基于FCS-MPC的五桥臂UPQC电能质量补偿策略研究

针对容错模式下的统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC),提出了一种五桥臂形式的新型拓扑结构,实现故障下的电能质量扰动综合补偿。在此基础上,对串联变流器和并联变流器进行统一建模,提出了一种基于有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control, FCS-MPC)的五桥臂UPQC控制策略。相比传统线性控制策略,所提算法构建了统一的预测模型以及整合优化的价值函数,实现串联变流器与并联变流器的协同控制,提高了两侧变流器的补偿精度、暂态性能以及响应速度,有效降低了控制算法的复杂度和参数调节难度,并具有较高的参数鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

基于连续控制集模型预测控制的MMC桥臂电流控制策略

模块化多电平变换器(MMC)的桥臂电流控制方法可同时实现交流侧电流控制和环流抑制。连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)是一种时域内基于模型的最优控制方法,动态响应快,可以实现多频带复合信号的准确跟踪。提出一种基于CCS-MPC的桥臂电流控制方法,通过设计模型预测控制(MPC)控制器同时实现桥臂电流直流分量、基频交流分量的准确跟踪和倍频环流的抑制,克服了传统分频控制策略在暂态期间不同控制器相互影响的问题,无须对各个频率信号单独设计控制器,简化控制结构。在此基础上,提出了包含桥臂电流指令值计算、基于MPC的桥臂电流控制和子模块电容电压均压控制的MMC综合控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相MMC仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

五电平MMC-UPQC的无源控制

分析五电平模块化多电平变换器-统一电能质量调节器(MMC-UPQC)的主电路拓扑和工作原理,建立其在dq0坐标系下的数学模型及EL模型。为加快误差能量收敛,采用阻尼注入方法设计电流内环无源控制器,确保MMC-UPQC的稳定性;通过电压外环PI控制器获得内环期望电流,消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制,使系统具有良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流,减少开关损耗;采用基于Park变换的电压电流补偿量提取方法,无需锁相环,提高补偿精度。最后在Matlab/Simulink搭建五电平MMC-UPQC仿真模型,仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、谐波电压以及无功、谐波电流,证明了无源控制的可行性。     

基于模型预测控制的模块化多电平变流器桥臂能量控制策略

已有模块化多电平变流器(MMC)控制策略大多采用单一子模块电容电压参考给定的控制方式,存在无法分别控制不同桥臂子模块电容电压等不足。提出一种基于模型预测控制的MMC桥臂能量控制策略,通过引入桥臂能量共模分量和差模分量控制,实现各桥臂子模块电容电压的灵活控制;同时,基于MMC的暂态数学模型设计相电流及环流模型预测控制器,并引入电流误差反馈滚动优化,有效地实现了外部相电流和内部环流的解耦控制,使环流控制器具有能灵活实现环流抑制和环流注入的特性,且对系统参数不敏感。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

面向复合故障的牵引逆变器四桥臂容错控制

针对牵引变流器中NPC型三电平逆变器在一相或两相桥臂发生复合故障后的容错控制问题,在给出三电平逆变器四桥臂容错拓扑及其控制方式的基础上,通过分析逆变器主桥臂冗余矢量容错能力,归纳出复合故障类型,并就不同类型故障提出相冗余与矢量冗余相结合的容错控制策略,最终通过仿真建模对复合故障容错控制策略进行验证。仿真结果表明,三电平逆变器两相桥臂同时发生故障时可实现自动容错,故障后系统仍可全额或降额持续运行,验证了所提控制策略的有效性。     

五桥臂双永磁同步电机系统优化模型预测控制

五桥臂逆变器传统模型预测控制一个控制周期内由单矢量作用,降低了2台电机的运行性能。针对该问题,提出了优化模型预测控制策略。通过对2台电机有效电压矢量和零电压矢量的占空比进行整体优化分配,减小电机的转矩波动,提高2台电机的控制精度,进而在满足2台三相电机控制独立性的情况下,提升了电机系统的控制性能。仿真结果验证了所提优化模型预测控制的正确性和有效性。     

双电机五桥臂逆变器模型预测同步控制

以五桥臂逆变器为控制对象,提出了一种基于模型预测控制策略的双永磁同步电机同步控制策略,与传统算法相比,新算法在价值函数中加入了转矩同步策略,保证了两电机输出功率的均衡,同时将交叉耦合控制思想引入到两电机五桥臂逆变器控制系统的速度外环控制器中,提高了两台电机在参数不匹配情况下的转速同步性能.仿真分析表明,相比传统控制策略,新算法能够在保持模型预测控制算法较高的转矩响应速度的前提下,有效的提高两电机系统转速、转矩的同步性能,具有一定的应用价值.     

不平衡电网下基于无源控制的MMC-UPQC电能质量综合治理研究

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)可用于高电压下电压电流的电能质量综合治理,但当电网电压不平衡时,电流电压相位和幅值发生变化,给综合治理带来困难.将无源控制方法应用...     

基于MPC的五桥臂双电机公共桥臂电流抑制方法

基于模型预测控制的五桥臂逆变器存在公共桥臂电流过大的问题,以五桥臂逆变器下的双永磁同步电机系统为研究对象,在模型预测控制策略的基础上对公共桥臂电流抑制方法展开研究。结合五桥臂双永磁同步电机系统的拓扑结构以及模型预测控制策略的算法架构,探讨了公共桥臂对应的两相电流相位差对其电流的影响,将基于转子磁链角度差的公共桥臂电流抑制方法应用于模型预测控制策略中,并对电流抑制效果进行实验验证和量化评估。实验结果表明,在均衡负载以及不均衡负载情况下,基于模型预测控制策略的公共桥臂电流抑制算法均能够实现较好的电流抑制效果。     

MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称模型预测控制EI北大核心CSCD

针对模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统桥臂阻抗不对称运行环流问题,推导了上、下桥臂阻抗不对称运行时子模块输出电压与桥臂电流特性,阐述了此时桥臂电流基频成分,指出了换流器环流成分含有直流分量、基频分量、二倍频分量以及三倍频分量,直流侧电流会产生波动;提出一种MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称环流抑制策略,该策略将比例-积分控制与有限控制集模型预测控制相结合,计算换流器所有开关状态下综合目标函数,根据环流抑制目标函数最小值和环流抑制补偿电平调节综合目标函数最小值对应的开关状态。该控制策略能够很好地抑制环流交流成分,减小了直流侧电流波动,使得桥臂阻抗不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和基频分量、二倍频分量以及三倍频分量对称分布。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

MMC型统一电能质量控制器故障分析及保护策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）拓扑结构引入统一电能质量控制器（unified power quality conditioner, UPQC）,既能够提高UPQC的容量又可以提高UPQC的电压等级,从而扩展了UPQC在中压领域的应用,使UPQC具有更加广阔的适用前景。然而当负载侧出现短路故障时,如何合理地操作保证其安全可靠地运行,不仅是系统对装置的要求,更是装置保护自身的要求。针对上述情况提出了应用于MMC型UPQC（MMC-UPQC）故障保护策略制定的原则,采用反并联晶闸管支路与线路断路器之间的动作配合,将串联MMC与故障线路隔离开,最终实现有效保护装置的目的。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果验证了所提方法的有效性及可行性。     

基于优化控制集的模块化多电平变换器模型预测控制方法

为了解决模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converters, MMC)现有模型预测控制方法寻优计算量大的问题,以上、下桥臂插入个数为控制变量,以并网电流和桥臂环流为控制目标,提出基于优化控制集的模型预测控制新方法。在子模块电容电压理想状态下建立并网电流误差目标函数,通过初步预测寻优,确定上、下桥臂电压矢量准确工作区间。考虑子模块电容电压波动,设计上、下桥臂插入个数优化控制集,求取电压矢量区间内最优上、下桥臂插入子模块个数。同时设置自适应调节因子,可根据子模块电压波动幅度自动调整优化控制集边界条件,确保有限寻优次数内最优上、下桥臂插入子模块个数的准确求取。所提出的控制策略寻优计算量从(N+1)2降至(N+1+Ntotal),实现了桥臂环流的有效抑制和并网电流的准确跟踪,避免了全局寻优的大量冗余计算,有效提升了寻优效率与准确度。仿真与实验结果验证了优化控制集模型预测控制方法具有计算量小、动态响应快和稳态精度高的特点。     

采用模块化多电平换流器的统一电能质量控制器预充电控制

基于模块化多电平换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)是一种可应用于中、高压配电网的电能质量综合治理装置。在保证设备安全情况下完成装置的预充电过程是装置正常工作的前提,文中对预充电过程3个阶段(不控整流阶段、串联部分子模块电压提升阶段以及可控整流阶段)进行了数学建模与分析,认为在不控整流阶段,各相桥臂子模块中与子模块直流电容并联的反并联二极管将耐受最大冲击电流;在串联部分子模块电压提升阶段,限流电阻仍是限制冲击电流的主导因素,且该阶段所能产生的冲击电流要小于不控整流阶段。由此提出了MMC-UPQC的预充电控制策略,并通过数字仿真和低压物理样机对所提策略的有效性和可行性进行了验证。     

基于矩阵变换器的UPFC简化调制模型预测控制

基于直接矩阵变换器的统一潮流控制器（DMC-UPFC）减小了体积和成本,没有储能电容损坏的风险,提高了系统的可靠性。为了提高DMC-UPFC在使用模型预测控制（MPC）时的输出电能质量,根据矢量合成原理和空间矢量调制策略提出简化调制模型预测控制（SMMPC）,简化了空间矢量的选择,同时解决了开关周期不固定的问题。根据扩展功率理论推导出不平衡工况下无需正负序分离的有功功率补偿（APC）策略保持有功功率稳定。仿真和实验结果表明,DMC-UPFC可实现线路潮流控制和无功补偿,SMMPC响应速度快,与MPC相比,SMMPC有着固定的开关周期,无需很高的采样频率也可以输出较高质量的波形,结合APC策略可以提高电网不平衡工况下的潮流控制性能。     

混合型模块化多电平换流器的模型预测控制方法

混合型模块化多电平拓扑是由传统模块化多电平拓扑在每个桥臂上增加一个H桥模块构成。对于混合型模块化多电平换流器(MMC),基于比例积分(PI)控制器的双闭环控制策略需要多个参数控制器且具有参数整定复杂、对控制参数敏感等问题。为此,结合子模块电容电压排序算法与H桥模块控制算法,提出一种基于模型预测控制的分层控制策略,该方法通过建立相对应的指标函数对交流侧电流、环流与子模块电容电压进行分层控制,从而确定各子模块与H桥模块的开关状态。与传统控制方法相比,该方法原理简单、无需考虑复杂的参数整定且可使系统具有良好的动静态性能。最后搭建了混合型模块化多电平换流器的仿真平台,仿真结果验证了所提控制策略的有效性与正确性。     

基于定有功电流限值控制的MMC型UPQC协调控制方法

对电压暂降期间MMC型UPQC串联侧补偿能力进行深入的理论分析。首先给出MMC型UPQC的工作原理,推导出暂降补偿幅值、补偿持续时间、主回路电气量及MMC参数之间关系的时域表达式;进而提出一种针对容量确定情况下UPQC串联侧过电流问题的协调控制设计方法,在传统定直流电压控制的基础上提出定有功电流限值控制;定义了划分MMC型UPQC处于上述两种控制状态的电压暂降临界值并给出数值计算表达式;最后PSCAD/EMTDC下的系统仿真结果验证了理论分析的正确性。仿真结果也表明,与传统协调控制方法相比,该文提出的协调控制方法可明显提高电压暂降的补偿幅值和持续时间。     

基于模型预测的MMC-RPC直接功率控制策略

为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理,在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC（model predictive direct power control）结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器 MMC-RPC（railway power conditioner with modular multilevel converter structure）。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数,并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿,以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型,并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比,验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。