基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制

针对直流微电网中母线电压控制问题,设计一种基于鲁棒扰动观测器的动态补偿控制策略,完成DC-DC变换器的电压补偿。首先,在直流微电网系统架构的基础上对母线电压波动进行理论分析。其次,建立直流微电网系统的DC-DC变换器状态空间数学模型,得到控制系统的输入输出关系。根据鲁棒双互质分解和尤拉参数化稳定控制器理论,得到基于鲁棒扰动观测器的控制架构,应用模型匹配理论反向补偿电流扰动所产生的输出值。通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解电压环补偿控制器,并根据DC-DC变换器的动态结构图设计电流环补偿控制器。半实物仿真结果表明,该架构能够在不改变原系统结构参数的前提下,提升DC-DC变换器的动态性能,抑制负载投切、功率波动以及交流侧负载不平衡等引起的直流母线电压波动,增强系统的鲁棒性。     

微电网多逆变器并联分散动态扰动补偿控制策略

为增强微电网孤岛运行时对电压波动、环流、谐波和三相不平衡的抗扰动能力,提出基于鲁棒残差生成器的多逆变器并联分散动态扰动补偿控制策略。首先,考虑多逆变器并联的环流影响,建立准稳态条件下含线路参数的多逆变器并联状态空间模型,在下垂控制的基础上将并联状态空间模型转化为分散的单台逆变器模型,基于逆变器模型对电压波动、环流、谐波、三相不平衡和功率波动进行扰动分析。其次,针对逆变器双闭环控制结构,从扰动对消的角度设计动态补偿控制器Q(s),并将其控制信号作用于电流环的输入端,实现与原系统电流给定信号的叠加,从而达到对扰动信号联合补偿的效果。该方法简化了电流环二次动态补偿控制的结构,实现了Q(s)的低阶理论推导。然后,在每台并联的逆变器中加入鲁棒残差生成器和动态补偿控制器Q_i(s),并根据本地信息推导Q_i(s)的参数表达,实现多台逆变器间相互影响的进一步解耦。最后,在RTDS平台上设计了3台逆变器并联的硬件在环实验,验证了所提策略的有效性。     

计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略

针对直流微电网电能质量问题与环流问题,提出一种计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略.此策略在直流下垂控制的基础上,首先分析直流微电网扰动问题及并联状态下的环流问题;其次建立Buck型与Boost型多DC-DC变换器并联的状态空间模型,推导基于残差的变换器动态分散补偿结构,该结构直接在电压环输出端进行补偿,通过扰动抵消计算补偿控制器Q*(s).采用小信号稳定性分析方法证明本文补偿结构的稳定性;最后基于RTDS搭建数字物理实验平台,以相同与不同类型变换器并联为例进行实验验证.该结构能够加快分布式电源及公共负荷投切时直流母线电压动态响应速度,有效地抑制了环流影响和交流侧不平衡情况引起的直流母线电压二倍工频扰动,维持了电压的一致性,保证了母线电压的稳定,有助于实现分布式电源的"即插即用"技术.     

基于残差生成器的分散补偿控制策略

在直流微电网中,母线电压稳定是维持系统正常运行的关键。负载投切和分布式微源功率波动都会对直流母线电压的稳定造成影响。针对上述问题提出一种基于残差生成器的分散补偿控制策略。首先,将Boost变换器模型进行线性化处理得到其状态空间方程。其次,设计直流I—V下垂控制以及电压偏差补偿控制。最后,针对电流扰动设计基于残差生成器的补偿控制结构,并通过模型匹配求解补偿控制器。通过仿真实验可知,该控制结构在不改变原系统控制结构的前提下,可以有效地解决直流母线电压波动问题,增强整个直流微电网系统的鲁棒性。     

基于鲁棒残差观测器的分布式电网动态补偿控制

为了增强分布式电网对电压波动、谐波和三相不平衡的抗干扰能力,针对电压型逆变器设计了一种基于鲁棒残差观测器的分布式电网动态补偿控制策略。首先以dq轴坐标系为基准,建立电流基波和非基波分离的逆变器状态空间模型,依据所设计的动态补偿控制结构将电能质量问题分解定义为逆变器dq坐标系下状态空间模型的扰动输入。其次根据鲁棒尤拉参数化稳定控制器理论推导出基于鲁棒残差观测器的动态补偿控制结构,并对其正确性加以证明。然后参考鲁棒模型匹配原理使用线性矩阵不等式(linearmatrix inequality,LMI)对电压动态补偿控制器进行求解,同时完成电流环控制器的二次动态补偿,并通过小信号稳定性分析证明系统的稳定性。最后将鲁棒残差观测器动态补偿结构加入到逆变器双闭环控制中,改善分布式电网电压的电能质量问题,并在AppSIM半实物仿真系统平台上验证其有效性,其结果证明该策略可以在不改变原控制系统结构和参数基础上,提升抗干扰能力和鲁棒控制效果。     

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

基于鲁棒下垂控制策略的微网平滑切换

针对传统下垂控制作用下微网的运行状态平滑切换问题,利用滑模控制算法设计新的鲁棒下垂控制策略,通过增加滑模补偿控制环节来提高传统下垂控制的鲁棒性。首先采用相角-电压设计下垂控制,然后根据下垂控制结构和有功功率动态方程,建立非线性状态空间方程,应用滑模控制算法设计非线性补偿控制器,将该控制器产生的补偿信号附加到电压环上,使得微网运行状态切换时的功率振荡减小,保证微网暂态运行稳定性。算例结果验证了所提策略的有效性。     

Y源高增益DC-DC变换器滑模控制技术的研究

针对传统升压电路升压能力不足的缺陷,提出一种新型耦合电感高增益直流变换器（Fibonacci switch capacitor-Y sources DC-DC converter,FSCYS）。采用动态响应性能和鲁棒性能优越的滑模变结构控制,实现了优于PID控制的直流闭环滑模控制器设计。利用Matlab/Simulink软件仿真及实验对比了两种控制方式在输入电压和负载扰动下的动态性能。仿真和实验表明：滑模变结构控制以其简单的建模方式、超快的动态响应和较强的鲁棒性等特点适合高阶直流变换器的闭环控制。     

多胞LPV模型的Buck变换器鲁棒增益调度控制

针对输入电压和输出负载发生变化会影响Buck变换器动态特性的问题,建立了Buck变换器多胞线性变参数(linear parameter-varying,LPV)模型,同时引入多胞优化技术,基于线性矩阵不等式(LMI)最优化的方法,利用状态反馈将闭环系统的极点配置到满足动态响应要求的特定区域,设计了一种基于多胞线性变参数模型的Buck变换器鲁棒变增益控制器。仿真结果表明,无论是在负载电阻突变或者输入电压突变的情况下,还是存在负载扰动电流的情况下,所设计的鲁棒变增益控制器都能够使Buck变换器保持稳定的电压输出和良好的动态特性。     

双闭环直流调速系统动态补偿控制器的在线优化设计

双闭环直流调速系统广泛应用于带钢热连轧等复杂工业过程,该文针对轧机传动系统由于咬钢过程导致的调速系统动态性能下降问题,建立主传动系统机电耦合模型,并利用基于残差生成器的容错控制框架,进行主传动系统的动态补偿控制器设计。选取控制器输出和调速系统输出作为目标控制函数的性能指标约束,采用基于梯度下降的数据驱动方法,实现动态补偿控制器参数矩阵的在线迭代优化,提高电机调速系统在负载扰动影响下的鲁棒性能和抗干扰性能。仿真与实验结果均表明:该算法能够减少电机转速下降幅度,改善传动系统调速性能,提高闭环控制系统稳定性,并能有效缩短带钢头部长度。     

基于ESO与终端滑模控制的直流配电网母线电压控制

针对直流配电网中母线电压控制问题,在双向AC/DC变换器传统双闭环控制器的基础上,设计一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和终端滑模的非线性鲁棒电流前馈控制器,在不需要增加额外电压/电流传感器的情况下实现对系统内扰动的快速跟踪,有利于直流配电网中分布式电源与负荷的扩展和即插即用。传统电流前馈控制需要多个电流传感器采集负载电流信息,利用ESO与终端滑模控制理论将电流前馈控制系统转变为以直流母线电压为输入信号的非线性鲁棒电流前馈控制器,有效避免额外传感器的加入,减少装置费用,并且ESO可对系统各状态以及系统模型的不确定性和外部扰动进行实时跟踪,实现对系统中母线电压波动的快速抑制。软件数值仿真结果表明,该控制器表现出良好的控制效果和鲁棒性,对于直流母线电压波动具有很好的稳定效果。     

移相全桥变换器无源性控制研究

介绍了移相全桥变换器的基本结构和工作原理,在分析变换器占空比丢失的基础上,建立变换器基本矩阵数学模型。为改进普通PID控制器的控制效果,将无源控制策略运用于变换器的电压控制。针对负载扰动,系统谐振程度未知,输出电压偏离参考值的问题,引入覆盖扰动量的鲁棒因子,使输出电压稳定性得到保证。仿真实验验证了带鲁棒因子的无源控制器能实现变换器输出电压稳定、动态响应迅速且鲁棒性好。证明了无源性控制策略运用于移相全桥变换器可行性与有效性。     

用于SC/BA的DC/DC变换器鲁棒建模与控制设计

超级电容/电池(SC/BA)通常用于可再生能源波动功率的抑制,其一般通过双向DC/DC变换器接入直流系统,并控制直流母线电压的稳定。首先建立了一种新型DC/DC变换器的多胞模型,将SC/BA输入电压波动以及负载不确定性纳入鲁棒模型设计;进而采用基于线性矩阵不等式方法的最优线性二次型控制,设计了系统鲁棒最优二次型控制器。实验结果表明,相比传统比例积分(PI)控制,所提控制方法具有良好的鲁棒性,可以保证宽范围输入电压工况下DC/DC变换器输出电压稳定运行,且具备良好的动态性能。     

Boost PFC变换器电流前馈控制研究

正功率因数(Power Factor Correction,PFC)变换器的负载发生扰动时,若仅仅通过电压控制器进行调节,直流输出电压会出现较大的波动,严重影响系统的动态特性。针对上述问题,在分析变换器实现单位功率因数运行的工作原理基础上,建立了系统的小信号模型,并构建系统的等效电流环模型以及对电压外环模型进行了简化。在小信号平均模型的基础上,设计负载电流前馈控制器,确定了前馈系数。结合仿真和试验验证了分析设计的正确性,明显提高了系统对负载扰动的抗干扰能力。     

DC-DC升降压变换器协同控制器设计

针对DC-DC升降压变换器存在负载电阻扰动的问题,提出一种基于扰动观测器的协同控制器策略。使用非线性扰动观测器技术对负载不确定性扰动进行估计,再将其观测值代入所设计的协同控制器中,构建一种基于非线性扰动观测器的协同控制算法,达成鲁棒稳定跟踪期望电容输出电压的目的。通过一系列仿真对比,验证了该方法的可行性以及有效性。     

直流微电网内双向DC-DC变换器的自抗扰控制研究

针对传统PI控制直流微电网中双向DC-DC变换器造成的输出电压波动大、动态响应缓慢的问题。设计了一种基于干扰补偿的自抗扰控制器(ADRC),采用电压电流双闭环控制策略。其中,外部电压环采用非线性ADRC,提高了控制器的鲁棒性,内部电流环采用控制参数少的线性ADRC,解决了调参困难的问题。对所建控制器进行MATLAB/Simulink仿真,结果表明,ADRC控制解决了传统PI控制中超调量与响应时间难以兼顾的矛盾,与PI控制器相比,在响应速度和抗干扰能力上有显著提高,有效实现了对母线电压的控制。     

孤岛微网DC/AC逆变器电压H∞鲁棒控制

DC/AC逆变器控制策略的优劣直接影响到孤岛微网系统电压质量水平,针对其在电压环采用PI控制时的抗干扰和参数摄动性能不佳问题,提出了一种电压H_∞鲁棒控制方法。该方法采用集中式二次电压调节,恢复了由传统下垂控制造成的电压频率跌落。通过将负荷电流视为外部扰动输入量,建立了孤岛微网简化数学状态空间模型;基于混合灵敏度优化问题选择加权函数W_1、W_2、W_3,设计了电压H_∞鲁棒控制器,以提高DC/AC逆变器的抗扰动能力,同时优化其在系统参数摄动时的鲁棒性能。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的可行性,并表明了电压H_∞鲁棒控制器能够保证DC/AC逆变器具备较强的抗干扰和鲁棒稳定性能。     

基于多组储能动态调节的独立直流微电网协调控制

针对独立运行的直流微电网,提出基于多组储能系统动态调节的协调控制策略。孤岛运行模式下,分布式电源采用最大功率点跟踪(MPPT)控制,并选择配置多组储能来维持母线电压稳定。通过设计带有电压前馈补偿的模糊下垂控制动态调整负荷功率分配,实现不同储能单元荷电状态(SOC)的快速均衡,保证多组储能单元之间的协调运行,并可减小母线电压波动。当储能系统因满充等原因退出运行后,分布式电源由MPPT控制切换为下垂控制,并根据自身的最大功率自动调整负荷功率分配,确保重要负荷正常供电和微电网的安全运行。同时,在分布式电源下垂控制器的功率环节增加前馈补偿控制,减小该模式下母线电压波动。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提的控制策略可有效减小电压波动并能实现独立直流微电网稳定运行。     

基于扩张状态观测器的直流电动机转速自抗扰控制器设计

针对直流电动机速度控制系统负载的未知时变特性和被控对象参数的不确定性,首先建立直流电动机速度系统的模型,将不确定性负荷扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的直流电动机速度鲁棒控制器。仿真结果证明:该控制器不仅有效地抑制了不确定负荷扰动的影响,同时对系统内部参数如电动机转动惯量、电枢电阻、转矩常数等的摄动也具有较强的鲁棒性。     

孤岛微网并联逆变器环流抑制与母线电压控制

针对孤岛微网中采用传统下垂控制的并联微源逆变器之间存在较大环流及母线电压和频率偏移问题,文中从环流的一般性定义出发,分析了环流与负荷功率分配之间的定量关系,在此基础上将环流抑制问题转化为功率精确分配问题,并提出了一种母线电压和频率自恢复的改进鲁棒下垂控制方法.将PI控制器引入无功电压控制环中,实现无功功率的精确分配并加...