计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10～50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

中压直流配电系统等效降阶建模及控制参数设计

合适的等效降阶模型能够为中压直流(MVDC)配电系统的稳定性分析及控制参数设计提供便利.首先,基于所提出的开闭环逐步等效降阶建模方法,建立了MVDC配电系统的等效降阶电路模型,并据此建立了计及换流器间动态交互的开环等效降阶模型.在不增加开环等效降阶模型阶数的前提下,基于泰勒展开的状态反馈控制方法为系统振荡频率及阻尼比的精准设计创造了有利条件.然后,基于所建立的计及换流器间动态交互的闭环等效降阶模型,并结合所提出的MVDC配电系统控制参数设计方法,实现了系统振荡频率及阻尼比的精准设计.最后,硬件在环实验结果验证了理论分析的合理性.     

双凸极发电机系统的模型辨识与验证

电励磁双凸极发电机由于其非线性电感特性导致数学模型中存在较多不确定参数,因此难以通过电机数学模型选择合适的控制方法以优化系统的控制参数。该文利用电机数学模型确定系统模型的类别,对开环电机系统的脉冲响应结果采用一种简单的、叠加拟合的辨识方法获取系统的传递函数,并将辨识传递函数通过闭环特性、动态响应与抗扰动三方面的仿真结果与实际闭环系统相比较,分析辨识函数的准确性,对辨识系统通过动态特性仿真来选择和改进系统的控制方法,以改善系统性能。以实验室一台原理样机系统进行试验验证,试验结果验证了辨识函数的准确性,以此改 进控制参数后的系统具有良好的动、稳态特性。     

混合级联直流输电系统整流/逆变不同控制回路动态交互作用与稳定性研究

为了研究混合级联直流输电系统整流侧和逆变侧各换流器控制系统间的交互作用,文中首先建立混合级联直流输电系统的状态空间模型,并推导得到系统的多输入多输出传递函数模型。然后针对不同的研究目标,根据单通道分析设计理论建立等效单输入单输出反馈控制模型;在此基础上,分离出不同控制回路的耦合控制通道,定量评估系统强度、逆变侧交流联络线与控制参数等对控制回路间交互作用的影响。理论分析表明,当整流侧或逆变侧交流系统强度降低时,两侧控制回路间交互作用增强;当交流联络线长度缩短时,逆变侧电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平变换器(multilevel modular converter,MMC)控制回路间的动态交互增强,各控制环节参数之间存在相互制约关系。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,验证所建立单输入单输出反馈控制模型及上述理论分析结果的正确性。     

含虚拟同步发电机的多端柔性直流系统稳定性分析

以含虚拟同步发电机(VSG)的多端柔性直流系统稳定性为研究对象,分别建立了VSG控制和矢量控制下电压源型换流器的传递函数模型,采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入对直流系统自身稳定性的影响,得出如下结论:(1)"直流系统注入VSG的功率恒定"这一假设忽略了多端直流系统中VSG与剩余直流系统间的动态交互过程,导致其分析结果具有一定的局限性;(2)含VSG的多端直流系统自身会产生稳定性问题,受到VSG自身控制参数和VSG与剩余直流系统间动态交互过程的影响;(3)当VSG的开环模式与剩余直流系统中的开环模式接近时,直流系统可能产生振荡现象,文中给出了有效的参数调节方法。最后,对一个含VSG的三端柔性直流系统进行了时域仿真分析,验证了上述研究结果。     

基于RHP零点限制的VSC-HVDC不同控制回路稳定性及交互作用机理分析

该文推导了电压源换流器型高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)在频域下的多输入–多输出传递函数矩阵模型,通过分析逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路被控对象传递函数的右半平面(righthalfplane,RHP)零点分布规律,分析研究RHP零点对VSC不同控制回路自身稳定性的影响;在此基础之上,基于单通道分析设计方法,定量评估逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路之间交互作用的强度,对比分析不同控制回路间交互作用对VSC-HVDC系统稳定性的影响;仿真结果验证了理论分析结论的正确性。     

基于间接电流控制方法下系统稳定性的静止无功发生器参数设计

基于间接电流控制方法的小信号动态模型,提出一种应用相位裕量设计静止无功发生器(STATCOM)连接电抗器和直流侧电容参数的方法。本文分别建立两种间接电流控制方法(相位控制方法,相位和幅值控制方法)的小信号动态模型,在相位控制方法中利用零极点分布特征得出连接电抗器和直流侧电容的设计关系,在相位和幅值控制方法中,利用传递函数和基于伯德图的频域分析方法定性分析了系统各参数对电流环和电压环稳定性的影响,在此基础上忽略对稳定性影响小的参数,简化包含系统各参数的相位裕量表达式,给出基于相位裕量的连接电抗器和直流侧电容的设计方法。最后,仿真和实验表明了动态模型和参数设计方法的正确性。     

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法EI北大核心CSCD

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。     

充电站直流微网虚拟直流电机控制策略及其动态特性分析

电动汽车负荷的投切易造成充电站直流微网(Direct Current Microgrid, DC-MG)母线电压振荡甚至失稳。为平抑电压波动,通过分析系统惯量来源提出一种可改善系统阻尼特性和惯性效应的虚拟直流电机控制策略。建立该控制策略下Boost电路的小信号模型,推导出直流电压与输出电流之间的小信号传递函数,分析充电站受到扰动时母线电压的动态特性。利用二阶简化模型的零极点分布分析控制参数对动态响应过程的影响,用于指导控制参数的选取。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可靠性。     

基于鲁棒方差优化的电力系统频率控制研究

随着新能源发电大规模并网,随机负荷扰动给电力系统稳定优化运行提出了新的挑战。针对自动发电控制过程中存在的随机扰动和参数摄动的问题,提出了一种基于鲁棒方差约束的状态反馈控制器的参数优化方法。根据鲁棒方差控制(Robust Variance Control,RVC)中不等式约束条件,分析了闭环系统在抑制随机扰动和提高阶跃扰动响应动态性能之间的博弈关系。构造了融合稳态状态方差和控制能量输出约束的优化问题,利用线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)获得了鲁棒方差控制器参数。在此基础上,对配置的区域极点圆心坐标值和正标量两个参数进行遗传优化,得到性能指标最优的控制策略。以两区域电力系统模型为例,表明该方法能够有效抑制随机扰动并保持良好的控制性能和鲁棒性能。     

多路输出反激式开关电源的反馈环路设计

在分析反激式开关电源控制框图的基础上,得到了功率级电路的传递函数。为避免连续电流模式的右半平面零点影响,设计了基于TL431和光耦TLP781的反馈补偿网络。应用Matlab提供的伯德图分析工具,对反馈网络传递函数进行分析,优化了补偿网络的电路参数。最后通过实验证明设计的反馈网络具有良好的稳定性和动态响应特性。     

不平衡及畸变电网下并网变流器的比例多谐振电流控制

针对不平衡及畸变电网电压影响并网变流器控制性能的问题,采用比例多谐振调节器对变流器的电流环进行控制。在建立两相静止坐标系下变流器数学模型的基础上,给出一种采用直流电压外环、电流内环的双环控制结构,电流内环选择比例多谐振调节器实现了对基波电流的跟踪和对畸变电网电压扰动的抑制。针对含有LCL型滤波器的变流器中滤波器以及比例多谐振调节器阶数高、参数设计困难的问题,基于离散域根轨迹分析,提出了比例多谐振调节器参数设计的方法。通过分析谐振调节器参数对系统闭环极点的影响,设计了电流环的控制参数,该参数可使系统在滤波器及电网频率变化时仍然具有较好的鲁棒性。在RT-LAB硬件在环实验平台上,验证了电流控制方法的可行性,以及所提比例多谐振调节器参数设计方法的正确性。     

基于动态数学模型的PMSM矢量控制系统设计

利用永磁同步电动机dq坐标系下的动态数学模型,采用前馈解耦控制,导出用传递函数描述的电动机模型。在此基础上,采用自控系统的工程设计方法,得到各控制环PI调节器参数,并通过仿真验证了所设计的控制系统的动、静态性能。     

模块化多电平换流器型多端高压直流输电控制参数优化方法

针对模块化多电平换流器型多端直流(MMC-MTDC)输电系统的稳定性受不同换流站控制系统之间相互作用的影响,不恰当的控制参数可能会降低MMC-MTDC系统的稳定裕度问题,提出一种MMC-MTDC控制参数的优化方法以提升系统的稳定裕度。首先,建立包括MMC主回路、控制系统、交流系统与直流系统的MMC-MTDC小信号模型。其次,建立以特征值为目标函数的控制参数优化问题,并提出一种基于参数灵敏度的控制参数优化算法。在优化过程中,采用回溯直线搜索(BLS)计算每次迭代的搜索步长。最后,在一个三端MMC-MTDC系统中应用所提出的控制参数优化方法进行稳定性分析与时域仿真,并与粒子群算法进行比较。结果表明所提出的MMC-MTDC控制参数优化方法能够有效提升系统的稳定裕度,且在优化结果与优化效率具有一定的优越性。     

Dynamic response analysis and output voltage control of asymmetric half bridge DC–DC converter for low voltage applications

Asymmetric control scheme is an approach to achieve Zero Voltage Switching (ZVS) for half bridge isolated DC–DC converters. Due to the switching property included in their structure, DC–DC converters have a nonlinear behavior and their controller design is accompanied with complexities. But by employing the average method it is possible to approximate the system into a linear system and then linear control methods can be used. Dynamic performance of half bridge converters output voltage can be controlled by Pole placement and PID controllers. In this paper, Genetic Algorithm is used to optimize the system to achieve the optimum dynamic response. Matrix coefficients and dominant poles of closed loop transfer function is selected based on Genetic Algorithm. The results show an improvement in voltage control response in a short time.     

基于风力发电机典型控制策略的控制参数设计及稳定性验证

由风速变化引起的功率波动会对电力系统的稳定性以及风电系统变流器的可靠性等产生负面影响.文中基于风力发电机2种典型的功率平滑控制策略,即改进最大功率点跟踪控制和功率反馈控制,分别建立了从风速到输出功率、电磁转矩和转速的传递函数.然后,分析了风力机的稳定运行条件,合理设计了风力机稳定运行下变流器的控制器优化参数.此外,通过绘制系统的根轨迹以及分析随机风速下系统的Nyquist曲线和Bode图来进一步验证参数设计方法的合理性和可行性.最后,基于MATLAB/Simulink建立了永磁直驱风力发电系统仿真模型,检验所提出的控制器设计参数的效果.通过验证可知,优化设计下的参数能最大程度地跟踪功率、减小功率波动,同时保证风力机转速的稳定性.     

改进平均电流自动均流法及其在Boost变换器并联系统中的应用

改进了基于平均电流模式的自动均流法，并应用于并联Boost变换器均流控制中，理论分析表明在低于右半平面零点的低频域内将Boost变换器外部环路的二阶系统降为一阶系统，使得控制回路易于设计,并保证了并联Boost变换器的动态响应。该文给出基于平均电流模式的自动均流控制系统分析方法，提出其控制回路的设计原则，并指出该控制方法同样适合于多并联模块，原则上并联模块数量不限。论文还建立了２台40V/120V/4.2A的Boost变换器并联实验系统，实验证明理论分析的正确性。