间接矩阵变换器-双异步电机调速系统的简化模型预测控制

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统开关状态数量多,数学模型复杂,如果采用传统模型预测磁链控制方法,系统计算量巨大,控制频率及开关频率低,导致网侧电能质量和电机调速性能差.针对这一问题,本文提出一种简化的模型预测电压控制(MPVC)方法,以间接矩阵变换器的输入电流和输出电压作为控制目标,对预测模型进行简化,通过状态预筛选...     

基于周期控制方法的MPC开关频率调节策略

针对电力电子设备使用有限集模型预测控制器(MPC)时存在的可变开关频率问题,设计了一种基于周期控制方法的有限集MPC开关频率调节策略.新型开关频率调节策略将在有限集MPC中设置特定算法.其中新型算法中采用了对门极驱动信号的上升沿和下降沿周期测量和跟踪控制以产生类调制的输出频谱,同时在成本函数中设计相关项以实现开关频率调节.开关频率调节算法易于设计和实现,可在不显著增加计算负担的情况下使有限集MPC产生较为规则的频谱.以三相两电平逆变器系统为测试对象开展了对比仿真和实验,仿真和实验结果验证了新型开关频率调节方案可有效地调节有限集MPC的开关频率,并提高逆变器的输出电能质量.     

适用于Boost变换器的自适应模型预测控制算法

相比于传统的PI控制,模型预测控制(model predictive control,MPC)具有动态响应快、避免调整控制参数,以及可增加系统约束等优点,因此被广泛应用到电力电子控制领域。然而,系统模型参数的不匹配通常会导致控制系统产生稳态误差,对于Boost变换器电流控制尤为严重。因此,该文针对Boost变换器提出一种简单有效的模型预测控制方法,可解决因未知的电感电阻和输入电压引起的模型不匹配问题,并且只需一步预测即可实现控制目标。另外,所提出的方法是属于连续控制集模型预测控制(continuouscontrol set model predictive control,CCS-MPC),使用固定的开关频率。仿真和实验结果证明了所提出方法的有效性。     

三电平环宽自适应准定频滞环模型预测控制研究

基于有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)的滞环模型预测控制(HMPC)应用在三电平逆变器中具有动态响应快、多目标优化处理的优点,但其开关动作没有规律,开关频率波动范围大,导致逆变器输出电流频谱较为分散,不便于滤波器的设计。为了改善上述问题,本文提出一种环宽自适应模型预测控制(AHB-HMPC)方法,将系统的平均开关频率和开关频率波动范围也作为控制目标,引进滞环控制思想,并可在线调整电流滞环大小,使得系统平均开关频率可控且使开关频率稳定在以平均开关频率为中心的滞环内,在保留HMPC快速性、多目标优化处理等优点的同时,有效地使逆变器输出电流频谱相对集中在平均开关频率周围,方便了滤波器的设计。最后,仿真和实验结果表明,本控制方法是可行和有效的。     

基于模型预测控制的固态变压器控制策略研究

固态变压器(SST)中的变流器在整流状态时,通过交流侧电流预测控制,使其工作于单位功率因数且直流侧电压保持稳定;逆变状态时,采用输出电压预测控制,以提高输出电压稳态精度和动态性能。提出了固定开关频率模型预测控制选取双非零矢量和零矢量进行预测,根据各矢量占空比与优化函数的关系,确定一个控制周期内各矢量的作用时间和开关序列。固定开关频率模型预测控制无需脉宽调制控制器,避免了比例积分控制器参数整定引起的不稳定问题,且有效降低了单非零矢量预测控制中过高的采样频率。仿真研究表明,固定开关频率模型预测控制的SST在各典型工况下,各级电压、电流具有良好的动态响应和抗负载扰动能力,可满足微网对SST的控制要求。     

高开关频率功率变换器多速率模型预测控制方法

为保证有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control, FCS-MPC)在功率变换器运行效果,其采样频率一般设定为10～50 kHz。但由于会出现连续多个采样周期输出同一开关状态现象,实际开关频率仅为采样频率的10%～20%,影响控制精度。在SiC、GaN等高速器件应用场景中,一味地提升采样频率实现高开关频率输出,将对数字处理器造成极大地运算负担。针对上述问题,提出一种多速率模型预测控制方法(multi-rate model predictive control, MR-MPC)方法,通过构建低采样输入、高控制输出的双速率MR-MPC离散预测模型,并引入多层次递归优化技术,实现计算负担和控制性能之间平衡。最后,搭建5 kW电机测试平台进行实验验证与分析,MR-MPC继承了传统FCS-MPC处理复杂控制目标的能力,并可在低运算负担条件下,实现输出开关频率多速率倍频,且倍频比例越高,系统动稳态性能越优,不失为高开关频率功率变换器通用型设计方法之一。     

基于模型预测的T型变换器直接功率控制研究

电流模型预测控制由于具有多目标优化、无需控制器参数设计等优势,在现代电力电子变换器中获得了广泛应用,然而传统模型预测往往开关函数不固定,且需要分别对各个开关状态进行大量计算选定最优开关矢量。针对传统模型预测算法的缺陷,提出了一种改进型基于最优矢量的优化模型预测控制-直接功率控制(OMPC-DPC)方案,通过直接生成最优电压矢量极大简化计算过程,并将其应用于三电平T型并网变换器中。最后,结合全面的仿真与实验验证了所提策略的正确性。     

三相电压型脉宽调制整流器定频模型预测控制

针对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器有限控制集模型预测控制采样频率高、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频模型预测控制方法。通过求解价值函数得到PWM整流器交流侧下一采样时刻所要输出的电压值,利用空间矢量脉宽调制技术输出计算得到的电压值,实现定频模型预测控制。仿真与试验结果表明:所提出的控制算法开关频率恒定,稳态电流谐波含量低,实现了整流器高功率因数运行。     

基于模型预测的T型并网变换器功率控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)以代价函数最优为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,存在开关频率不固定且并网电流性能依赖较高的采样频率等缺陷。此处提出一种新型的模型预测直接功率控制方法,该方法通过直接计算出整流器开关电压矢量的最优序列作用时间,实现了传统FCS-MPC与空间电压矢量调制方案的有机结合,并应用于三电平并网T型变换器的控制中。为验证所提控制方案的有效性,构建了一台满额功率为6.5 kW的三相三电平T型变换器仿真与测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明,该方案有效减小了传统模型预测算法并网电流畸变,保证了固定开关频率控制,同时具有良好的稳态和动态性能。     

真空管道磁浮列车三电平中点钳位整流器的改进型模型预测控制研究

真空管道磁浮列车三电平中点钳位(NPC)整流系统所需的控制目标较多.与PWM控制方式相比,模型预测控制可以在单个代价函数中增加任何必要的控制目标,故更适用于多目标控制,但其计算量更大,主要控制目标相互耦合,影响输出性能.为了解决传统模型预测控制存在的问题,本文提出一种改进型模型预测控制策略,可在保证系统稳定运行的基础上,节省约22％的计算时间.同时,本文考虑负载与开关频率权重系数的变化对电流谐波畸变率(THD)及平均开关频率(损耗)的影响,提出变开关频率权重系数的控制策略,以满足不同负载情况下系统对谐波和损耗的要求.最后,仿真验证了所提策略的有效性.     

基于储能型开关电感准Z源逆变器的模型预测控制

针对传统准Z源逆变器(quasi-Z-Source Inverter,QZSI)升压能力和功率协调控制能力的不足,本文提出将储能电池与开关电感型QZSI相结合构成储能型开关电感QZSI(Energy-Storage Switched-Inductor QZSI,ES-SLQZSI),提高了系统升压倍数和功率协调能力,并针对ES-SLQZSI系统,提出一种基于有限集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)结构的功率控制策略,在单级变换系统中实现了最大功率点追踪(MPPT)和并网功率控制。建立了ES-SLQZSI的离散时间模型,基于此模型设计预测函数与代价函数。然后,设计光伏功率MPPT模块和输出功率管理模块。相比于传统多级结构的储能光伏系统,该系统结构简单,无需额外的DC-DC变换器;相比于传统双环PI PWM控制策略,该方法简单易行,所需PI控制器少,无需PWM调制器;动态响应速度优良,适合被控变量较多的非线性系统。仿真结果验证了控制策略的有效性。     

基于改进有限集模型预测控制策略的光伏发电系统

光伏发电系统I-U曲线具有非线性特性,在温度变化或部分阴影条件下光伏阵列P-U曲线出现多个功率峰值现象,增大了功率追踪的复杂性。为提升最大功率点追踪的准确性和系统动态响应能力,提出一种改进的有限集模型预测控制(FCS-MPC)策略,在单级变换系统中实现MPPT和逆变器输出两方控制。在环境突变或渐变情况下,预测量和量测量对比出现漂移时能迅速做出正确的跟踪决策。将跟踪决策结果作为参考量输入FCS-MPC,并将输出结果作为逆变器的开关控制信号。基于Matlab设计了相应的FCS-MPC控制器,并与扰动观察法进行比较。最后,通过仿真对所提算法进行了验证,理论分析、仿真结果相契合。     

三电平并网逆变器恒定开关频率的模型预测控制

传统的有限控制集模型预测控制存在开关频率不固定的缺点,这给并网逆变器输出滤波器的设计带来了很大的困难。针对这个问题,提出了一种三电平并网逆变器恒定开关频率的模型预测控制策略。该控制策略将预测最优开关序列控制用于三电平并网逆变器中,并对其寻优方式进行改进。改进的方式是通过找出使目标函数最小的中心矢量来对最优开关序列所在的小扇区进行定位。仿真和实验结果表明,所提控制策略不仅能够在实现定频控制的基础上有效减少计算量,而且具有良好的静态和动态性能。     

LC滤波型逆变器并网电压鲁棒预测控制

近年来,模型预测控制被广泛应用于两电平电压源逆变器以实现并网控制。然而,常规有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)存在参数失配时预测精度下降的问题。为此,提出一种适用于LC滤波型逆变器并网电压鲁棒预测控制的无参数FCS-MPC方法。首先分析了参数变化对常规LC滤波型逆变器并网电压预测控制的影响。然后基于超局部建模理论建立了LC滤波型并网逆变器的二阶超局部模型,并研究了2个集总扰动的计算方法。该计算方法省去了网侧电流传感器,节约了成本,并实现了无参数预测控制。实验结果表明,与常规FCS-MPC方法相比,在参数不匹配的情况下,所提无参数FCS-MPC方法仍能达到较好的模型预测控制性能,验证了所提方法的有效性。     

一种基于混杂系统的Boost变换器切换控制算法

Boost变换器既有开关动作上的离散性,又有连续子系统,是典型的混杂动态系统。根据混杂切换理论建立Boost功率变换器的混杂模型,分别讨论变换器在CCM和DCM两种工作模式下的切换控制策略。在固定的系统工作频率下,通过检测电感纹波电流与理论值相比较来控制功率开关器件导通或关断,由此得到所需的占空比信号,从而实现Boost功率变换器的混杂切换的控制。根据电容电荷平衡原理,对负载电流进行估算,减少电路中被检测量,简化控制器的设计并提高了效率。最后,在Matlab/Simulink环境下进行仿真实验,验证了所提控制算法的有效性。     

逆变器模型预测采样时间与误差关系仿真分析

模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是电压型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)电流跟随控制装置定频调制的典型方法,得到了广泛的应用。论文使用统计的方法研究MPC的采样时间与跟踪误差(方差)的函数关系。该函数关系是研究和解决逆变器切换优化问题的基础。仿真结果可得出采样时间与跟踪误差呈线性关系的结论。     

模块化多电平换流器子模块平均开关频率的精确控制方法

在现有的基于电容电压排序的优化均压算法基础上,提出一种适用于模块化多电平换流器(MMC)的精确控制子模块开关频率的方法。通过引入双保持因子,避免绝缘栅双极型晶体管(IGBT)不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电容电压基本一致的前提下,有效地降低MMC子模块开关频率,减小开关损耗;在此基础上,设计了精确控制子模块开关频率的比例—积分(PI)控制器,能够在降低开关频率的同时精确地控制其大小,保证系统稳定运行和换流器的运行效率;最后,为证明所提出频率控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端101电平MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果表明该方法可以在保证系统稳定运行的前提下,精确地控制子模块的开关频率,证明了所提出方法的正确性和有效性。     

A practical design sliding mode controller for DC–DC converter based on control parameters optimization using assigned poles associate to genetic algorithm

This paper presents a simple and systematic approach to design sliding mode controller for buck converters. DC/DC switching converters have been used in many applications in recent years. The Sliding Mode Control (SMC) based on Variable Structure System (VSS) theory has been examined for buck switch mode converter type. To obtain a sliding regime, the appropriate sliding surface is selected by assigning poles combined with genetic algorithm. The associated practical problems and the proposed solutions are detailed; like fixed frequency by using pulse width modulation (PWM) as solution and overshoot limitation of the inductor current by using current limiter. A simple and easy to follow design procedure is also described. Simulation results are presented to illustrate the design procedure. The simulation results of the proposed SMC strategy are compared with the adaptive terminal sliding mode control (ATSMC) and PID-SMVC strategies. It is shown that the proposed SMC exhibits a considerable improvement in terms of a faster output voltage response during load changes.     

永磁同步电机直接转矩控制与模型预测转矩控制比较研究

对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统和基于定子磁链坐标系的模型预测转矩控制(MPTC)系统的控制性能、平均开关频率、参数鲁棒性等进行比较。DTC系统结构简单,平均开关频率较低,但磁链和转矩脉动大于MPTC。MPTC性能较好,但计算复杂,实时性较差。同时,两者均存在参数失配鲁棒性较差和开关频率不恒定的共性问题。针对开关频率不恒定的问题,提出一种开关频率固定的PMSM MPTC方法,可将每个采样周期开关切换次数固定为2次。仿真结果表明：该方法可使开关频率固定为采样频率的1/3,且将备选开关状态减少为3个。     

考虑双通道随机时延的区域互联电网AGC方法

在区域互联电网网络化自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)过程中,信息传输在双通道(如控制器到执行器(C-A)、传感器到控制器(S-C))均存在时延问题。基于模型预测控制(MPC)技术,拟利用其预测特征,通过控制过程中信息的存储与处理,消除双通道随机时延对控制效果的负面影响。首先,在考虑双通道时延的前提下,构建互联电网AGC系统模型,并就时延的存在对控制效果的影响进行了分析。然后,针对互联电网AGC系统的控制模式对集中式MPC(CMPC)的实现方法进行了讨论,分析了在CMPC框架下双通道时延的处理方法。在此基础上,分别以阶跃与随机负荷曲线为扰动变量,获取互联电网频率及区域控制偏差曲线。仿真结果表明在考虑互联电网AGC系统双通道随机时延的情况下,所提方法能够保证系统良好的动态响应性能,从而验证了其可行性和有效性。