基于微分平坦理论的PMSM电流环控制器设计

将基于平坦控制(FBC)运用到永磁同步电机(PMSM)电流环控制器的设计中,来提高电流环的动态性能。简单介绍微分平坦系统的理论和平坦控制的架构,证明电流环平坦性;然后设计了基于FBC电流环控制器,包括前馈控制量的产生和误差反馈补偿,根据系统期望输出量在空间规划状态变量的前馈控制量,用PI控制器产生消除的误差反馈量,且前馈控制量在控制系统中处于主导地位从而提高电流环的动态性能,并推导出电流环的闭环传递函数;搭建仿真模型,验证控制算法的有效性。     

三相并网逆变器微分平坦控制策略

对并网逆变器的控制传统方式通常将非线性系统线性化后设计控制器,根据微分平坦理论直接对并网逆变器设计非线性控制器。首先建立了并网逆变器的数学模型,根据微分平坦理论基本定义证明了并网逆变器具有平坦性,并设计相应的控制器。控制器主要分为两部分:参考轨迹生成和轨迹实现,轨迹生成是指在选取合适系统平坦输出量在空间规划状态变量的参考轨迹,轨迹实现部分则利用前馈参考轨迹和反馈误差补偿量根据系统状态方程生成并网逆变器的输入控制量,同时前馈量处于控制系统的主导地位使得整个系统的动态性能得到提高。最后通过搭建仿真模型验证了文中提出的控制策略的有效性。     

基于微分平坦理论模块化多电平换流器环流抑制控制方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convert,MMC)三相桥臂相间环流问题,基于微分平坦理论推导出一种环流抑制控制模型。通过分析MMC相间环流的产生本质,根据微分平坦理论的定义,选取系统的输入,输出和中间量,证明了设计出的环流抑制控制器满足微分平坦理论的条件。基于该理论设计的环流抑制控制器,能够大大降低桥臂电流中的环流分量,使其更接近正弦波。最后通过Matlab/Simulink搭建了相应的MMC仿真模型,在未影响MMC外部电压电流的情况下,仿真结果证明了该环流抑制控制模型的有效性,为环流抑制控制器的设计提供了一种新的思路。     

并联型有源电力滤波器功率平坦控制策略

随着地铁配电系统谐波含量不断增多,并联型有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)也逐渐取代传统谐波处理装置。建立了αβ坐标系下SAPF中PWM变流器交流侧输出电压与功率之间的数学模型,为了使SAPF在无需精确数学模型条件下仍具有良好谐波抑制效果,通过选取变流器交流侧输出功率作为状态变量及系统输出量,交流输出电压为输入控制变量,提出了一种基于微分平坦理论的功率平坦控制策略。控制器设计通过参考轨迹前馈控制和误差反馈补偿等两部分实现,前馈控制根据期望平坦输出及输入控制量与输出变量间的数学关系规划系统控制状态量参考轨迹,误差反馈补偿消除输出实际值与期望值之间误差值。仿真结果表明所提出控制策略的有效性,谐波补偿效果明显,为SAPF功率控制器设计提供了一种新的思路。     

基于虚拟电阻的MMC子模块故障容错环流抑制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)子模块故障下容错环流抑制问题,分析了子模块故障状态下的环流特性,进而指出了准比例谐振(PR)控制在子模块故障容错环流控制中的通用优势。通过对采用准PR控制方式的子模块故障容错环流控制器进行分析与改进,提出了一种包含虚拟电阻前馈补偿环节的子模块故障容错环流抑制策略,其在保证实现子模块故障下环流抑制的同时可通过引入的虚拟电阻提高整个控制器的响应速度,使得子模块故障时刻的直流电流以及环流的冲击得到快速、有效的限制,优化了整个系统的性能。仿真与实验结果验证了该环流抑制策略的有效性。     

基于微分平坦理论的双有源桥式变换器的单移相控制

针对双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)变换器系统受到扰动时动态响应速度慢,基于微分平坦理论,结合单移相控制,提出了一种平坦控制策略。设计DAB变换器平坦控制系统,包括前馈控制和非线性误差反馈控制两部分:前馈控制利用期望输出来规划状态变量轨迹;非线性误差反馈对平坦输出进行校正,消除误差。证明了平坦控制的稳定性,最后在仿真平台上分别对DAB变换器平坦控制和PI控制进行仿真,结果表明:在DAB变换器输出电压给定值改变、输入电压波动以及负载突变时,平坦控制策略下DAB系统可以更快达到输出稳定,系统具有更好的动态性能。     

适用于MMC-MTDC的自适应斜率平坦控制策略

为了维持模块化多电平换流器多端直流输电系统的电压稳定及换流站间功率的平衡,提出一种基于微分平坦理论的自适应斜率控制策略。控制器分为前馈双环控制和动态误差反馈控制:前馈控制根据系统期望平坦输出参考轨迹和系统状态变量及输入变量之间的函数关系,得到控制系统的主导控制量;误差线性反馈控制可以消除系统扰动和外界干扰对规划轨迹的影响,增强系统响应速度和稳态暂态特性。最后建立五端MMC-MTDC模型,分别在稳态潮流翻转和主站故障退出2种工况下进行仿真验证。结果表明该控制策略可以根据电压变化方向及换流站裕度对下垂曲线斜率实时控制,避免换流站满载甚至过载运行,达到各个换流站之间功率的最优分配。     

一种并联逆变器瞬时电流控制策略

高效的负载电流分配和环流抑制策略是逆变器并联运行的关键,提出了一种基于环流前馈的瞬时电流控制策略。通过建立PID闭环控制逆变器数学模型,对输出等效阻抗进行分析,引入瞬时环流前馈控制策略,利用配置虚拟环流阻抗以达到负载均分和抑制环流的目的。Matlab/Simulink仿真证明了该策略的正确性,该方案易于实现,便于进行数字化控制。     

基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究

直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差,降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰,有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法,如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等,可以有效提高系统带宽,提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求,该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法,并给出实验结果。结果表明,直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入,干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响,零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽,改善跟踪性能,特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。     

不平衡状态下MMC双回路环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)的内部环流将会增加换流器的功率损耗,降低桥臂容量利用率;同时加剧桥臂电流畸变,影响开关器件的安全运行。因此,需要采取有效的控制手段抑制环流。该文通过详细的相单元瞬时能量理论推导,得到MMC内部环流和环流抑制控制器输出电压间的交互作用会造成环流四倍频分量增加的结论。在基于准比例谐振调节器的环流抑制策略基础上,添加环流辅助控制回路,提出了一种环流抑制能力增强型的双回路环流抑制策略。通过合理整定调节器参数可以改善环流抑制控制器的闭环零极点分布,增强控制系统的稳定性,同时提高环流抑制控制器在谐振频率附近处的环流抑制能力。在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC详细仿真模型,验证了双回路环流抑制策略的正确性和有效性。     

MMC功率运行区域分析及环流切换控制策略

通过对模块化多电平换流器(MMC)动态特性和控制机理的分析,提出基于系统容量、电容电压波动阈值以及最大瞬时调制比的功率运行区域确定方法,并通过该方法对环流抑制和环流注入控制策略在不同子模块电容配置下的功率运行区域进行了比较分析。该方法可以优化子模块电容参数选取,避免过度冗余设计。此外,提出基于电压预测的环流控制器,使在不同工作点下可根据分析结果直接进行最优环流控制模式切换。对某单一桥臂子模块数为20的MMC系统进行仿真研究,结果验证了所提功率运行区域分析方法及其环流切换控制策略的正确性和有效性。     

MMC-HVDC无源性PI稳定控制与环流抑制方法

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)日益广泛应用于高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)技术中,但MMC的多变量、强非线性特性,使其稳定控制问题成为拓展应用的瓶颈所在。从能量耗散和环流抑制的角度出发,基于MMC动态数学模型,直接在abc静止坐标系下建立双线性Lagrange方程。以均衡子模块电容电压为目标设计能量函数,结合PI控制简单架构,提出新型的无源性PI控制方法,使系统沿Lagrange积分最小化轨迹移动。在满足系统全局渐进稳定的前提下,实现期望轨迹的快速跟踪。针对MMC-HVDC环流产生的变流器损耗增加问题,设计MMC环流控制器,获得无源性PI控制环节桥臂电压补偿量,实现电容电压平稳和环流有效抑制。仿真结果表明所提出的方法具有响应快速、稳定性高、鲁棒性强的特点。     

基于自抗扰控制技术的MMC环流抑制器

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）是一种新型的电压源换流器,已经成功应用于高压直流输电领域,发展前景广阔,然而桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性和损耗,对环流进行抑制是MMC工程应用必须解决的问题。考虑到系统非线性、鲁棒性和动态性能的要求,引进自抗扰控制（active disturbance rejection control, ADRC）技术,基于自抗扰控制技术设计了一种MMC环流抑制器（circulating current suppressing controller, CCSC）,所设计环流抑制器对MMC的环流详细模型依赖小,并具有优异的适应性和鲁棒性。最后通过在PSCAD/EMTDC环境下建立的两端MMC系统,仿真验证了所提出的环流抑制器的有效性。     

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。     

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

MMC-RPC的功率同步平坦控制策略

为解决牵引供电系统中电能质量差、抗扰动性弱以及常规解耦矢量控制中短路比对锁相环参数的影响问题,在功率同步控制的基础上,结合电流矢量控制和微分平坦理论,提出一种适用于模块化多电平换流器型铁路功率调节器的功率同步平坦控制策略。功率同步环将模块化多电平换流器模拟成同步发电机,为牵引网提供惯性支撑。基于微分平坦的电流环由前馈控制和动态误差反馈2个部分组成,能有效限制短路电流,提高了电流环的动态响应特性。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,通过与功率同步控制策略进行对比,并在3种不同工况下进行仿真,仿真结果验证了该控制策略响应速度快且精度高。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。     

基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法

为稳定模块化多电平静止同步补偿器(MMC-STATCOM)的综合补偿,其交流侧电流、内部环流和子模块电容电压均须加以控制。文章首先分析了MMC-STATCOM同时补偿无功和负序电流的原理;然后针对一般方法将MMC交流侧电流和环流分开控制,提出一种基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法,以实现MMC内外特性的双重控制,减少了专门的环流抑制器,并采用准PR控制器进行MMC上、下桥臂电流的无静差跟踪,以减少控制系统的复杂程度;最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提方法可以实现STATCOM综合补偿,同时能有效抑制MMC内部环流。     

基于子模块电压估计的MMC调制与控制

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）采用直接调制会导致谐波环流的问题,提出了一种基于估算子模块电压的新型调制算法：首先估计各桥臂所有子模块的平均电压,然后以估算的子模块电压为参考值,利用最近电平逼近法得到各桥臂期望投入的子模块数。针对MMC直流回路阻尼偏小的问题,设计了直流回路辅助控制器以增大直流回路的阻尼。最后搭建了三相71电平MMC仿真模型,对提出的调制算法和辅助控制器进行了仿真验证,结果表明：所提出的新型调制算法可有效抑制MMC的谐波环流成分,抑制效果优于直接调制算法;辅助控制器有效增大了MMC直流回路的阻尼,改善了直流电流的动态响应性能,与新型调制算法配合使用可进一步消除环流波动成分,且在交流系统不对称情况下亦可有效抑制直流电流的波动。     

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。