电流环模型预测控制在PWM整流器中的应用

为了提高脉冲宽度调制(PWM)整流器电流环的响应速度,降低其对交流侧电感参数的敏感性,提出了一种改进的模型预测控制(MPC)方法,并将其应用于PWM整流器的电流环。改进的MPC方法,以PWM整流器的一阶差分方程为预测模型,并将微处理器的PWM输出延时考虑在内,对被控电流进行两步预测,克服了传统MPC控制运算量大、实现困难的缺点,同时保留了传统MPC优化控制、反馈校正的优点。实验结果表明,相比于传统的比例积分(PI)控制,本文方法能够有效提高电流环的响应速度,并显著提高系统的鲁棒性,改进系统控制性能。     

一种PWM整流器的模型预测控制方法

为了提高脉冲宽度调制（PWM）整流器的动态响应速度,降低其对系统参数的依赖性,提出了一种改进的模型预测控制（MPC）方法。该方法以PWM整流器的一阶差分方程为预测模型,采用不同的控制周期分别对内环电流和外环电压进行预测,并实现对性能函数的优化求解,将传统MPC的三元高阶受限最优解问题转换为一个二元一阶非受限最优问题和一个一元一阶非受限最优问题,克服了传统MPC运算量大、难以实时控制的缺点,同时保留了传统MPC优化控制、反馈校正等优点。实验结果表明,相比于传统的矢量控制,所提方法能够有效提高PWM整流器的响应速度,并显著提高系统的鲁棒性,改进系统控制性能。     

PWM-CSR有限控制集模型预测控制

针对电流型PWM整流器(PWM-CSR)传统控制方法计算量大、输入电流谐波含量大、采样频率高的问题,将有限控制集模型预测控制方法应用到PWM-CSR中,并引入"虚拟电阻"技术来减缓变换器前端LC滤波器引起的谐振。首先根据PWM-CSR拓扑结构建立其离散状态空间模型,然后分析PWM-CSR的开关函数组合(控制集)个数,选择使系统优化性能函数最小的开关函数组合作用于PWM-CSR,结合"虚拟电阻"减缓滤波器的谐振,改善输入电流波形。仿真和实验结果表明,该方法能有效降低网侧电流的总谐波畸变率,具有很好的鲁棒性和快速的动态响应。     

三相电压型PWM整流器模型自校正预测控制

针对传统模型预测控制(MPC)对模型依赖性强,鲁棒性能较差的问题,提出了一种模型自校正预测控制。根据三相电压型PWM整流器的模型计算预测电流值和实际电流值估算实际模型参数值。算法可实时对模型参数进行修正,消除模型参数不匹配对系统的影响,增强控制系统鲁棒性。仿真与实验结果表明,所提模型自校正预测控制算法在模型参数变化时具有较强的鲁棒性,可显著提高MPC的控制品质。     

基于PWM整流器的改进模型预测控制策略

传统有限状态-模型预测控制(FCS-MPC)由于控制方式直接、控制性能优越而广泛应用于功率变换系统,但其在指标函数寻优时需考虑所有开关状态所对应的电压矢量,计算量较大。针对该问题,提出一种改进的MPC算法,与传统FCS-MPC方法相比,该方法无需循环寻优,预测耗时少,易于数字化实现。在两电平脉宽调制(PWM)整流器样机上的实验结果表明了所提方法的有效性和优越性。     

基于改进虚拟正交信号的单相PWM整流器模型预测功率控制

针对单相整流器内环动态响应性能受限于虚拟正交分量的重构速度,提出一种基于改进虚拟正交信号的模型预测功率控制算法.针对控制系统中电感设定值与实际值存在偏差,导致单相脉冲宽度调制(PWM)整流器的控制电感参数和系统实际电感参数失配,从而影响模型预测控制的鲁棒性问题,提出一种解决电感失配的补偿算法,该算法通过比例积分环节实时补偿无功功率,消除了电感失配对功率因数的影响.实验结果表明,所提算法不仅明显地提高了单相PWM整流器模型预测的内环动态响应速度,而且能实现模型预测单位功率因数的要求,在一定程度上解决了模型预测电感敏感性问题.     

基于PWM整流器双PFC模型的电机能量回馈系统

用PWM整流器取代通用变频器的二极管整流电路,采用双PWM整流器/逆变器,设计了电机能量回馈系统。通过分析PWM整流器的数学模型,提出了一种基于α-β静止参考坐标系的PWM整流器双功率因数校正变换器(PFC)定频控制策略。在两相静止坐标系中将PWM整流器等效为2个与传统单相PFC类似的电路结构,然后根据电压空间矢量调制理论,分析了开关信号由两相静止坐标系到三相静止坐标系变换的控制策略。实验结果表明,该系统不仅能够将电机机械能转化的电能有效地回馈到电网,而且能够有效抑制注入电网的谐波,实现网侧单位功率因数控制。     

用于海上风电的准Z源逆变器并网功率控制

为了克服传统模型预测控制(MPC)的缺陷并获得更好性能,针对并网准Z源逆变器(qZSI)提出了一种低计算量的模型预测功率控制。所提MPC应用多个矢量来实现并网qZSI的预期性能。通过计算ST矢量的最佳占空比,可以大大降低电感电流纹波。为了消除加权因子,提出了一种改进的滑模控制方法,用于同时控制电容电压和电感电流。此外,给出了一种快速有效的最优扇区选择方法,大大减少了MPC的计算量。因此,所提MPC的计算负担显著降低。仿真和实验结果都证明了该方法的有效性和优势。     

三相高功率因数PWM整流器复合校正无差拍控制

建立了三相高功率因数脉宽调制(PWM)整流器简化数学模型,通过该模型反映了PWM整流器的运行状态并分析了系统控制器设计,根据电流内环控制要求,给出了传统PI控制方法不同的参数取值对系统效果的影响.通过引入电网电压干扰补偿,提出了一种基于复合校正的无差拍控制方法,通过仿真验证分析得出了该方法在控制精度,响应速度,工程实现上均优于传统PI控制方法,最后,搭建了实验平台,通过实验波形和数据验证了三相高功率因数PWM整流器简化数学模型和无差拍控制方法的正确性.     

一种低开关频率PWM整流器的满意预测控制策略

结合满意控制和模型预测控制两者的优点,提出一种三电平脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器的满意预测复合控制方案,实现了低开关频率下PWM整流器的高效运行,进而降低开关损耗、抑制电磁干扰。给出三电平PWM整流器的离散数学模型,分析其模型预测控制的实现方法,着重探讨满意预测控制器的设计,并给出PWM整流器隶属度的模糊判决方案。针对三电平拓扑存在的高 du/dt冲击问题,给出其对应优化开关序列,消除du/dt冲击的同时,降低了系统计算耗时。仿真和实验结果表明,系统在低开关频率下运行时能有效抑制输入电流畸变,保证较高的功率因数,并保持良好的动稳态性能。     

三相电流型PWM整流器改进型模型预测控制

模型预测控制算法是以系统模型为基础,通过优化性能指标获得最优控制量的一种新型算法,具有很好的控制性能,已经获得广泛的应用。针对三相电流型PWM整流器,本文提出了一种改进型模型预测控制。根据电流型PWM整流器在dq0旋转坐标系下的数学方程,建立了增量式预测控制模型;根据系统控制要求设计了控制器的优化性能指标,性能指标综合考虑了系统误差和控制增量的影响,通过求解优化性能指标得到预测控制增量表达式。实验结果表明,该控制算法具有很好的控制性能。相比于传统的PI调节器,该控制方法参数易整定,且具有很好的阻尼特性。     

动态电压恢复器的模型预测控制

为了提高动态电压恢复器的响应速度和稳态精度,提出了基于模型预测控制的控制策略,详细分析了控制器参数设计方法。在分析动态电压恢复器主电路模型的基础上,采用内环电流控制器对模型进行改进,得出模型预测控制所需的被控对象一步预测模型,设计了模型预测控制器。所提控制算法克服了基于非参数预测模型的模型预测控制由于算法复杂、参数调整困难,计算量大,很难直接应用到电力系统这样的快速实时系统中的问题,同时实现了预测控制滚动优化、反馈校正的优点。在满意的稳定精度下,明显提高了系统的动态响应速度。与经典控制策略的实验对比分析,     

基于ESO的电压平衡器模型预测控制方法

为改善双极性直流微电网的电能质量,提出了一种基于扩展状态观测器的模型预测控制方法,用于电压平衡器中点电压平衡控制及输出电流的改善。首先建立平衡器的数学模型,并根据其传递函数中的负载扰动项,设计基于扩展状态观测器的模型预测控制,最终实现输出电流的跟踪控制。在负载切换情况下,与传统基于闭环结构的模型预测控制相比,该方法提高了系统的响应速度,抑制了电压平衡控制的超调量;与基于输出采样的模型预测控制相比,该方法不需要增加传感器,在有效抑制输出电流波动的同时,降低了系统成本。最后,通过搭建仿真与实验平台,进行仿真分析与实验验证,结果表明:所提方法显著提高了电压平衡器对双极性直流母线的调节性能。     

MMC-HVDC系统的低频模型预测控制方法

由于模型预测控制（model predictive control,MPC）具有原理简单、可同时实现多目标控制等优点,在模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）中应用越来越多,但传统模型预测控制存在计算量大、换流器开关频率高等问题。提出一种改进的模型预测控制方法,首先利用交流电流指标函数寻找最优开关状态组合,其次根据相邻时刻上子桥臂投入模块数目的变化,对开关状态组合进行优化,最后设计一个综合指标函数同时完成子模块电容电压平衡控制与环流抑制。该方法大幅减少了寻优过程的计算量,且降低了换流器的平均开关频率,减小了系统损耗,适合应用于MMC系统。基于MATLAB平台搭建了11电平三相MMC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

电动汽车用V2G并网逆变器改进型MPC算法研究

针对传统模型预测控制MPC(model predictive control)算法开关频率不固定、稳态性能差等问题,提出了一种基于拉格朗日乘数法的模型预测电流控制LM-MPCC(model predictive current control based on Lagrange multiplier)算法,并应用于电动汽车用两电平V2G(vehicle-to-grid)并网逆变器。比起传统MPC算法,该算法不仅能够实现逆变器开关频率固定,还可以大大提高系统稳态性能,提高输出电流控制精度。首先,从电路拓扑出发建立了逆变器数学模型并介绍了传统MPC算法。在此基础上,详细分析了所提控制算法的实现方式,包括期望矢量与占空比计算。最后,实验与仿真结果验证了所提控制算法的有效性。     

电池储能型模块化多电平变换器的混合模型预测控制方法

将模块化多电平变换器(MMC)作为电池储能系统(BESS)的并网变换器,可在实现高压并网的同时兼具控制的灵活性。针对电池储能型模块化多电平变换(B-MMC)系统,提出一种可有效减小计算量的混合型模型预测控制(H-MPC)方法。该H-MPC方法由PI控制和MPC组成。其中,PI控制部分用于求取满足交流电流输出和环流控制要求的子模块接入个数;MPC则负责共模电压(CMV)抑制,对子模块接入个数进行适当调整。结合子模块接入个数与电池组荷电状态(SOC)的排序结果,即可产生具体开关信号。针对不同应用场合,PI控制部分和MPC的控制目标选取要更为灵活。以环流控制为例,对其包含于MPC部分的情况进行简要分析。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证了该方法的正确性与有效性。     

基于模型预测的微电源逆变器控制

微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点,为了提高微电源逆变器的快速准确响应,提出将模型预测控制(model predictive control,MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求,设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案,通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程,推导出相应的数学预测模型,在并网运行时,控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流;在孤岛运行时,控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明,2种控制方案都实现了有效跟踪,并且相比于传统PI控制,系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性,使逆变系统达到了良好的控制效果。     

考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制

综合考虑直流系统整流侧和逆变侧控制量的调制,协调交流系统和直流系统各控制量,提出了一种考虑直流调制的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,推导出换流母线电压对整流侧和逆变侧换流器传输功率的灵敏度解析表达式,并基于轨迹灵敏度建立以节点电压轨迹偏差和控制代价最小为综合目标的模型预测控制优化模型。然后,根据对系统控制轨迹的预测,进行交直流系统控制数量自适应调整和控制地点优选,以提高模型预测控制的效率,协调交直流系统各控制量进行电压滚动优化控制。最后,对交直流混联系统进行仿真,结果表明针对不同的故障场景,所提控制方法均能有效调制直流系统传输功率和熄弧角,全面协调交直流系统的各种控制手段,提高系统中长期电压稳定性。     

三电平APF谐波电流及中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器,提出一种基于带柔化输入的模型预测控制方法用于谐波补偿。同时,为避免直流侧中点电位的波动和偏移问题给系统稳定性带来的不利影响,采用基于平衡因子和简化SVPWM算法的中点电位平衡控制策略。模型预测控制方法根据实际有源电力滤波器控制系统设计电流预测模型,同时将预测输出与实际输出的偏差及时反馈,结合滚动优化,使有源电力滤波器的补偿电流快速跟踪参考值。直流侧母线电压控制采用简化三电平SVPWM算法,简化了算法同时保证了中点电位平衡。建立了APF预测电流控制的等效模型,并进行了仿真验证。所提方法有效柔化电流输入从而减小超调,较传统预测控制方法更为稳定,减少了谐波含量和改善了补偿精度,并保证了直流母线电压的稳定和中点电位快速平衡。仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

基于电导增量法的模型预测控制光伏MPPT算法

由于外界环境的多变性与随机性,光伏系统的全局最大功率点总是飘忽不定的。为使光伏系统在外界复杂环境下能够获得最大功率输出,提出了一种基于电导增量法的模型预测控制光伏MPPT算法。该算法将电导增量法与模型预测算法相结合,完成对光伏发电系统在外界复杂多变环境下的快速跟踪。通过建立系统性能指标函数,评价与估算出未来控制变量的动作,预测出P-U曲线的方向。最后通过simulink仿真表明了文章所提方法在外界光照强度发生突变时与单独使用电导增量法相比较可以同时提高系统的跟踪速度和控制精度。