以有效减少电流谐波和功率脉动。     

采用MMC-RPC治理牵引供电系统负序和谐波的PIR控制策略

为综合治理铁路牵引变压器的负序、无功、谐波问题,设计了基于模块化多电平换流器的铁路功率调节器(MMC-RPC)。首先设计了频率自适应功率分离器,并从功率角度分析了Scott牵引变压器(STT)牵引供电系统综合治理的补偿量;然后在构造虚拟正交分量后建立了单相MMC数学模型,在同步旋转坐标系下分析机车谐波电流的特性,指出单相奇次谐波电流在dq坐标系下都以4的倍数次波动;最后提出了需要更少的谐振控制器数量的比例-积分-谐振控制策略。在Matlab中搭建MMC-RPC仿真模型进行仿真,结果证明了所提控制策略有效性。     

基于模块化多电平换流器的牵引供电负序治理

为解决牵引变的负序问题并补偿无功功率,采用两组单相模块化多电平换流器MMC背靠背连接构造铁路功率调节器RPC,直接接入牵引网。首先,建立了单相MMC数学模型;然后通过二阶广义积分构造正交虚拟分量,将其转换到旋转坐标系下,设计双闭环控制器,并以V/v牵引变为例,定量分析并补偿有功和无功;最后,在Matlab中搭建了基于MMC-RPC向V/v牵引变提供负序治理及无功补偿的仿真系统。仿真结果证明了MMC运用到RPC的可行性以及控制策略的有效性。     

不平衡电网下并网逆变器功率模型预测控制

当电网电压不平衡时,并网逆变器侧有功/无功功率波动、并网电流谐波显著增加。为解决该问题,提出一种新型的模型预测功率直接控制策略MPDPC(model predictive direct power control)。在该控制策略中,采用电网电流、电网电压及其1/4周期延迟信号和电容电压差搭建功率模型;然后选择功率模型预测控制中最优的开关状态,有效地消除了逆变器输出有功功率2倍频脉动,电流谐波,实现给定有功功率和无功功率的精确跟踪。仿真和实验结果表明,该方法能消除电流谐波,实现三相电流基本平衡。