SMES装置用VSC双闭环功率控制系统设计

针对多环控制系统参数整定复杂,理论计算值难以直接使用的问题,以超导磁储能装置中的VSC为分析对象,研究其四象限功率控制系统的参数整定方法。首先给出VSC数学模型及控制系统结构,进而推导出各环PI参数计算公式,研究PI调节器限幅环节设定方法及其依据。随后使用Matlab/sisotool工具箱及PSCAD/EMTDC仿真软件,分别基于传递函数模型和电磁暂态模型分析PI参数变化对VSC跟踪阶跃型功率指令能力的影响,总结电流环和功率环参数调整方法。最后,针对VSC有功电流控制能力不对称的特点,提出一种可变参数的PI调节器予以适应。仿真结果表明,该方法具有良好效果。     

基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统

为优化双闭环直流电机控制系统、减小双闭环控制系统中传统PI控制器速度超调、解决模糊直流电机控制系统中电流环PI参数调节不能很好地发挥电流反馈作用的问题,提出一种双模糊闭环控制系统,在此双模糊闭环系统中,速度环和电流环均采用模糊控制,通过衰减比例法对双闭环调节器相关参数进行整定。实验仿真结果证明了双模糊闭环控制系统在直流调速控制系统中实现了对转速和电流的有效控制,更优于传统的控制方法。     

刚性联接双电机系统功率平衡控制策略

针对刚性联接双电机系统因参数摄动和负载变化导致的系统输出功率不均衡问题,基于转矩闭环矢量控制系统,提出了一种自抗扰模型预测(ADRC-MPCC)转矩交叉耦合功率平衡控制策略。首先,建立刚性联接双电机系统的统一数学模型,基于该模型分析了功率不平衡产生的原因;其次,通过确定合适的转矩反馈补偿系数,提高了系统中双电机的同步性能;最后,设计自抗扰控制器对转速环、磁链环和转矩环的扰动进行估计和补偿,并通过简化模型预测控制方法对逆变器开关状态进行选择,减少了控制器的运算时间。仿真与实验结果表明,提出的控制策略实现了参数摄动和负载扰动情况下刚性联接双电机系统的输出功率平衡,验证了功率平衡控制策略的有效性。     

基于直接功率控制的三电平PWM整流器设计

针对直接功率控制的三电平电压型脉宽调制(PWM)整流器的性能要求,提出一种基于直接功率控制的整流器控制系统和主电路参数的简化设计方法。根据整流器动、静态性能指标提出直流母线电压、进线电感、直流侧电容的约束条件,以满足约束条件为前提设计三电平PWM整流器主电路电感和电容参数。通过仿真比较研究基于滞环比较器和基于功率内环、电压外环的双闭环比例积分(PI)控制器两种直接功率控制策略的动、静态特性。依据仿真结果研制基于功率内环和电压外环双闭环控制策略的三电平PWM整流器实验平台,实验结果表明,该系统具有良好的动、静态特性。     

基于VSC整流站的模型预测控制器

针对传统VSC系统使用的双闭环PI控制系统存在的PI参数多且整定困难,系统响应时间长等问题,提出了一种基于VSC-HVDC整流侧的有功、无功功率控制策略.详细描述了该控制策略的实现过程,并结合仿真实例进行说明和验证.在MATLAB中搭建了向无源网络供电的VSC-HVDC整流侧系统,对整流侧的有功功率、无功功率进行仿真分析.仿真结果表明,与传统的双闭环PI控制系统相比,提出的控制策略具有更好的动态响应性能.     

基于前馈解耦的永磁同步电机控制系统研究

由于永磁同步电机(PMSM)的前馈解耦采用双闭环的控制器,其全系统的传递函数已高于二阶,导致了控制器参数整定困难。通过分析PMSM以及其解耦控制的速度环和电流环的数学模型,提出了双闭环控制器中被控制量与PMSM数学模型之间的联系,构造出了基于拉氏变换的全系统简化模型,为双闭环控制器的PI参数整定提供了理论依据。针对已构建的全系统传递函数模型的高阶特性,提出了根据劳斯稳定判据来整定PI参数的方法,并在Simulink中进行了实验仿真。仿真结果表明,整定后的参数能够使系统快速趋于稳定,并且具有较好的鲁棒性。     

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。     

基于Simplex算法的VSC-HVDC控制参数优化

以电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的稳态模型为基础,根据VSC功率传输方程的直角坐标形式,采用逆系统方法和PI控制相结合的方法设计了VSC的有功功率和无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。基于非线性单纯形Simplex算法,对PI控制参数进行优化。PSCAD/EMTDC下的仿真结果表明,通过参数优化,VSC-HVDC控制目标的最大误差百分比低于1.5%;同时也证明所设计的控制系统能独立控制有功功率和无功功率。     

基于蚁狮优化算法分数阶PI的PMSM矢量控制

针对永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制系统中传统工程经验比例积分(PI)参数整定易出现超调、振荡、鲁棒性不强等问题,提出采用分数阶PI(FOPI)控制器应用于系统的转速外环,并利用蚁狮优化(ALO)算法对FOPI控制器进行参数优化.该算法利用自然界中蚁狮狩猎蚂蚁的过程,将待优化的参数看作蚁狮个体所处空间位置,并利用...     

供电无源网络的VSC-HVDC系统控制器及PI参数研究

电压源型高压直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)在无源网络供电领域具有较好的应用前景。首先分析了向无源网络供电的两端VSC-HVDC的系统结构和工作原理,建立了系统在d-q同步旋转轴下的欧拉-拉格朗日数学模型;其次设计了PI双闭环和无源双闭环2种控制器;再次提出了基于对称最优法的外环控制器参数整定方法;在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的两端VSC-HVDC仿真系统,分别采用PI双闭环和无源双闭环控制器,对无源网络负荷功率变化和电压下降2种工况进行了仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制参数整定方法是正确有效的,设计的无源双闭环控制器和PI双闭环控制器都可以实现电压、电流的快速精准控制,使无源网络电压稳定在给定值,相对而言,无源双闭环控制器的动态控制性能更好。     

超导磁储能系统自抗扰控制策略研究

本文针对电压源型换流器(voltage source converter, VSC)的超导磁储能(superconducting magnetic energy storage, SMES)系统,设计了一款自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)。首先,分别建立了SMES的交流侧VSC、直流侧斩波器数学模型;其次,基于非线性扩张状态观测器和线性误差反馈律设计了SMES的交、直流侧ADRC;然后,通过描述函数法分析了ADRC的稳定性;最后,在MATLAB/Simulink平台中搭建了仿真模型。仿真结果表明,与传统PI控制相比,ADRC具有更好的动态响应性能和抗扰动特性,并针对系统参数的不确定性具有更好的鲁棒性,有效地提高了SMES的运行可靠性。     

基于超导储能装置的配电网谐波与电压凹陷补偿技术

针对非线性冲击负载引起的电压凹陷大、电网谐波比重大和功率因数低等电能质量问题,提出了一种基于超导储能技术的三相电压源型变流器(voltage source converter,VSC)反馈伪线性化控制方法。在三相VSC数学模型中使用逆系统,达到直流电容、电压和无功电流的完全解耦,并构造出伪线性系统。设计了斩波器的电流调节控制系统,充分发挥了超导储能的续流能力。设计了内电流环控制器,解决了诸多电能质量问题,并对VSC容量进行最优整定。     

基于输入/输出反馈线性化的SMES控制策略研究

由于超导磁储能系统(SMES)的非线性特性,精准的控制策略是SMES实际应用的基础。文中提出了一种基于新型非线性鲁棒控制的SMES功率控制策略。建立了电压源型SMES的交流侧变流器以及直流斩波器两部分的数学模型。根据反馈线性化原理,设计了SMES基于输入/输出反馈线性化控制策略。仿真结果表明,基于输入/输出反馈线性化控制的SMES对功率指令具有优秀的跟踪能力,同时能够快速稳定直流侧电压。与SMES的经典PI控制策略进行对比分析,所提出的控制策略具有更好的鲁棒性和快速收敛性。     

Superconducting magnetic energy storage controller design and stability analysis for a power system with various load characteristics

A simultaneous active power and reactive power (P–Q) control scheme of superconducting magnetic energy storage (SMES) unit is proposed to enhance the damping of a power system. In order to control the P–Q modulation to the power system, a proportional-integral (PI) controller is used to provide a supplementary damping signal. The parameters of the PI controller are determined by a systematic pole assignment method based on modal control theory. Both static load and dynamic load are included to improve the system model fidelity. Eigenvalue analysis and time-domain nonlinear simulation, using a power system incorporating a composite load, are illustrated to validate the effectiveness of the proposed PI SMES controller for the damping of the studied system over a wide range of operating conditions. The control scheme also shows that the stability margin of the power system is expanded.     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

Design and modeling of SMES based SAPF for pulsed power load demands

In this article, a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) based Shunt Active Power Filter (SAPF) topology is proposed to compensate high power pulsating load demands in a power system. The SMES based SAPF is designed and modeled to realize as an efficient compensator for the compensation of pulsed power load demands. The conventional SAPF is efficient to mitigate the power quality problems in a power system unless there is high power pulsating load demands, transient conditions or power fluctuations. Particularly, a Modified Synchronous Reference Frame (MSRF) control algorithm has been implemented to generate proper switching signals for the three-phase Voltage Source Converter (VSC) of the SMES based SAPF. In the simulation, it has been seen that the SAPF is incompetent under high power pulsating load demands whereas the SMES based SAPF has shown excellent performance under such load conditions. Moreover, a comparative analysis has been made between the conventional SAPF and the SMES based SAPF under pulsating load conditions, to check the effectiveness of the SMES based SAPF. The performance of the proposed system is presented by using Sim Power System (SPS)/MATLAB Simulink and real-time digital simulator laboratory (RTDS-Lab).     

柔性直流输电系统阻抗稳定性分析

采用基于ESAC(energy system analysis consortium)标准的阻抗分析方法分析了柔性直流输电系统(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)的阻抗特性和稳定性。首先建立了柔性直流输电系统的等效电路,进而通过其复频域等效电路分析了VSC-HVDC柔直系统的阻抗特性,并由ESAC标准的阻抗分析法提出了判断VSC-HVDC柔直系统稳定性的实用判据。然后在复频域中得到了柔直换流站在不同PI控制参数下的Nyquist曲线以确定柔直系统的稳定性。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行了时域电磁暂态仿真,其稳定性结果与在复频域中的计算结果一致,进一步验证了所提出的稳定判据的正确性。     

基于预测控制的微电网SMES系统涡流损耗抑制方法

针对传统PWM调制方法应用于超导磁场储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)系统中造成的涡流损耗问题,本文提出一种基于预测控制的微电网SMES系统涡流损耗抑制方法。首先,建立了SMES系统离散域预测模型,并以VSC网测电流和母线电容电压为状态变量,推导出了SMES系统的价值函数评估方法。进而,对比了PWM调制和预测控制时直流电流谐波分布规律,并对此时超导线圈中存在的涡流损耗加以评估。最后,基于50 k W样机对SMES系统预测控制方法的可行性进行验证分析,得出高幅值谐波分量将产生高涡流损耗的一般性关系,验证了预测控制方法较PWM调制在抑制涡流损耗特性方面的优越性。     

Enhancement of transient stability by fuzzy logic-controlled SMES considering communication delay

This paper presents a fuzzy logic-controlled superconducting magnetic energy storage (SMES) for the enhancement of transient stability in a multi-machine power system. The control scheme of SMES is based on a pulse width modulation (PWM) voltage source converter (VSC) and a two-quadrant DC–DC chopper using gate-turn-off (GTO) thyristor. Total kinetic energy deviation (TKED) of the synchronous generators is used as the fuzzy input for SMES control. Communication delays introduced in online calculation of the TKED are considered for the actual analysis of transient stability. Global positioning system (GPS) is proposed for the practical implementation of the calculation of the TKED. Simulation results of balanced fault at different points in a multi-machine power system show that the proposed fuzzy logic-controlled SMES is an effective device for transient stability enhancement of multi-machine power system. Moreover, the transient stability performance is effected by the communication delay.     

有源功率因数校正电路控制方法的研究与仿真

如何结合整个控制系统,设计满足要求的有源功率因数校正电路已成为实际应用中必须面对的问题。主电路运用简单高效的Boost型功率因数校正电路,并在电路控制系统采用电流、电压两个闭环,对电流环采用PI控制。用Simulink软件建立了仿真电路,分析PI参数在电力电子开关控制中对输出电压的影响,证明了双闭环PI控制方法解决谐波污染的有效性。