基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。     

矩阵式变换器驱动异步电机调速系统的非线性自抗扰控制

相对于传统的脉宽调制(PWM)型变频器,矩阵式变换器驱动异步电机调速系统具有一系列优势,如不需要直流储能元件,高输入功率因数和能量双向流通能力.但是,由于矩阵式变换器的直接变换特性,异步电机系统的调速性能易受到矩阵式变换器输入侧电压扰动的影响.本文将一种具有良好鲁棒性的非线性自抗扰控制器(ADRC)应用于矩阵式变换器驱动异步电机调速系统,设计了控制器的结构和参数,用其代替了传统的比例-积分(PI)调节器.在调速系统中,非线性自抗扰控制器对由外部扰动和模型不确定性引起的内部扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,采用上述非线性控制器提高了调速系统在矩阵式变换器输入电压非正常工况下的抗干扰能力,并改善了异步电机的动态调速性能.     

基于蜂群算法的矩阵变换器ADRC参数优化

矩阵变换器由于其电力直接变换特性使得输出侧性能极易受扰动影响。针对间接空间矢量调制的矩阵变换器加入了一种与对象模型无关的自抗扰控制器对其进行闭环控制。由于自抗扰控制器在实际应用中参数多、调参困难等问题,影响自抗扰控制器在矩阵变换器系统中的使用。为此,在矩阵变换器闭环系统中对自抗扰控制器参数运用人工蜂群算法进行寻优调整。该算法在每次寻找适应度函数最优值时都进行全局和局部搜索,避免局部最优,且收敛速度快,相对人工整定参数大大提高了效率和准确度。实验结果表明:采用人工蜂群算法进行参数寻优,不仅可以保证矩阵变换器输出侧电压质量,而且提高了自抗扰控制器的参数整定效率,保证自抗扰控制器运用到矩阵变换器闭环控制中。     

一种用于矩阵变换器的简化非线性自抗扰控制策略

矩阵变换器的电力直接变换特性使其输出侧性能极易受扰动影响,所以对矩阵变换器系统采取控制是非常必要的。由于矩阵变换器的非线性、多变量和参数时变性使其数学模型不能被确定,因此在内外部扰动不稳定的条件下,设计PI常数的单闭环控制系统并不那么成功。将一种与对象模型无关的自抗扰控制器应用于矩阵变换器系统,并且为解决自抗扰控制器控制模块的不光滑非线性函数导致矩阵变换器系统输出量谐波成分增大的问题,在自抗扰控制器的基础上,改进了自抗扰控制器模块的非线性函数并简化了其控制环。实验结果表明:当该自抗扰控制器用于矩阵变换器系统控制调节时,无论是在电网输入侧本身存在谐波污染的条件下,还是电网电压非正常工况条件下,其控制效果都优于PI控制。     

基于模糊变论域的直流变换器改进自抗扰控制

双向DC/DC变换器是微网的重要组成部分,针对直流负载存在较大扰动,传统控制策略稳压效果不佳的问题,提出基于模糊变论域的二自由度自抗扰控制(ADRC)。从频域角度将一阶线性自抗扰控制(LADRC)实现跟踪性和抗扰性完全解耦,结合变论域模糊控制实现控制器参数在线优化。通过频域理论分析所提控制器收敛性和抗扰性。通过硬件实验和重复实验表明,在简化调参难度和相同带宽的前提下,结合变论域的二自由度ADRC策略在抗扰性能和鲁棒性能上均优于传统控制策略。     

基于自抗扰的微电网下垂控制

针对由分布式能源发电组成的微电网中进行负荷投切、分布式电源的波动性、电力电子器件参数变化等引起的谐波问题,提出一种基于自抗扰控制器的抗扰控制策略。通过将自抗扰控制器与微电网的下垂控制相结合,由内扰和外扰引起的输出电压波动,通过前馈补偿消除干扰,提高电能质量。仿真结果表明,当负荷变化时,直流侧电源突加扰动时,该控制策略具有较好的抗扰性能和鲁棒性。     

基于自抗扰控制器的无刷直流电动机速度控制

无刷直流电动机作为一个多变量强耦合非线性系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果.采用自抗扰控制器来提高无刷直流电动机控制系统的动态性能和鲁棒性,自抗扰控制器设计过程中不需要对象模型结构和参数的精确信息.实验比较了PI控制器和自抗扰控制器的控制效果,结果表明自抗扰控制器(ADRC)对外部扰动和电动机参数的变化具有较强的鲁棒性.     

微电网低压接口变换器的参数寻优自抗扰控制

混合储能微电网的并、离网模式灵活切换可较好地容纳分布式能源,但在复杂的工况下,其用电端降压接口的电能质量会受到影响。为此,该文提出一种带有参数自寻优的模糊自抗扰控制（FLADRC）策略对传统双闭环PI控制方式的外环进行改造。首先,根据需求对变换器模型进行分析与化简,并通过状态空间平均法进行建模;然后,依据状态方程包含的模型信息设计了FLADRC的线性扩张状态观测器（LESO）矩阵;之后,在频域分析部分,探究应用FLADRC时的系统性能,从理论上分析FLADRC的跟踪性、收敛性和抗扰性,并基于分析结果给出参数自寻优的模糊逻辑规则;此外,运用李雅普诺夫稳定性理论证明了应用FLADRC时微电网接口变换器的稳定性;最后,在40kW的实验平台上进行实验测试,得到了在多种工况下不同控制策略的动态曲线。实验结果验证了该文所提FLADRC方法的可行性和有效性。     

基于改进型自抗扰控制器的独立微电网系统频率扰动抑制策略

光伏-风力-储能交直流混合独立微电网系统普遍存在暂态频率波动的问题,这一问题会严重影响电力线路及负载设备的使用安全。针对这一问题,在传统自抗扰控制器的基础上,提出一种基于改进型自抗扰控制器的独立微电网系统频率扰动抑制策略。这一策略将重复控制融入自抗扰控制器,基于重复控制能够周期性减小频率扰动的原理,最大限度抵消频率扰动造成的影响,提高独立微电网系统的供电可靠性。通过仿真验证了所提出的策略能够在系统存在频率扰动的情况下有效提高独立微电网对交流侧负载和直流侧负载供电的质量。     

LCL并网逆变器一阶自抗扰控制及基于粒子群优化的控制参数整定方法

在实际并网现场,电网时常包含未知、时变的扰动,故LCL并网逆变器运行工况复杂、恶劣,经常面临频繁脱网的问题.基于此,首先针对LCL并网逆变器设计了结构简单的一阶自抗扰控制器;其次,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,构建了包含控制误差和系统调节时间在内的多目标优化函数,并结合粒子群优化算法实现了一阶自抗扰控制器的参数整定,提高了自抗扰控制器参数设计的效率和合理性;最后,在频域中对系统性能进行分析,并通过仿真和实验验证了所设计控制器的可行性及所设计参数的优越性.结果表明,相比传统带宽法所得控制参数,带所提方法所得控制参数的一阶自抗扰控制能够使LCL并网系统获得更好的跟踪性、抗扰性和入网电流质量,且能够保证LCL并网逆变器在复杂工况下不脱网.     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。     

基于多分区自适应改进果蝇算法的风光燃储微电网协调控制策略

为了使微电网控制系统中PI控制器的参数能够更好地适应可再生能源的随机性和波动性,提出了基于自适应步长的四分区多策略果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm, FOA)对PI参数进行实时优化。首先,以风光燃储微电网不同微源控制系统中的变换器为控制对象,建立微电网整体控制系统模型,基于此模型实时调整PI参数。然后,根据不同果蝇个体的适应度值将果蝇种群分为4个区,同时考虑4个区果蝇收敛性以及多样性的差异,设计不同的自适应更新策略。最后,采用所提算法对各微源控制过程中的PI参数进行寻优,与其他3种智能算法进行对比,验证了所提算法的可行性和优越性。仿真结果表明,所提算法可以使系统变换器响应速度更快,输出更加稳定。     

基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制

为了改善直流微电网的电压稳定性和动态性能,降低控制系统的复杂性,提出一种基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制(AVIC)方法.在反正切函数中嵌套幂函数,根据电压和电压变化率的动态变化调整下垂曲线的截距,以控制换流器快速释放或吸收功率,从而为直流微网提供惯性支持.建立含AVIC的四端直流微电网小信号模型,并通过根轨迹分析揭示主要控制参数对系统稳定性的影响规律.最后,通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性.     

基于超螺旋二阶滑模理论的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网系统中的负载波动、参数摄动等不确定因素造成的母线电压稳定性问题,提出了一种超螺旋二阶滑模控制策略。文中以直流微电网三相AC-DC变流器为主体,通过合理选取滑模变量,利用Super-twisting思想设计了直流微电网三相AC-DC变流器电压外环二阶滑模控制器,该控制器既保留了传统滑模的强鲁棒性,又有效地削弱了控制系统抖振;根据Lyapunov第二定律,给出了超螺旋二阶滑模的稳定性条件。通过数值仿真验证了该控制策略的可行性与正确性。     

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。     

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。     

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。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

含分布式混合储能系统的光伏直流微网能量管理策略

为了更好地管理大规模分布式光伏发电单元,将光伏直流微网划分为不同区域,且在不同区域配置了相应容量的混合储能单元与区域控制器以实现区域自治。根据各区域光伏电池输出功率与负荷功率间的关系以及储能单元荷电状态(SOC)的不同将系统分为5种运行模式,给出了不同运行模式下的能量管理策略,设计了光伏电池Boost变换器与储能双向DC/DC变换器的控制策略。最后,在Simulink中搭建了一个含多区域的光伏直流微网仿真模型。结果表明,所提方法在保证系统稳定运行的前提下,优化了各元件的出力。     

交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。