基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制EI北大核心CSCD

交直流混合微网具备交流微网与直流微网各自的特点,可以更加充分地利用各种不同类型的可再生能源发电,满足不同负荷的需要。交直流断面是交直流混合微网中直流区域与交流区域的互联部分。该文提出的基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制,主要控制断面两侧电压并使之稳定。通过构建S/R/T混合灵敏度函数,提高交直流断面抗击交流扰动和直流扰动的标称性能,增强其应对参数摄动的鲁棒性能。通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了交直流断面电压H_∞控制器的抗干扰能力与在换流器参数发生变化时该控制器仍可保持良好的控制性能的能力。     

基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制

交直流混合微网具备交流微网与直流微网各自的特点,可以更加充分地利用各种不同类型的可再生能源发电,满足不同负荷的需要。交直流断面是交直流混合微网中直流区域与交流区域的互联部分。该文提出的基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制,主要控制断面两侧电压并使之稳定。通过构建S/R/T混合灵敏度函数,提高交直流断面抗击交流扰动和直流扰动的标称性能,增强其应对参数摄动的鲁棒性能。通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了交直流断面电压H_∞控制器的抗干扰能力与在换流器参数发生变化时该控制器仍可保持良好的控制性能的能力。     

基于LMI的交直流混合微网断面电压非脆弱鲁棒H∞控制

以交直流混合微网为研究背景,对其中用于实现混合微网能量互济的交直流断面系统展开研究。考虑系统中存在的不确定性和脆弱性,采用非脆弱鲁棒H_∞控制方法以稳定交直流母线电压。同时为兼顾系统的动态响应特性,结合LMI(Linear Matrix Inequalities)区域极点配置,设计交直流断面系统非脆弱鲁棒H_∞-γD-稳定控制器。仿真研究表明,所设计的控制器在参数不确定、存在外界干扰和控制器增益摄动情况下具有较好的控制性能,满足混合微网交直流断面系统对稳定性、鲁棒性和高精度控制的要求。     

差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞ 鲁棒控制

针对外部扰动及系统参数摄动引起微电网负荷频率波动问题,设计了混合H_2/H_∞鲁棒控制器对系统负荷频率进行控制。建立了包含电池的柴油发电机组二次频率控制模型,引入低通滤波器,使电池对系统高频扰动信号具有较好的抑制能力。以误差平方的积分最小作为系统的目标函数,在综合H_2范数表征的系统性能和H_∞范数表征的鲁棒性能下,设计具有多目标约束条件的混合H_2/H_∞鲁棒控制器。采用差分进化算法对控制器加权函数参数进行寻优,使控制器在满足约束条件下达到最优。仿真实验结果表明所提出方法在满足系统鲁棒性能的基础上,同时具备较好的控制输出,保证微电网频率在外部功率扰动和系统参数摄动情况下具有较好的动态性能。     

孤岛微网DC/AC逆变器电压H∞鲁棒控制

DC/AC逆变器控制策略的优劣直接影响到孤岛微网系统电压质量水平,针对其在电压环采用PI控制时的抗干扰和参数摄动性能不佳问题,提出了一种电压H_∞鲁棒控制方法。该方法采用集中式二次电压调节,恢复了由传统下垂控制造成的电压频率跌落。通过将负荷电流视为外部扰动输入量,建立了孤岛微网简化数学状态空间模型;基于混合灵敏度优化问题选择加权函数W_1、W_2、W_3,设计了电压H_∞鲁棒控制器,以提高DC/AC逆变器的抗扰动能力,同时优化其在系统参数摄动时的鲁棒性能。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的可行性,并表明了电压H_∞鲁棒控制器能够保证DC/AC逆变器具备较强的抗干扰和鲁棒稳定性能。     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

单相PWM整流器H_∞混合灵敏度电流控制

以单相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,以提高动态响应速度、增强鲁棒性能为研究目标,提出基于dq电压前馈解耦模型下的H_∞混合灵敏度(H∞mixed sensitivity,H_∞-MS)直接电流控制(direct current control,DCC)算法。首先,给出整流器在dq坐标系下的数学模型,并基于电压前馈解耦思想得到dq轴电流解耦系统模型及闭环控制结构;然后,分析模型参数摄动情况,给出模型乘性不确定界,选择灵敏度加权函数规划系统的控制性能,选择补灵敏度加权函数保证系统的鲁棒性能,从而将控制器设计问题转化为H_∞标准控制问题;建立系统增广矩阵,求解黎卡提(Riccati)不等式的正定解,得到2个三阶控制器;最后,通过半实物仿真实验对基于比例积分(proportional integral,PI)直接电流控制算法和H_∞-MSDCC算法进行对比研究。研究结果表明,在网侧电感参数摄动时,所提H_∞-MS DCC算法可以有效地提高系统的鲁棒性。     

仿真转台系统非脆弱鲁棒控制器设计

针对被控对象和控制器同时摄动时的鲁棒控制问题,基于H∞混合灵敏度理论,提出了仿真转台控制系统的非脆弱鲁棒控制器设计方法,研究了采样周期波动引起的控制器不确定性,给出了不确定加权函数的获取方法。将控制器不确定性转化为广义对象的不确定性,通过修改广义对象不确定性权函数和性能权函数,将非脆弱鲁棒控制设计问题转化为H∞混合灵敏度设计问题,采用单纯形方法,对H∞性能指标约束寻优得到非脆弱鲁棒控制器参数。仿真结果表明,当系统负载增加10％和采样周期波动0．2ms时,系统仍满足频响要求且控制量不饱和,证实了非脆弱鲁棒设计方法是有效的。     

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。     

基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制

为了减少功率损耗和确保独立交直流混合微电网稳定运行,设计一种新的基于混合储能动态调节的分布式协调控制策略。通过检测直流电压和交流电压频率,该策略对连接交直流微电网的双向AC/DC变流器输出功率进行动态调节。混合储能中采用下垂控制自动调节蓄电池的输出功率,同时超级电容器迅速提供负荷功率的高频分量,以减小负载突变对蓄电池和母线电压造成的冲击。此外,在逆变器的下垂控制器中引入电压前馈补偿量来减小交流负荷的电压波动。最后,利用Matlab/Simulink搭建了混合微电网仿真模型。仿真结果表明,在不同工况下,该分布式控制策略均能控制混合微电网稳定运行及电压稳定。     

孤岛交直流混合微电网功率互助策略

交直流混合微电网可以通过交、直流子微网之间的互助互济来有效协调混合微网系统功率的分配,并提高系统平抑功率波动的能力。为实现交、直流子微网之间合理互助互济,提出了一种孤岛交直流混合微电网功率互助策略。首先,为了避免互联变流器频繁动作带来功率损耗,提出了分层控制策略,该策略将系统运行模式分为功率自治模式与功率互助模式,并对运行模式的切换条件进行了合理设计;其次,提出了基于子微网自身条件以及蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)的功率互助目标,并设计了基于交流频率和直流电压反馈的功率协同控制算法以实现功率互助目标。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果表明,利用所提互助策略,交、直流子微网能够根据自身条件承担系统功率波动并维持蓄电池处于合理的荷电状态。     

孤岛微电网频率μ-H∞鲁棒控制

针对孤岛交流微电网中风力、光伏发电的输出功率不确定性以及负荷的随机波动性引起的微电网频率波动问题,提出微电网频率μ-H∞鲁棒控制策略.所采用的μ-H∞鲁棒控制方法在传统H∞鲁棒控制方法解决外部扰动的基础上,考虑了系统结构不确定性对孤岛微电网系统频率稳定性的影响.建立具有时滞和不确定性的频率控制状态空间模型,基于鲁棒控制理论,将H∞控制器设计方法与μ综合D-K迭代法结合设计出μ-H∞频率鲁棒控制器,平抑因参数摄动、结构化不确定引起的频率波动,减小通信延时问题对微电网系统的影响.最后,通过Matlab/Simulink仿真软件和dSPACE半实物仿真平台,验证了所提控制方法在系统参数摄动、通信延时和结构不确定等情况下,均具有较好的动态性能和较强的鲁棒性.     

基于燃料—汽压系统H_∞控制器的设计

针对燃料—汽压模型采用H_∞控制理论设计了一种鲁棒控制器。根据超临界机组对象特性试验建立燃料—汽压模型,将H_∞控制器的设计归结为H_∞混合灵敏度问题,合理地选择了加权函数,得到了H_∞控制器,从奇异值的角度深入分析了H_∞控制器的控制效果,并把H_∞控制器与传统PID控制器进行比较,仿真结果表明,运用H_∞控制理论设计的燃料—汽压控制器有更好的给定值跟随性和鲁棒性。     

弱电网下并网逆变器自适应H∞控制方法

在实际应用中,采用传统的鲁棒H_∞控制方法的并网逆变器,其稳定性和干扰抑制性能往往会受到电网弱电网特性的影响。为了增强并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力,提出一种适用于弱电网的并网逆变器改进H_∞控制方法,即自适应H_∞控制方法。以单相并网逆变器为例,建立了弱电网下并网逆变器的鲁棒H_∞控制模型,证明了弱电网特性将会造成该模型中系统参数、控制输入参数以及干扰输入参数出现参数摄动,从而影响了系统的稳定性以及干扰抑制性能。为了克服弱电网特性的影响,改进方法中引入了间接控制来取代公共连接点电压前馈动态地调节公共连接点电压,消除了控制系统的参数摄动,增强了并网逆变器对弱电网具有自适应性,提高了系统的稳定性和干扰抑制性能。最后,通过搭建的实验平台验证了理论分析和所提自适应H_∞控制方法的合理性及有效性。     

单相PWM整流器H∞回路成形鲁棒直接电流控制

网侧等效电感参数摄动是单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统模型不确定性的显著表征,这一特性易降低整流器系统的鲁棒性。为降低因测量误差、运行工况变化等导致的模型参数摄动对控制系统鲁棒性的影响,提出基于鲁棒控制理论的H_∞回路成形鲁棒直接电流(H_∞loop shaping robust direct current,H_∞-LS RDC)控制策略。选取适当的补偿器串联在电流环前后,构造出期望的开环传递函数。在此基础上,对期望受控对象进行正规化互质因式分解,进一步将H_∞回路成形设计归结为针对互质因式摄动模型的H_∞鲁棒控制问题。提出根据电流高次谐波特性选取补偿器的依据,并利用Riccati方程求解H_∞回路成形控制器,所得鲁棒稳定裕度满足良好鲁棒性设计要求。通过半实物实验平台,开展所提控制策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略的实验对比研究,研究结果表明:该H_∞-LS RDC控制策略能有效增强单相PWM整流器系统在网侧电感参数摄动情况下的鲁棒性。     

含直驱风电机组的电力系统次同步振荡鲁棒阻尼控制

风电功率波动会导致电力系统运行点变化,为有效提高次同步振荡阻尼控制的适应性,文中采用直驱风电机组附加控制的方法设计了一种次同步振荡鲁棒阻尼控制器。首先,基于状态空间模型利用含区域极点配置的混合H_2/H_∞控制方法抑制由随机扰动引起的电力系统次同步振荡。将不同运行点作为凸多面体的顶点构建凸多面体模型,以适应风电输出波动引起的系统运行点大范围变化,提高控制器的鲁棒性。然后,利用线性矩阵不等式求解状态反馈矩阵,设计次同步振荡鲁棒阻尼控制器。最后,利用接入2台直驱风电机组的4机2区系统作为测试系统进行时域仿真。仿真结果表明,基于凸多面体的鲁棒阻尼控制器不仅能够为系统次同步振荡模式提供足够的阻尼,并且在风电功率在较大范围内变化的情况下,控制器也具有较好的控制效果。     

独立微网中并网逆变器自抗扰控制辅助调频算法

针对独立微网系统暂态频率稳定性较差的问题,提出了典型光-风-储交直流混合微网中并网逆变器采用自抗扰控制的暂态辅助调频控制方法。首先,分析了常规PD控制辅助调频算法的结构和原理。然后,从抑制系统功率扰动的角度分析了微网同步发电机调频原理,推导了自抗扰控制器的设计。最后,通过仿真模型和实验平台进行验证,对比分析了无辅助功率调频、常规PD控制辅助调频和自抗扰控制辅助调频的系统频率扰动,得出所设计的自抗扰控制器的调频能力明显提升,且具有一定抗参数扰动能力,在独立微网辅助调频控制中有较强应用价值。     

主从控制混合微电网中互联变流器控制策略

针对基于主从控制的交直流混合微电网,研究了孤岛模式下的功率平衡关系和互联变流器控制策略。主控制单元控制系统的功率波动,维持系统的稳定性,因此提出了主控制单元容占比的概念,来反映两侧微电网的运行状态;根据此概念,建立了交直流两侧的数学联系,设计了互联变流器的分区段控制策略,调节功率在微网间的流动,以实现两侧功率的相互支撑;为了避免互联变流器运行模式的频繁切换,设置了滞回比较环节,提高系统的稳定性。在PSCAD／EMTDC搭建了交直流混合微网仿真模型,结果表明,在孤岛模式下分区段控制策略能够实现对互联变流器的灵活控制,可准确调节交直流子网间的功率流动,实现系统的功率平衡以及各微网的电压和频率稳定。     

混合微网中基于互联变换器的谐波补偿控制

并网运行的交直流混合微网中，交流侧接入非线性负载会导致公共并网点（point of common coupling，PCC）处电流出现明显畸变。为避免引入额外有源滤波器装置，在基于综合惯量的互联变换器控制基础上，叠加准比例谐振控制器用于谐波补偿控制，通过公共并网点处电流反馈信号，实现电流正弦性和交直流侧功率平衡。同时，在谐波补偿环节引入多采率控制，解决了互联变换器低开关频率控制过程中的延时而导致的谐波重构误差问题，改善谐波补偿效果，并给出准比例谐振控制器参数的设计过程。基于Matlab/Sinmulink仿真实验结果表明所提方案稳态特性好，动态响应快，对负荷突变适应性好，控制算法简单可靠。     

基于双自适应参数混合微网虚拟同步机控制策略∗

交直流混合微网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制,常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节,对此提出一种基于交、直流微网功率传输原则的虚拟同步机控制(Virtual Synchronous Generation,VSG)策略,建立其小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对控制系统稳定性能的影响.针对传统VSG无法抑制交直流微网功率交换过程中的功率振荡,提出一种采用双自适应虚拟参数的VSG控制策略用于交直流混合微网AC/DC接口变换器控制系统,并通过小信号模型分析法确定额定虚拟参数取值范围.最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提方案可有效提高混合微网AC/DC接口变换器控制系统性能.