基于混合逻辑动态模型和故障事件识别向量的新型逆变电路故障诊断

逆变电路传统开关函数模型只描述电路的控制变迁,而忽略了电路的条件变迁,这可能导致主要故障信息丢失。为此,建立了新型逆变电路的混合逻辑动态模型,该模型可准确描述电路条件变迁时的状态特征。在此基础之上,考虑到基于事件辨识的电力电子电路故障诊断方法难以用于离散事件较多的电路,利用电路的混合逻辑动态模型建立电路故障事件的故障模型,引入故障事件识别向量的概念,仅通过对电路故障事件进行辨识实现故障诊断。算例结果验证了该方法的有效性。     

混杂系统理论及其在三相逆变电路开路故障诊断中的应用

针对基于事件辨识的故障诊断方法难以用于离散事件较多的电力电子电路这一问题,文章建立了电力电子电路的混合逻辑动态模型,将电路运行抽象为离散事件的变迁,并根据电路的故障模式确定电路的故障事件集和故障模型。文章应用了故障事件识别向量的概念,基于电路的故障模型仅通过对电路故障事件的辨识实现故障诊断,具有实现简单、通用性好、诊断效果可靠的优点,以逆变电路故障诊断的仿真和实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于混合逻辑动态模型的三相逆变电路有限控制集模型预测控制策略

逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于频域建模与遗传算法的电力电子电路参数辨识方法

研究电力电子电路参数辨识技术,提出了一种基于频域特性分析与遗传算法参数求解的电力电子电路参数辨识方法。以Buck电路为例,建立了电路频域模型,选择电感输入电压、电路输出电压作为监测信号,利用快速傅里叶变换对监测信号进行频域分析,得到电路模型频率响应特性;依据电路频域模型及频响特性,选择适当的频率点并利用遗传算法对电路参数进行辨识。实验结果表明,新方法能够有效实现电力电子电路参数辨识。     

基于开关纹波调制的电源线通信技术

利用电力电子电路产生的开关纹波作为通信载波进行数据传输,是实现电力电子装置网络化的方式之一。本文提出了基于开关纹波调制实现数据通信的基本原理,以及在不影响功率变换器工作情况下实现开关纹波调制的方法。针对输入端并联的分布式Boost电路,分析了主电路的纹波信号模型,并通过实验实现了基于纹波调制的FSK通信系统。该技术将数据传输机制直接嵌入电力电子变换电路,是一种低成本实现电源线载波通信的方法。     

柔性电气开关技术及其应用

柔性电气开关技术是将高频电力电子开关应用于电磁开关,以屏蔽方式实现两种技术理想化互补。由此研发的柔性电力电子控制与保护开关组件,以高频电力电子技术高性价比地处理低频低压电磁开关的动态缺陷问题。电路分析与实验验证表明此技术可行。     

一种基于有限状态机的电力电子电路控制方法的研究

电力电子设备的控制主要是控制电力开关管的导通和关断顺序以及开关管导通和关断时间,根据这一特征和负载回路的具体结构,可以将电力电子电路的这些特定的工作模态划分为不同的工作状态,并可将这些工作状态组合成一个具体的有限状态机.因此当电力电子电路的控制电路中引入有限状态机的概念后,电力电子电路的控制就变成了对不同状态转移条件的控制.为说明有限状态机的电力电子电路的建模和应用方法,本文通过对脉冲密度调制(Pulse Density Modulation)的有限状态机建模、仿真和试验证明了采用有限状态机来实现电力电子电路的控制,具有实现方便、硬件回路简单、控制灵活的特点,是一种比较理想的电力电子电路控制回路建模方法.     

新型容错逆变器的混杂系统建模与故障诊断

考虑到传统开关函数模型只对逆变电路的控制变迁进行分析而无法描述电路的条件变迁,容易丢失电路在条件变迁过程中所表现出的故障信息,从而影响故障诊断的实时性和准确性。电力电子电路是典型的混杂系统,文章建立了一种新型容错逆变器的混杂系统模型,在此基础上提出了故障事件辨识向量的概念,并将其应用于逆变器故障的分析,仅通过故障事件辨识向量对逆变电路变迁过程中的故障事件进行辨识来完成故障诊断,对于电路变迁过程中的正常事件辨识不予考虑,减少了控制系统的数据处理量,提高了故障诊断的实时性和可靠性,实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

新型逆变电路有限控制集模型预测控制

针对传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁这一不足,建立了一种新型逆变电路更为精确的混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型,并将其作为预测模型,研究了航空新型电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)。FCS-MPC充分利用电路的离散特性,通过比较预测电压值和参考电压值的大小,将其差值作为衡量输入量的目标函数,最后选择电路控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路的控制输入,有效地解决了模型预测控制中混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,MIQP)问题的求解。仿真和实验验证了该控制方法具有良好动静态特性,证实了所提方法的有效性。     

NPC三电平逆变器目标合成固定开关频率MPC

为规避有限集模型预测控制(MPC)开关频率随机的问题,设计了一种目标合成固定开关频率优化MPC方案.中点箝位(NPC)三电平逆变器对开关损耗敏感,而传统有限集MPC无法保证低开关频率,因而新方案将调制糅合进入MPC,并将控制目标合成优化,从而实现了恒频和计算效率优化,同时还保持了有限集MPC的所有优点,如快速动态响应、...     

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,     

一种改进INC和MPC的光伏最大功率点跟踪算法

最大功率点跟踪(MPPT)常用于在光伏发电系统中获取最大的功率输出。针对光伏系统最大功率点跟踪过程中存在动态响应速度和稳态跟踪精度难以兼顾的问题,提出了一种改进电导增量法(INC)结合模型预测控制算法(MPC)的光伏发电系统最大功率点跟踪技术。利用改进电导增量法获取光伏系统下一时刻的电流参考值,与模型预测控制器获取的电流值相比较,通过建立和评价系统两步长模型指标函数,达到MPPT快速跟踪的目的。仿真结果验证了该方法的有效性。     

DC/DC变换器混合逻辑动态建模与约束优化控制策略

针对电力电子电路DC/DC(直流-直流)变换器同时存在着连续动态和离散切换两种不同类型的的混杂特性,引入N步建模方法,推导出DC/DC变换器的混合逻辑动态模型,用来描述变换器的动态特性、切换规律和系统中的约束关系.在此基础上,考虑控制输入约束和系统状态约束,应用混合整数模型预测控制方法,建立以脉冲宽度调制(PWM)为控制方式的DC/DC变换器状态反馈最优控制系统.数值仿真结果表明:DC/DC变换器基于混合逻辑动态建模的可行性,及在此基础上设计的优化控制系统具有良好的动态特性,并能满足系统的约束限制.     

柔性多状态开关模型预测协同控制策略

柔性多状态开关(FMSS)作为一种新型电力电子装置能够部分替代配电网中传统联络开关,实现潮流的不间断灵活调控,优化电压分布。探讨了三端FMSS在配电网中的几种可能接入拓扑及工作模式,建立了三端FMSS的动态数学模型,结合三端控制约束提出了三端FMSS模型预测协同控制策略。该策略具有原理清晰、实现简单、动态响应速度快等优点,避免了传统比例—积分(PI)双闭环控制策略存在的控制结构复杂、PI参数较多且整定困难的问题。基于模型预测控制对各端口UdcQ控制模式、PQ控制模式,以及Uacf控制模式进行了具体算法实现。为了验证所提方案的有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端FMSS仿真模型,不同工况下的仿真结果验证了所提三端FMSS模型预测协同控制策略能够有效实现多端口间的协同控制,发挥FMSS的调节功能,为FMSS的配电网应用提供灵活的解决方案。     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

兼顾电感电流连续导通和断续运行模式的DC/DC电路建模和参数辨识

电力电子电路作为开关型功率变换器，其离散事件与连续时间动态特性相互作用，使其呈现混杂系统的动态特征。给出电力电子电路基于混杂系统的统一模型，并在此模型的基础上提出一种能应用于故障诊断的参数辨识法。建立Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、反激式直流变换、正激式直流变换等6种 DC/DC电路的混杂系统模型，并且上述模型兼顾了电感电流运行在连续导通模式（CCM）和断续导通模式（DCM）。基于上述模型，以Buck电路为例，给出应用最小二乘算法对该模型的参数进行辨识的方法。通过 Buck电路的滤波电感、滤波电容和电容 ESR的辨识实验验证了这一方法的有效性。     

一种基于改进模型预测控制算法的空间矢量PWM虚拟磁链直接功率控制策略

虚拟磁链定向的空间矢量PWM直接功率控制（VF-DPC-SVM）策略的功率内环PI控制参数整定过程复杂,电压型整流器（VSR）控制稳定性不高、快速性较差。对此,论文提出虚拟磁链定向的改进模型预测直接功率控制（VF-MPDPC）策略。在功率内环用模型预测控制（MPC）算法代替PI控制器改善VSR的控制系能,并引入内模反馈校正环节在每个采样周期修正功率的预测给定值,通过改进的MPC模型实现对瞬时功率的高精度跟踪。仿真分析表明： 改进的VF-MPDPC策略使系统稳态时调整时间短,响应快,电网污染小,输出母线电压质量高,功率纹波小;动态响应鲁棒性高,稳定性能好。     

给定节点数的开关电路拓扑推演

建立了一种以图论为基础的寻找新电路的拓扑推演方法 ,通过对开关状态的穷举和组合形成拓扑 ,并根据电路判据和可控性判据来判定拓扑的有效性。该方法具有系统化、机器化的特点 ,可以广泛地用于寻找软开关、功率因数校正等新型电力电子电路 ,还可以用于开关电容网络的研究。     

Single-Stage Single-Switch High-Power-Factor Electronic Ballast for Fluorescent Lamps

This paper presents an efficient, small-sized, and cost-effective single-switch power-factor-correction (PFC) scheme for high-frequency electronic ballasts. The circuit topology originates from the integration of a buck-boost PFC converter and class-E electronic ballast. Only one active power switch is commonly used by both power stages to save the cost of active switches and control circuits. The active switch is controlled by pulsewidth modulation at a fixed switching frequency and constant duty cycle. The electronic ballast can achieve nearly unity power factor by operating the buck-boost converter at discontinuous conduction mode. With carefully designed circuit parameters, the active power switch can be operated at zero-voltage switching, leading to high circuit efficiency. A prototype circuit designed for a PL-27-W compact fluorescent lamp is built and tested to verify the theoretical predictions. Satisfactory performance is obtained from the experimental results.