基于ERGA和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制

提出一种基于有效相对增益阵列和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制方法。该方法首先根据有效相对增益阵列(ERGA)指标和总体最小二乘-旋转不变技术确定附加阻尼控制器安装地点和反馈信号配对方案,再基于混合H_2/H_∞控制理论设计分散控制器,抑制交直流并联输电系统中存在的区域间和区域内低频振荡。有效相对增益阵列指标考虑了传递函数矩阵的动态和静态过程,混合H_2/H_∞控制理论可计及控制代价和系统的不确定性。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

基于ERGA和混合H2/H∞方法的交直流并联系统分散控制

提出一种基于有效相对增益阵列和混合H2/H∞方法的交直流并联系统分散控制方法。该方法首先根据有效相对增益阵列(ERGA)指标和总体最小二乘-旋转不变技术确定附加阻尼控制器安装地点和反馈信号配对方案,再基于混合H2/H∞控制理论设计分散控制器,抑制交直流并联输电系统中存在的区域间和区域内低频振荡。有效相对增益阵列指标考虑了传递函数矩阵的动态和静态过程,混合H2/H∞控制理论可计及控制代价和系统的不确定性。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

基于多类型换流设备的受端电网耦合鲁棒阻尼控制策略

针对混合级联直流馈入与柔性输电设备密集接入的受端电网,为增强其特定振荡模式的阻尼,利用不同换流设备控制回路间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出系统模型的耦合鲁棒阻尼控制器设计方法。根据主模比指标选取振荡抑制效果最佳的反馈信号作为控制器输入信号;利用总体最小二乘-旋转不变技术识别系统的振荡模式并辨识系统降阶模型;采用混合H₂/H_∞方法设计耦合鲁棒控制阻尼器。控制器采用平衡截断法进行降阶,兼具鲁棒性能与实际工程应用。混合级联直流与受端江苏电网互联系统的时域仿真结果表明,相比于传统超前-滞后控制器,耦合鲁棒阻尼控制器在多种扰动和故障下均能有效抑制低频振荡,使系统快速恢复稳定运行。     

混合多端直流输电系统附加控制器设计

针对包含混合多端直流的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出一种基于射影控制原理的控制器降阶设计方法。搭建混合三端直流输电系统,确定控制策略,利用总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统开环模型。得出系统状态反馈增益矩阵,保留闭环系统主导特征值,基于射影控制原理设计低阶输出反馈控制器,并基于线性矩阵不等式设计 阻尼控制器进行比较。测试系统的特征值分析和时域仿真结果表明：射影控制器不仅阶数低,而且具有更好的阻尼特性和鲁棒性。     

基于协同控制理论的非线性直流附加控制器设计

为提高高压直流联络线所连交流系统的暂态稳定性,针对大规模交直流互联电网的非线性及其建模的不准确性,设计了一种新型的基于协同控制的直流附加控制器并将其用于多区域交直流混联系统中。首先根据各区域惯量中心设计合适的宏变量和流形,推导出基于协同控制直流附加控制器的解析表达式;然后以区域惯量中心角频率偏差和直流功率偏差最小为目标函数,采用遗传算法优化控制器参数;最后将所设计的控制器分别用于两区域交直流并联系统和多馈入系统,并采用PSCAD搭建详细模型进行时域仿真。仿真结果表明,与基于极点配置线性化方法和基于滑模控制非线性方法的直流附加控制器相比,提出的协同控制方法具有更好的控制效果,能够有效地抑制区间功率振荡。此外,该控制器的推导对系统模型的依赖性不强,且对不同负荷模型、不同运行方式和广域测量信号的延时具有较强的鲁棒性。     

基于多谐振控制器和电容电流反馈有源阻尼的PWM变换器电流环参数解耦设计

基于电容电流反馈有源阻尼的LCL型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器并网电流控制中,通常采用多谐振比例谐振(proportional resonant,PR)控制器来实现静止αβ坐标系下正弦电流给定的无静差跟踪和抑制电网电压特定次谐波影响。针对电流环控制器复杂、参数多、设计难的问题,采用频率域理论分析电容电流反馈系数和准PR控制器各参数对电流环性能的影响。在此基础上,提出一种电流环控制器参数解耦简化解析设计方法,根据稳定性、稳态误差和相位裕度要求,分别设计电容电流反馈系数及PR控制器相对谐振增益系数和比例系数。该设计方法简化了控制器参数之间的耦合关系,且多采用解析计算,不需要反复试凑。实验结果验证了所提出的参数解耦解析设计方法是可行和有效的。     

直流固态变压器自抗扰控制

直流固态变压器(DCSST)是高压直流配网与低压直流微网互连的关键设备,为了提高输出电压的抗扰能力,提出基于自抗扰控制(ADRC)的输出直流电压控制方法。通过DCSST电路模型分析进行控制器的设计,并基于线性自抗扰控制(LADRC)结构通过极点配置给出依赖于增益带宽的参数整定方法,并将此得到的参数应用于非线性ADRC的状态反馈增益以及状态观测增益,可实现系统快速无超调响应。实验结果表明文中所提控制策略及ADRC参数整定方法可行,DCSST输出电压采用ADRC控制比采用传统PI控制具有更快的响应速度及更强的抗扰能力。     

基于PCI控制的MMC-HVDC系统稳态控制策略研究

模块化多电平柔性直流输电系统MMC-HVDC常规采用比例积分双闭环控制,在两相旋转坐标系下存在电流耦合项需要加入前馈解耦控制,为了简化控制器,采用比例复数积分PCI控制在两相静止坐标系下对电流内环进行设计。将PCI内环与功率外环结合,提出基于PCI控制的稳态控制策略。通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对上述控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所设计控制器稳态跟踪性能好,且外环功率控制相互影响更小,控制策略是有效的。     

双馈风力发电系统并网逆变器不同控制策略分析

双馈风力发电系统并网逆变器采用并网电流反馈PI控制,虽然在理想电网条件下能够实现逆变器控制系统高功率因数、低稳态误差的性能,但存在电网谐波干扰情况时,系统的动稳态跟踪性能变差;此外,PI控制器可以直流信号实现零稳态误差,但无法消除交流信号的谐波分量,且需要多次的复杂坐标变换和解耦控制。由此,提出一种基于并网电流反馈、电容电流反馈的多谐振PR控制,提高了系统控制精度;引入低次谐波补偿项后,能够有效抑制并网电流波形畸变。仿真结果证明了提出的控制策略不仅能实现对交流信号无静差控制和具有良好的动稳态跟踪性能,而且系统并网电流的谐波含量较少,满足电网对风力发电系统并网的要求。     

一种适用于机车PWM整流器的比例积分-谐振电流控制器设计

随着宽禁带开关器件的发展,机车中PWM整流器的开关频率逐渐提高,并网滤波器的电感和体积可随之减小,此时PWM整流器的电流控制不仅要对基波电流快速响应,也需要快速抑制直流偏置和由牵引网谐波电压造成的谐波电流.该文选用比例积分(PI)和多个矢量比例积分(VPI)控制器分别控制直流信号和基波、各次谐波交流信号.但是由于各控制器的增益相互耦合,共同影响系统的动态性能,传统增益设计方法很难应用.因此基于Nichols图提出一种增益设计方法,将增益设计转变成最小幅值裕度和相位穿越频率设计,实现增益的解耦;通过优化调整时间和超调选取最终参数,优化动态响应,并通过实验验证,使用该设计方法调优后的系统拥有良好的稳定性、动态性和鲁棒性.     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的控制器设计

建立了在同步旋转坐标系下新型直流输电系统的暂态数学模型,对向无源交流网络供电的直流输电系统的控制器进行了设计。整流侧控制器由基于输入输出反馈线性化的解耦控制器和电网电压矢量定向策略构成,实现电流的解耦控制和有功功率与无功功率的独立调节。逆变侧控制器则基于换流器稳态数学模型设计了定交流电压控制器,对无源交流网络的母线电压实现控制。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真对不同功率因数的负荷和各被控量设定值的不同阶跃变化等各种工况进行了仿真验证。研究表明,所设计的控制器结构简单,具有良好的控制性能,并便于工程应用。     

基于状态变量多模型的主汽温控制系统

针对主汽温系统大惯性、非线性的特点,提出了基于状态变量多模型的控制方案,即先采用状态反馈补偿主汽温系统的惯性,同时调整状态反馈系数矩阵,使得补偿后被控对象开环稳态增益稳定不变;再针对不同工况下对象特性的变化,对各工况控制子系统进行模态综合,以PID作为控制器,实现大范围控制.对主汽温系统的仿真结果表明,该方案可以较好地解决系统的大惯性和非线性问题.     

基于干扰对消原理设计应用于高压直流系统的有源直流滤波器

有源直流滤波器是高压直流输电系统谐波抑制的主要装置之一.针对现有控制方案的缺点,提出一种基于干扰对消原理的控制策略.新的控制策略中,选取传输线电流作为反馈信号,把整流站谐波电流视为系统干扰源,由多个滤波器构建补偿控制器去消除系统干扰.在不改变系统特征方程的条件下,可以有效地改善系统稳态误差,并进一步简化主控制器的设计,从而提高系统的响应速度,增加系统稳定裕量.仿真和实验的结果验证了该控制方案的优越性.     

电流型双有源桥式双向DC-DC变换器的建模与解耦控制

对于电流型双有源桥式双向DC-DC变换器,分析了其工作原理与稳态特性。通过列出变换器半周期内的状态方程,对变换器进行小信号建模并推导出系统传递函数。由于系统在进行闭环控制时移相角与占空比之间的相互耦合会降低系统动态性能,因此需要采用解耦控制来解除二者之间的相互耦合,进而提出了一种稳态解耦控制策略。一方面通过建立相对增益矩阵来分析控制量与被控制量间的匹配关系来设计控制器,另一方面基于系统稳态过程增益矩阵得到系统稳态解耦矩阵,2个回路的相互影响通过加入系统稳态解耦矩阵而大大降低。最后通过仿真与实验对所提控制策略的有效性和合理性进行了验证。     

基于模态分析与相对增益矩阵的多STATCOM交互影响分析与仿真

STATCOM以快速无功控制稳定电压,但缺乏协调配合会产生交互影响。采用模态分析与相对增益矩阵(relative gain array,RGA)结合的方法进行交互影响分析,借助精确反馈线性化改进内层电流控制。建立多STATCOM系统的状态空间表达式,通过模态分析确定系统出现负阻尼振荡模式的控制器参数;结合状态空间表达式系数矩阵,求解相对增益矩阵,研究输入信号及电气距离与交互影响的关联机理;结果表明STATCOM控制器比例增益设置会引入新的局部振荡模式,引起低频功率振荡;而参考电压与电气耦合程度是负交互影响产生的重要因素。针对传统内环电流控制,利用非线性控制理论对其改进,设计输入状态反馈线性化控制器;借助线性二次型控制理论确定状态反馈矩阵,推导最优控制律,实现受控状态对期望状态的最优逼近;仿真结果表明非线性控制器能有效改善参考信号阶跃引起的功率波动,显著提高系统阻尼。     

峰值电流控制Buck变换器高频建模及结合遗传算法的控制器优化设计

峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响，在高控制带宽场景下失效，从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控制器设计决定了控制信号纹波类型，进而研究了可导型纹波对系统建模的影响；然后综合考虑电压、电流环导致的频谱耦合，得到精确的高频模型；最后基于高频模型，提出一种结合遗传算法的高带宽控制器优化设计方法。仿真与实验证明了该模型的精确性与设计方法的优越性。     

基于多工况综合留数及H2／H∞的多回直流系统阻尼控制鲁棒设计方法

直流附加阻尼控制是提高电力系统区域间低频振荡阻尼的有效措施,但阻尼控制器的安装地点和调制信号的选取是影响阻尼控制器性能的重要因素。综合考虑了控制器安装地点和调制信号组合方案对主导模式的可观可控性、对其他模式的耦合作用和对多种运行工况的鲁棒性3个因素,提出了多工况综合留数指标来确定最优方案,所设计控制器的H2/H∞综合性能验证了多工况综合留数指标的有效性。最后,对一个大规模交直流混联系统在多种运行工况、多种故障情况下进行了仿真,仿真结果验证了基于多工况综合留数和H2/H∞的多回直流系统阻尼控制鲁棒设计方法能有效提高系统区间振荡模式的阻尼。     

静止同步串联补偿器的变结构控制器设计

为了提高静止同步串联补偿器的稳态性能和补偿灵活性,采用变结构控制设计其控制器,整个设计基于对输电线路电流的锁相.由于SSSC的数学模型在dq坐标下是一个非线性强耦合系统,文中采用基于非线性反馈的逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性模型,设计出伪线系统的变结构控制律,对直流侧的隐动态采取PI控制.最后建立SSSC的仿真模型对其进行仿真试验并同PI控制进行了比较.结果表明本控制策略的高效性.     

基于改进射影控制的柔性直流输电广域阻尼控制

针对包含柔性直流输电的交直流互联系统之间存在低频振荡,且一般的直流附加阻尼控制器阶数较高,影响了控制的实用性和有效性,文中提出将基于射影定理的降阶控制器设计方法应用于VSC-HVDC输电系统的阻尼控制器设计当中。首先通过TLS-ESPRIT算法辨识出系统的振荡特性和传递函数;再根据极点配置方法和Ackermann公式得到系统的状态反馈增益矩阵;最后通过改进射影控制定理,保留参考全状态闭环系统的主导特征值,输出低阶射影控制器。在PSCAD/EMTDC中的一个包含柔性直流输电的四机两区域模型中,对不同励磁增益参数下无附加控制器和有时滞射影控制器下的系统进行仿真分析。结果表明,所设计的射影控制器具有较好的阻尼特性和鲁棒性。     

基于强化学习算法的自适应直流附加阻尼控制器

提出了基于强化学习算法的直流附加阻尼控制器。控制器主体采用模糊神经网络,利用由系统性能指标生成的强化信号在线训练控制器参数。与传统的模糊控制器相比,由于该控制器采用自适应启发式评价算法,将系统输出性能指标转化为强化信号反馈给控制器,使其能够在线修改控制器参数,因此有效地克服了传统阻尼控制器的设计对系统精确数学模型的依赖。仿真结果表明,与传统的阻尼控制器相比,基于强化学习算法的直流附加阻尼控制器能够有效地抑制区域间的功率振荡,提高交直流系统的动态稳定性,并且对多种运行方式具有一定的鲁棒性。