双馈风力发电机非线性模型预测控制

在现代风力发电厂中, 需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator, DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力. 风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素, 传统的线性控制器往往难以奏效. 本文针对双馈式风力发电机的功率控制提出了一种非线性模型预测控制方法. 文中的目标函数考虑了现实约束下的经济因素和设定值跟踪能力, 同时降低机组磨损和机械疲劳. 预测值可基于输入输出反馈线性化(Input-output feedback linearization, IOFL)策略来计算. 仿真实验结果验证了所构造的非线性模型预测控制器的有效性.     

双馈异步风力发电机功率控制扰动法仿真研究

双馈异步风力发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频风力发电系统的关键技术,也是保证风力发电机组安全高效运行的关键.介绍了交流励磁变速恒频风力发电的基本原理,提出了功率控制扰动策略.利用定子磁链定向的矢量控制方法建立了双馈异步发电机在d-q坐标系下的数学模型,实现了定子有功功率、无功功率的解耦控制.推导了双馈异步发电机的线性化模型并分析了其特件.利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型,并就主要扰动参数对系统功率控制性能的影响进行了分析.仿真结果验证了功率控制扰动策略的正确性和可行性,为风力发电技术的进一步研究提供了理论依据.     

基于电流滞环的双馈风力发电机功率解耦控制

双馈风力发电(doubly fed induction generator简称DFIG)技术是目前风力发电的主导技术。本文针对DFIG的功率解耦控制,提出了基于电流滞环的PWM控制方法,解决了传统控制技术中控制算法过于复杂的问题。在MATLAB中设计了基于该方法的仿真系统。从仿真实验结果来看,该方法具有良好的实时性,对DFIG的控制有一定的实用价值。     

双馈感应风力发电机组的滑模直接电压控制

为解决PI矢量控制动态响应慢且依赖电机精确参数的问题, 本文将滑模控制与空间矢量调制结合, 提出了一种开关频率固定的滑模直接电压控制(SMDVC)方法, 以实现双馈感应电机(DFIG)的电网同步控制. 实验结果表明, 提出的SMDVC方法具有比PI矢量控制更好的动态性能, 即使在电网电压不平衡工况下, 也能较好地控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

双馈风力发电系统的非线性解耦控制

为了克服双馈风力发电系统基于近似线性化模型的分离控制方法动态性能差,抗扰能力弱的缺点,研究了双馈风力发电系统的精确线性化解耦控制.首先从电力电子装置与电机系统集成的角度,建立了双馈风力发电系统的统一模型;然后应川逆系统理论,推导出其逆系统模型,将其精确线性化成一个伪线性系统;最后运用内模控制理论对其进行综合以提高系统的鲁棒性,实现了双馈风力发电系统的高性能控制.仿真和实验结果表明,该控制策略不仅可以加快系统的响应速度.保证系统的全局稳定性,而且还可以减少所需的直流滤波储能电容,提高系统可靠性.     

双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略

采用矢量控制结合PI控制来实现双馈感应发电机并网时,电机的各种磁链以及电压电流交叉耦合补偿部分都会降低电网电压跟踪的速度,使动态响应性能不够理想,令超调量增大.本文采用变结构控制与全状态反馈线性化解耦相结合的控制策略,来控制双馈感应发电机组的空载并网过程.在MATLAB仿真模型基础上,从空载并网时发电机定子电压对电网电压的跟踪、并网过渡过程中定转子电流变化情况,和并网后功率调节和最大风能捕获这3个阶段进行了仿真分析.最后将非线性变结构控制器与传统矢量控制外加PI调节控制的仿真结果进行了对比分析.结果表明,采用全状态反馈线性化变结构控制的双馈感应风力发电机组,可以实现发电机的平滑并网,并网效果较好,定子电流对电网冲击小,转子电流实现比较平稳的过渡.并网后,发电机能够有效地进行最大风能捕获,实现变速恒频发电和有功、无功功率的独立调节控制.通过与传统矢量控制的比较分析,可以看出,双馈感应风力发电机组采用状态反馈精确线性化变结构控制器比传统矢量PI控制器对电网电压跟踪速度更快,动态响应更快速、调节时间和超调量更小.     

矢量解耦控制级联式无刷双馈发电机研究

由于飞机三级式同步发电机存在CSD(恒速装置),增加了飞机重量,而且发电及容量不能做到很大.提出一种飞机串级式无刷双馈交流发电机系统,去掉了CSD,在发动机转速变化的同时调节控制绕组电流大小实现变速恒频的目的.论文在对串级式无刷双馈发电机定转子磁场进行分析、给出电压和转矩方程的基础上,针对串级式无刷双馈电机的高耦合、非线性和多变量时变性等特点,设计了矢量解耦控制器,实现控制绕组电压与电流之间的解耦,在Matlab/simulink环境下进行了仿真研究,结果表明:利用矢量解耦控制算法对无刷双馈发电机进行分析,实现了变速恒频发电;系统运行良好,具有较好的动态响应特性;所采用的方法是正确的、可行的.     

双馈电机的电流解耦控制研究

在基于定子磁链定向的双馈电机控制系统中,由于传统的稳态下的电压前馈补偿,转子电流dq分量存在小幅度振荡问题,本文中采用了一种新的考虑定子磁链微分的电压前馈补偿方法（文中方法B）,取得良好的电流解耦控制效果。仿真结果验证了该方法的正确性。     

双馈风力发电系统功率解耦控制策略仿真研究

研究风力发电机功率效率优化控制问题,由于外部风力环境变化较大,应保证变换器的稳定性控制。传统的控制方法不但动态和稳态性能差,而且控制策略比较复杂。为了改善控制效果,提高直流电压利用率,采用了SVPWM调制技术,并提出了一种功率解耦控制策略的双脉宽调制(PWM)变换器控制方案。网侧变换器控制直流母线电压的稳定并调节网侧功率因数,转子侧变换器进行矢量解耦控制,调节定子有功和无功功率。仿真结果表明,控制策略能够快速跟踪风速变化,维持直流侧母线电压恒定,输出的电流为正弦波,并且与电网电压同频同相,满足并网条件,实现有功和无功功率的独立调节,对并网风力发电系统的设计研究提供有意义的参考。     

双馈风力发电机阻尼控制方法的改进

为研究双馈风力发电机的低电压穿越特性,建立了磁链状态方程并求解其特征根。对几种典型的改进励磁电流控制方法进行分析,得出此类方法均是通过控制转子电流指令值来加快磁链的暂态衰减,从而提出在电流环参考值的基础上添加定子磁链暂态分量的补偿项,来改善系统欠阻尼特性,针对PI控制器对交流量调节能力有限,引入电流前馈补偿项,对其进行修正。仿真表明,改进的阻尼控制方法加速了暂态磁链的衰减,提高了故障穿越能力。     

运输机低空重装空投增益自适应滑模控制

本文针对带有不确定性且不确定性边界未知的低空重装备空投过程控制问题,提出了基于增益自适应全局滑模的飞行控制方法.该方法采用反馈线性化技术对重装空投过程模型进行线性化,解决了空投模型的强非线性问题,在此基础上,设计了切换增益自适应全局滑模控制器,保证了系统在响应全程的鲁棒性,克服了滑模到达阶段系统初始误差对切换增益自适应过程的影响.提出了一种改进的增益自适应方法,解决了滑动阶段的切换增益过度自适应问题.基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性和鲁棒性.仿真验证了控制方法的控制性能和优越性.     

电网故障下双馈风力发电机网侧变换器的高阶滑模控制

针对电网故障下对双馈风力发电机网侧变换器的影响,本文采用滑模变结构控制方法,提出了采用增加瞬时功率前馈补偿的高阶滑模变结构控制策略,为此首先简要的分析了双馈风力发电机中双脉宽调制（PWM）型变换器的结构和控制原理,然后根据网侧变换器的数学模型,提出对网侧变换器采用电网电压定向欠量控制,以实现交流侧单位功率因数和直流环节电压控制．提出的方法提高了系统响应速度,克服参数变化和外电压波动的影响．仿真结果表明了该策略的有效性．     

异步电机反馈线性化二阶滑模定子磁链观测器设计

为了提高异步电机定子磁链的观测精度,提出了基于反馈线性化的二阶滑模磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到异步电机直接转矩控制中.为更准确的观测磁链,选取转子磁链为系统输出,运用微分几何理论将异步电机系统的输入/输出线性化,得到以转子磁链为输出的异步电机反馈线性化模型.在此基础上设计基于Super-twisting算法的二阶滑模转子磁链观测器,实现对转子磁链的准确估算,并对所设计的观测器进行稳定性分析.然后再利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.将该观测器用于异步电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于非线性干扰观测器的飞机全电刹车系统滑模控制设计

飞机防滑刹车具有典型的强非线性、强耦合和参数时变等特点, 并且跑道环境的干扰容易对飞机的地面滑跑性能造成不利影响. 本文提出了一种基于非线性干扰观测器的飞机全电防滑刹车系统滑模控制设计方法. 首先, 考虑了实际刹车不确定性干扰条件下的防滑刹车动力学建模问题, 通过对高阶非线性刹车系统进行反馈线性化处理, 简化了基于严格反馈的模型. 其次, 基于对主轮打滑原因的深入分析, 设计了非线性干扰观测器对干扰进行在线估计, 并在控制律设计中引入补偿部分. 通过构造递归结构的快速终端滑模控制器来跟踪实时变化的最佳滑移率并建立稳定性条件, 实现了飞机全电防滑刹车系统的有限时间快速稳定并有效抑制了主轮锁定打滑. 通过在不同跑道状态下进行模拟仿真, 验证了本文提出的飞机防滑刹车控制策略可以有效地提高刹车效率.     

反馈线性化与滑模控制方法在发动机不稳定燃烧主动控制中的应用

以发动机不稳定燃烧过程为研究对象,建立起发动机不稳定燃烧力学系统与控制系统的数学模型,进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控线性系统,然后设计了滑模控制器.仿真结果表明,具有跟踪精度高、响应速度快、抗干扰能力强的反馈线性化与滑模控制方法,在发动机不稳定燃烧主动控制中有一定的潜力.     

基于滑模观测器的直线伺服系统反馈线性化速度跟踪控制

在许多高速、高精的直线伺服系统中,要求能实现对速度的快速精确跟踪,但其模型的非线性和变量间的耦合给控制带来难度.对高速、高精速度跟踪控制中,电流和速度的变化过程在时间尺度上相对接近,不能简单地采用磁场定向矢量控制方法实现静态解耦,否则电流和速度间的非线性耦合将破坏速度跟踪品质.采用状态反馈线性化方法来实现永磁直线同步电动机(PMLSM)模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.通过扩展滑模观测器来实现对所需要的动子速度、加速度和负载扰动的鲁棒观测.并利用李雅普诺夫理论对由反馈线性化和滑模观测器构成的非线性闭环系统的稳定性进行了证明.仿真结果表明该方案使PMLSM伺服系统具有良好的鲁棒速度跟踪性能.     

基于反馈线性化的TCSC滑模控制

针对含可控串联补偿(Thyristor Controlled Series Compensation,TCSC)的电力系统非线性强及易受外部扰动的特点,应用反馈线性化方法和滑模变结构控制理论,设计了提高系统稳定性的可控串联补偿滑模控制器。通过引入反馈控制变量,基于状态反馈线性化理论实现了对非线性模型的精确线性化。采用极点配置方法设计滑模切换函数,从理论上保证发电机转子方程具有期望的极点。为了减小抖振采用指数趋近律和准滑动模态方法求取滑模控制律,使得设计的可控串联补偿非线性控制律形式简洁,鲁棒性好。为了验证该控制策略的有效性,在Matlab/Simulink环境下建立了基于反馈线性化的可控串联补偿滑模控制系统仿真模型,进行了仿真研究。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,设计的控制器能有效地阻尼系统振荡,增强系统的暂态稳定性。     

反馈线性化最优滑模变结构励磁控制

将滑模变结构控制具有对摄动的完全自适应性与反馈线性化理论和最优控制理论结合起来,针对励磁系统,提出了一种基于反馈线性化最优的滑模变结构控制方法,给出了控制器的设计过程,避免了通常设计滑模变结构控制器时参数选取的盲目性,保证系统运行在较佳状态,且按指数趋近律设计的滑模变结构控制器不易产生抖动。仿真结果表明,这种方法能够充分发挥滑模变结构控制的鲁棒性优点,对电力系统具有较好的稳定作用。