动态电压恢复器控制策略的研究与仿真

简要分析了动态电压恢复器(DVR)常用的电压、电流双闭环PID控制策略,指出了该控制策略的不足.为了优化动态电压恢复器的输出性能,提高输出精度,经过理论分析,将常用的电压、电流双闭环PID控制和重复控制方法结合,形成复合控制方法,并介绍了控制器的设计.采用MATLAB/SIMULINK建立了逆变器的仿真模型,仿真结果表...     

基于参数辨识的医用梯度电源模型的预测电流控制策略

为提高医用梯度电源输出电流动态响应速度,减小稳态误差,提出一种基于变遗忘因子参数辨识的模型预测电流控制策略。根据输出电流与参考值误差大小在线调节变遗忘因子,结合变遗忘因子最小二乘法参数辨识实现医用梯度电源负载的精准在线辨识,提高了辨识的跟踪速度和稳态精度。利用辨识的负载参数结合模型预测控制,建立输出电流的精确预测模型,实现输出电流的超前预测。实验验证了对比传统的PI控制,提出的控制策略具有更快的输出电流动态响应速度,更小的静态误差。     

无直流储能直接AC/AC动态电压恢复器及其预测控制

基于电压源型逆变器的传统动态电压恢复器,需使用大容量电解电容进行直流储能,体积重量大,成本高。为此,提出一种基于直接AC/AC变换的动态电压恢复器,该方案不需使用直流储能元件,易于维护,换流过程简单,动态响应速度快,能够有效补偿电网电压波动。针对所提出的动态电压恢复器,设计与之相适应的工作模式、非互补控制换流过程,并使用离散全维状态观测器设计预测控制策略。与现有的瞬时电压控制策略相比,由于控制信号已在前一周期经状态预测并执行控制算法后得到,当前周期可直接更新控制信号,省去了算法执行时间,提高电压恢复能力。设计实验样机,实验结果验证了所提方案的有效性。     

基于MPC的MMC-HVDC子模块均压控制策略

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计和易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了广泛应用。为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)运行的动态响应速度,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)与改进的子模块均压控制策略相结合的方法,通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统的内环电流控制器与外环控制器中PI参数整定困难和动态响应慢的问题。最后,在PSCAD-EMTDC软件平台搭建了21电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果验证了控制策略的有效性和可行性。     

基于输入端电压动态分量优化的PWM整流器模型预测控制

为了提高三相电压型脉宽调制(PWM)整流器的动态响应速度和控制精度,提出了一种基于整流桥输入端电压动态分量优化的模型预测功率控制算法。首先,建立了三相PWM整流器dq旋转坐标系下的功率数学模型,分析了传统基于比例-积分(PI)控制器的直接功率控制算法的工作原理。然后,针对传统基于PI控制器的直接功率控制算法的内环功率PI控制器参数设计复杂及动态响应速度慢等缺点,从整流桥输入端电压动态分量优化的角度出发,借鉴模型预测控制思想,通过评价函数预测最优动态分量,在取消了功率内环PI控制器的同时提高了系统的动态响应速度和控制精度。最后,对所提模型预测功率控制和传统基于PI控制器的直接功率控制算法分别进行半实物实验对比研究,实验结果证明了所提算法的正确性和有效性。     

任意负载条件下动态电压恢复器的复合谐振控制策略

针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐波电压所对应的谐波电流成分并控制DVR产生反向的谐波电流,间接消除了DVR输出电压中的谐波成分,显著提高了动态电压恢复器对任意负载特别是对非线性负载的电压补偿能力。实验验证了所提控制策略的有效性。     

改进的动态电压恢复器控制策略研究

简要分析了动态电压恢复器（DVR）的开环控制策略,指出了该控制策略对系统的不利影响。提出了一种基于干扰电压前馈的新的控制策略,增加了系统的稳定裕度,提高了系统的动态响应速度。并通过仿真验证了改进控制策略下DVR补偿的有效性。     

一种直流动态电压恢复器的拓扑分析与控制

针对直流配电网中存在的电压暂降和跌落问题,设计了一种新型直流动态电压恢复器(DC-DVR)。拓扑采用隔离型高频DC/AC/DC结构,提高了电压补偿范围和系统的安全性,减小了设备体积。系统控制算法采用基于外推预测电压算法的双环比例积分(PI)控制,根据负载的电压信息,通过外推预测算法对负载的电压进行无差拍预测,提升系统的动态响应速度,电压、电流环的PI控制保证了系统的响应速度和输出的稳态精度,使整个系统具有良好的动态和稳态特性。最后仿真和实验验证了新拓扑的正确性及控制算法的有效性。     

基于模型预测控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

为提高基于模块化多电平换流器的直流输电系统(MMC-HVDC)电流内环的动态响应速度,提出了一种MMC-HVDC系统的模型预测控制(Model predictive control, MPC)方法。该方法通过预测模型、反馈校正和滚动优化得到最优的电压控制量,克服了传统双闭环控制PI参数整定困难和动态响应慢的问题。针对外环PI控制器参数对系统参数敏感的问题,对PI控制器参数进行了自适应调整,根据控制器的输入偏差和输出的大小来调整PI参数,提高了控制器的鲁棒性。针对子模块电容的均压问题,采用了基于排序法的最近电平调制(NLM)均压调制算法,有效地实现了子模块电容电压的平衡。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了5电平的MMC-HVDC系统仿真模型。仿真结果表明了该控制策略的有效性和可行性。     

基于超级电容储能的动态电压恢复器研究

针对微电网电压闪变问题,研究了基于超级电容器储能的新型动态电压恢复器(DVR)系统。通过引入超级电容器储能,有效的利用了超级电容器极高的充放电能力和电荷储存能力,使动态电压恢复器在补偿电压时能快速提供稳定的电压。此外,通过研究基于超级电容的动态电压恢复器的控制策略,采用前馈加反馈的双闭环控制,引入了电容电流反馈,提高了系统的动态响应速度和控制精度。由于直流电源放电功率的提高,动态电压恢复器适用于频繁出现电压跌落的微电网线路,并且对阻性负载和阻感性负载有较好的适应性。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

Discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive control for three-level voltage source inverters

This paper proposes a discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive controller for three-level neutral-point-clamped inverters in grid-connected applications. The proposed strategy is based on cascaded model predictive control (MPC) for controlling the grid current while maintaining the capacitor voltage balanced without weighting factor. To enhance the closed-loop performance, the external MPC evaluates 19 basic and 138 virtual vectors (VV) of the proposed space vector method. The optimal control voltage is then selected using an extended deadbeat method to reduce the execution time of the proposed control algorithm. By using the discrete space vector modulation principle, the VV are synthesized based on switching sequence (SS) and are divided into negative and positive SSs considering their impact on the neutral point (NP) potential. The inner MPC evaluates both types of SSs and selects the one that keeps the capacitor voltage balanced. Various controllers are evaluated and compared against the proposed control strategy. The results show that the proposed strategy improves performance without weighting factor, while maintaining a total harmonic distortion of current to be less than 2%. Compared to the modulated MPC which provides the same fxed switching frequency, the proposed controller reduces the computational burden by over 50% while also providing better NP voltage balance accuracy     

基于混合控制集预测控制的永磁同步电机电流脉动抑制方法

模型预测控制(MPC)技术近年来在高动态性能电机驱动系统中应用广泛。为了克服传统MPC技术中有限控制集(FCS)造成的稳态电流脉动问题,提出了一种基于混合控制集(MCS)预测控制的永磁同步电机(PMSM)电流脉动抑制方法。分析建立PMSM预测控制系统离散数学模型,并分析电压矢量精度与电流脉动之间的关联性;在此基础上,MCS-MPC将电压源型逆变器有限的有效电压矢量数,扩展为多个以占空比形式存在的虚拟电压矢量,并基于上述虚拟电压矢量完成MPC优化问题在线求解;此外,考虑到MCS-MPC系统的参数敏感性问题,对MCS-MPC系统反馈噪声问题进行分析讨论。最后,搭建双15 k W PMSM对拖样机测试平台进行试验分析,分析内容包括MCS方法动态跟踪特性、电流脉动稳态效果。试验结果表明所提出的MCS-MPC方法在保留了传统预测控制技术高动态响应的基础上,可有效降低PMSM稳态电流脉动幅度和运行噪声。     

永磁同步电机鲁棒有限集模型预测电流控制算法

在永磁同步电机(PMSM)驱动系统中,基于有限集模型预测电流控制(FCS-MPCC)算法所设计的系统电流内环控制器,性能受电机参数变化的影响。推导了PMSM预测模型,同时以电压矢量为约束项重构价值函数,并针对数字延时导致的电流纹波问题进行了补偿。提出了一种鲁棒性较强的FCS-MPCC算法,通过在预测模型中引入权重系数并定量调节,以降低算法对参数的敏感性。仿真结果表明,所提算法有效,能使系统具备良好的动态性能和稳态精度。     

基于扰动抑制的三相逆变器模型预测控制策略

为了提高三相逆变器的鲁棒性,设计了一种基于扰动抑制的模型预测控制(MPC)策略.新型MPC控制器采用了扰动观测器(DOB)以简化预测模型,同时具有无约束和有约束两种工作模式.无约束模式MPC控制下三相逆变器稳态电压可得到精准调节,而在约束模式下通过优化调制可使系统快速进入到无约束模式,这确保了在系统所有运行条件下的较优...     

VSC-HVDC变量软约束期望区间跟踪的EMPC设计

根据直流线路电压与电流之间的非线性关系,建立了电压源换流器型高压直流(VSCHVDC)输电系统的分段仿射模型。针对带状态和输入约束的分段仿射系统动态变化快的特点,弥补模型预测控制滚动优化计算使得系统响应速度变慢、实时性降低的缺点。采用离线计算和在线分析相结合的显式模型预测控制方法,将反复在线滚动优化计算转化为简单的查表过程。通过期望区间跟踪偏差项和添加变量软约束的方法优化VSC-HVDC系统的输出轨迹。仿真结果表明,所设计的显式模型预测控制器具有良好的动态性能和稳态性能,能够较好地抑制输出轨迹的波动,与模型预测控制相比,动态响应更快,控制的实时性更强。     

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。     

动态电压恢复器的复合数字多变量状态空间反馈控制

在三相三线制系统中,动态电压恢复器面临的主要控制问题是不平衡暂降下对系统三相不平衡的补偿问题。通过正负序分量分解并在正负序坐标下进行建模和控制的方法虽能较好地抑制三相不平衡,但由于正负序分解带来的延迟具有较慢的动态响应速度。为此,文中提出了一种复合数字多变量状态空间反馈控制的方法。在检测到暂降发生并在之后的一段时间内采用单数字多变量状态空间反馈法进行控制,进入稳态时通过控制量的分解无缝地切换到双数字多变量状态空间反馈法,检测到暂降结束时再无缝地切换到单数字多变量状态空间反馈法。该方法同时实现了较快的动态响应速度和较高的稳态精度。实验结果证明了该控制方法的有效性和可行性。     

基于模型预测控制算法的多风储直流微电网分布式电压二次控制策略

针对含多组风储单元的直流微电网中蓄电池的电压优化控制问题,提出了一种基于模型预测控制算法的分布式电压二次控制策略.设计了一种多步长预测一致性模型作为电压预测模型,通过目标函数最小化求解预测系数,得到最优电压二次控制补偿量加入一次控制中,将传统一致性算法中比例积分控制器下的偏差调节问题转化为模型预测控制器下的电压跟踪问题进行求解,从而实现对直流母线电压动态响应的滚动优化.该方法有效解决了传统一致性算法下电压控制策略瞬态特性差和部分工况下存在控制误差等问题,并通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建模型验证了不同工况下所提策略的有效性和优越性.