多端柔性直流输电系统滑模电流控制策略

针对多端柔性直流输电系统(voltage source converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)具有强非线性和不确定性的特点,提出了一种新型基于指数趋近律的滑模电流控制策略。直流输电系统换流站采用直接电流控制时的内环电流PI控制环节用滑模电流控制代替,与传统双闭环PI控制相比减少了一个内环PI控制环节,简化了系统的参数调节过程。在旋转坐标系下构造了以内环d轴电流、q轴电流误差为滑模面的滑模变结构控制器,并结合李雅普诺夫函数对控制系统的全局稳定性进行了分析,实现了在换流站因故障退出运行时,系统能保证功率的快速调节,在交流系统等效阻抗发生变化时,系统仍能维持直流电压的稳定。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了大规模海上风电场多端直流输电系统模型,将所提控制策略与传统PI控制策略进行了对比,仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态性能和稳态性能。     

提高VSC-HVDC双向潮流工作模式下稳定性的虚拟电阻控制方法

在交流电网互联的双端柔直中,通常采用一个换流站定直压控制另一个换流站定有功功率控制的控制方式。在这种控制策略下,从定直压站传向定有功功率站的系统稳定传输功率要低于从定有功功率站传向定直压控制站的功率。为了提高从定直压站到定有功功率站的传输功率,提出了一种改进的虚拟电阻控制策略。基于所提方法,建立了包括定直压站输出阻抗模型和结合线路阻抗及有功功率站的输入阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了含改进虚拟电阻控制器的系统稳定性。证明该策略可以通过改变定直压站的直流侧输出阻抗来提高系统的传输容量。仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真同时证明了所提策略的动态性能优于传统的PI双闭环控制策略。     

基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在光伏储能系统中,负荷和分布式电源的波动以及投切等因素会引发直流母线电压产生波动,为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的稳定性,提出一种基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略,采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,有效地提高了系统的快速性和稳定性。通过引入开关序列近似实现定频控制,解决了传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题。实验结果表明基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效改善蓄电池电流纹波、抑制直流母线电压波动,提高光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力。     

电压调整单元双有源桥级联系统的阻抗匹配优化设计

具有电压调整单元(VAU)的双有源桥(DAB)直流变换器是解决宽电压输入时电感电流应力问题的方案之一,然而VAU-DAB存在级联稳定性问题.该文分别推导前级VAU输出阻抗模型和后级DAB输入阻抗模型,在复频域下根据禁区概念阻抗稳定性判据分析级联系统阻抗比,研究阻抗特性对级联系统稳定性的影响.由于VAU输出阻抗谐振峰值与DAB输入阻抗存在交叉点,使级联系统由于阻抗不匹配而导致系统电压振荡失稳.在此基础上,该文基于阻抗匹配准则,提出一种基于超前-滞后的阻抗优化调节器用以抑制VAU输出阻抗谐振尖峰,使级联系统阻抗比满足稳定性判据,提升了系统运行可靠性,并优化了电流应力.最后通过仿真验证了该文提出阻抗优化调节策略的有效性及可行性.     

基于滑模控制的牵引网网压低频振荡抑制方法

针对高速铁路牵引网低频振荡造成动车组牵引封锁的现象,提出了一种基于滑模控制的动车组网侧整流器控制策略。首先,推导了CRH5型动车组网侧单相整流器在dq旋转坐标系下的状态空间数学模型;其次,详细论述了控制策略原理和设计过程,包括外环电压滑模面与内环电流控制率的求取;最后,在Matlab/Simulink与RT-LAB平台上搭建了基于滑模控制器的双重化仿真模型,并与传统线性比例积分(proportional integral,PI)控制策略以及两种对比于PI控制响应性能更好的新型控制策略:基于互联和阻尼分配的无源控制(无源控制)和基于模型的预测电流控制控制(预测控制)的仿真试验效果进行了比较,结果证明滑模控制具有更好的动、静态特性。为进一步验证滑模控制对低频振荡的抑制效果,搭建了基于滑模控制与PI控制的多车接入的车网耦合系统仿真模型,仿真结果证明滑模控制可以有效地抑制低频振荡的发生。     

基于预测PI算法的直流调速系统研究

传统PI控制算法和电流截止负反馈相结合的转速反馈直流调速系统控制方案,仅解决了系统的安全性问题,起到了限流保护的作用。但是系统响应慢,快速性和抗干扰能力达不到控制要求。针对此控制方案的不足,在原系统改进的基础上,提出一种基于预测PI算法和组合积分环节相结合的控制策略,介绍了工作原理,对改进前后系统进行实时对比仿真研究。仿真结果表明,预测PI控制的调速系统不仅具有良好的稳态性能和过流保护作用,且动态性能和抗干扰能力都得到了很大改善。     

优化负载变换器输入阻抗的输入电流内环控制方法

为提高级联系统的稳定性,应尽量减小源变换器输出和负载变换器输入阻抗的交集区。一方面,尽量减小源变换器的输出阻抗;另一方面,尽量增大负载变换器的输入阻抗。基于DC-DC变换器的一般性小信号模型,提出以平均输入电流环为内环、输出电压环为外环的双环控制方法,分析在这种控制方式下影响变换器输入阻抗的因素,并给出改变内环电流采样系数前后变换器输入阻抗的量化计算过程。分析表明,当电流内环的截止频率大于电压外环截止频率时,增大电流采样系数,能够提高电流内环环路增益,有效增大负载变换器的输入阻抗。从而在级联系统中,能够有效减小负载变换器的输入阻抗与源变换器输出阻抗的交集,提高级联系统的稳定性。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于模糊自适应PI的并网逆变器相位补偿控制策略

为了解决LCL谐振和模糊自适应PI控制的稳定裕度在高阻抗情况时无法满足系统要求的问题,采用电容电流反馈有源阻尼,即在电容侧并联虚拟阻抗来抑制谐振尖峰,并在模糊自适应PI控制的基础上,引入超前补偿控制策略,提高逆变器在高网络阻抗情况下输出阻抗的相位裕度,保证模糊自适应PI控制的稳定性。仿真结果表明：该方法提高了逆变器等效输出阻抗的相位裕度,保证了系统在高网络阻抗时也能够稳定运行。     

模型参考自适应控制策略在光伏并网系统中的应用

正以基于电流单极性正弦脉冲宽度调制技术的单相光伏并网系统为研究对象,重点研究其中的逆变环节和滤波环节,通过数学建模、理论推导和仿真验证的方法,对其建立模型参考自适应控制策略。研究结果表明:采用原比例积分(PI)调节的电网电压前馈-并网电流反馈的控制策略,实际并网电流准确度不高,受PI参数人工调节的影响较大。当逆变环节与滤波环节中的参数受到外界环境的影响发生变化时,原控制策略不能有效地保证并网电流     

异步电机模型预测控制系统设计

传统的异步电机矢量控制系统采用双闭环PI控制策略,难以解决超调量和快速性的矛盾,并且控制参数多、参数整定困难。针对这一问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的矢量控制系统。利用异步电机同步旋转坐标系下的数学模型,根据MPC原理设计了转速预测控制器,结合无差拍控制思想和有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)原理设计了电流预测控制器。转速预测控制获得q轴参考电流,电流预测控制实现d,q轴电流解耦控制并且直接输出开关信号,无需PWM调制环节。仿真结果表明,所提出的异步电机MPC控制策略具有良好的动、静态性能。     

静止同步补偿器电压控制策略

为寻求性能优良、容易实现的配电静止同步补偿器(DSTATCOM)的电压控制策略,根据DSTATCOM系统中的瞬时功率平衡理论,推导出了DSTATCOM用于控制电压时的直接电压控制策略。该控制策略中无需电流检测电路,跟传统的串级控制相比较具有控制简单、响应速度快等优点;针对直接电压控制策略中控制器的控制性能受系统参数影响较大的缺陷,提出了DSTATCOM的直接电压模糊PI控制策略,使根据瞬时功率平衡的直接电压控制具有更好的控制性能;同时考虑到实际电网中的电压不平衡现象普遍存在,在DSTATCOM电压控制器中引入电网电压负序分量的前馈控制,从而有效的提高了DSTATCOM在电网电压不平衡条件下的生存能力。理论分析和仿真结果证明了所提控制方法的正确性和有效性。     

带恒功率负载的Boost变换器模糊自适应反步滑模控制

恒功率负载的负阻抗特性易导致DC/DC变换器系统输出电压不稳定。该文针对带恒功率负载的Boost变换器,提出一种模糊自适应反步滑模控制策略。首先应用精确反馈线性化将模型转化为布鲁诺夫斯基标准形式。然后在保证大信号稳定的前提下,将模糊自适应控制方法加入到反步滑模控制器的设计中,根据模糊自适应控制系统实时更新系统增益,利用李雅普诺夫理论证明整个闭环系统的稳定性。最后,仿真和实验结果表明,与传统的双闭环PI控制方法相比,该控制策略具有更好的动态调节性能和更强的鲁棒性。     

基于模型预测控制的TCLC-HAPF控制策略

目前带晶闸管控制LC型电抗器的混合有源滤波器（TCLC HAPF）一般采用等效阻抗法控制TCLC部分，采用滞环比较法控制有源滤波器部分。该类控制器忽视了有源与无源部分的联系，因而不能保证全范围内稳定的谐波抑制能力。对此，以单相TCLC HAPF为研究对象，分析得出TCLC HAPF双模式预测控制模型，在预测控制模型的基础上进行有源部分和无源部分的联合控制；然后将指令电流的历史波形输入预测控制器，通过稳定状态预测和滚动优化得出可能的优化方向，从而改善了带稳定负载时的长期运行性能。为使离散输出的优化结果作用于TCLC HAPF装置，提出了终段脉冲式PI控制器。变工况仿真实验表明：模型预测控制方案具有可行性；相较于传统方案，改善了系统运行状态，稳定时的控制性能变好。     

基于变论域模糊逻辑的互联电力系统负荷频率控制

随着风电在电力系统中的渗透率不断提高,其出力不确定性对系统频率稳定造成威胁。针对风电接入系统后的频率波动问题,提出变论域模糊PI负荷频率控制策略。为克服传统模糊控制器由于论域固定导致自适应能力有限的缺点,设计的变论域模糊PI负荷频率控制器通过变论域方法实现输入、输出论域的动态调整。为满足风电接入系统后复杂的论域调整需求,基于模糊推理设计新型变论域伸缩因子。典型两区域互联系统仿真实验表明,在不同形式的扰动下,该新型控制器较PI控制器、模糊PI控制器有更好的控制表现,能更好地处理风电出力不确定性对互联电力系统频率稳定的影响。     

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。     

CCM模式下Boost电路的反步法非线性控制与仿真

基于非线性系统的稳定性理论并结合传统PID控制的优点建立了CCM模式Boost变换器的占空比非线性调制模型,提出了基于反步法的非线性控制技术,简化了非线性控制的算法。采用双闭环反馈控制方法．输出电压和电流有较高的精度。系统输入电压发生波动时输出电压能够快速稳定．系统的动态性能和稳态性能较传统PI控制方式有了很大的改善,...     

模块化不间断电源自适应均流控制技术

针对模块化不间断电源并联冗余系统的环流问题,通过引入虚拟环流阻抗,提出一种基于阻抗自适应调节的均流控制策略,具备良好的稳态及动态电流均分能力。深入探讨并机电感及控制方法对系统输出阻抗、环流阻抗的影响。在此基础上设计新颖的自适应均流控制算法,并选取合适的阻抗控制器参数,改善并联系统动态环流抑制效果。同时,滤波电感电流直流分量控制的加入有效地解决了变压器直流偏磁问题,提高了并联系统的稳定性。实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于有限控制集模型预测控制的APF控制策略仿真

为提高三相四线制电容中分型有源电力滤波器(APF)的稳态和动态补偿特性,引入有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)作为其电流控制策略。首先建立并推导了系统在三维αβγ坐标系下的离散预测模型,使得三相耦合和不平衡电流问题得以解决;并根据预测模型,计算出所有预测电流,通过遍历法找到最优开关状态作为输出,达到快速跟踪指令电流的目的,无需调制环节,控制十分简单;同时采用双环PI控制实现直流侧电容电压的稳定和平衡。最后,通过与复合控制方法的仿真比较,验证了该策略在APF系统控制中的可行性和有效性。     

基于VSC与DRU的混合级联型海上风电直流外送系统控制与阻抗建模

混合级联型海上风电直流外送系统具有高压、大容量、投资成本低等优势,但其并网稳定性问题一直备受关注,而系统阻抗建模是分析稳定性的基础。基于电压源型换流器(voltage-source converter,VSC)与二极管整流器(diode rectifier units,DRU)的混合级联型海上风电直流外送系统,建立了VSC-DRU混合级联换流站的详细数学模型;为实现直流外送系统中有功功率主动分配和交流集电系统电压稳定,研究了含滤波电容电流反馈的VSC功率-电压调节控制策略;采用小信号扰动方法,考虑锁相环输出相角调节、有源阻尼控制及功率控制影响,推导并分析了闭环控制下VSC-DRU混合级联换流站的详细阻抗模型,为研究系统稳定性提供了依据。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提控制策略具有良好的功率-电压调节性能,并通过频率扫描法验证了所建详细阻抗模型的正确性。     

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。