基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

基于线性自抗扰控制的MMC环流抑制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Based on Modular Multilevel Converter)技术在世界上已获得广泛运用,但换流器桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性,成为制约其发展的关键因素。本文提出了一种新的MMC环流抑制策略:首先设计了基于二阶广义积分器的滤波器,快速、准确地提取桥臂环流中的2次谐波分量;其次设计了基于线性自抗扰控制的环流抑制控制器CCSC(Circulating Current Suppressing Controller)对所提取的2次谐波分量进行抑制,与现有的PI环流抑制控制器相比,无需依赖环流精确的数学模型,并且解决了采用自抗扰控制的环流抑制控制器参数过多、整定困难的问题。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计环流抑制控制器的有效性。     

基于自抗扰控制技术的MMC环流抑制器

模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）是一种新型的电压源换流器,已经成功应用于高压直流输电领域,发展前景广阔,然而桥臂环流的存在影响了MMC的工作特性和损耗,对环流进行抑制是MMC工程应用必须解决的问题。考虑到系统非线性、鲁棒性和动态性能的要求,引进自抗扰控制（active disturbance rejection control, ADRC）技术,基于自抗扰控制技术设计了一种MMC环流抑制器（circulating current suppressing controller, CCSC）,所设计环流抑制器对MMC的环流详细模型依赖小,并具有优异的适应性和鲁棒性。最后通过在PSCAD/EMTDC环境下建立的两端MMC系统,仿真验证了所提出的环流抑制器的有效性。     

基于线性自抗扰的MMC-STATCOM系统环流抑制控制策略仿真研究

MMC-STATCOM运行时易产生电能质量及控制问题,桥臂环流影响了MMC-STATCOM的工作状态,增大了换流器损耗,且常用环流抑制器的设计对数学模型有精确要求,环流的精确数学模型却不易获得,针对此问题本文设计了一种基于线性自抗扰的环流抑制控制方法,并对在轻载时工程均压策略不能实现电容电压均衡的问题进行改进,所设计的环流抑制器不要求系统的精确模型,具有优异的环流抑制效果,同时,改进均压控制解决了轻载时电容电压均衡问题,并对MMC-STATCOM系统进行整体控制策略设计。最后在PSCAD仿真软件中搭建了MMC-STATCOM系统仿真模型,仿真结果验证了本文所提控制策略的有效性。     

基于单相矢量控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平变流器(MMC)在正常运行时子模块和桥臂的电气量存在循环耦合关系,会在相内产生二倍频环流。二倍频环流对MMC输出功率无贡献,却增加了开关管额定容量和通态损耗,也给MMC系统带来高次谐波扰动,影响系统的正常运行。为抑制相内二倍频环流,本文提出了一种基于单相矢量的环流控制方法,控制器输出相应的控制补偿量对MMC桥臂电压进行补偿调制,实现了相内二倍频环流的抑制。最后采用专业软件PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,其结果验证了所提控制策略的可行性。     

基于MMC环流模型的通用环流抑制策略

模块组合多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的环流直接影响MMC的工作特性。该文推导了MMC环流、桥臂电流和公共直流母线电流之间的数量关系,指出环流是引起公共直流输入/输出功率存在低频脉动的原因。为实现对MMC环流的有效抑制,提出一种基于MMC环流模型的通用环流抑制(universal circulating current suppressing,UCCS)策略,实现原理简单,无需负序坐标变换和相间解耦环节,适用于任意相数的MMC控制,并进行了仿真和实验验证。结果表明,UCCS策略能显著抑制环流中的低频交流脉动分量,消除桥臂电流的畸变,同时可有效抑制公共直流输入/输出功率脉动,有利于MMC系统的稳定可靠运行。     

基于虚拟阻抗滑模控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的环流,增加了器件的额定容量和系统损耗,进而增大了系统成本。该文在对比各类环流抑制方法基础上,对MMC环流抑制机理进行归纳分析,为增强对环流二倍频的抑制效果,满足系统快速性、抗干扰性要求,提出一种基于虚拟阻抗滑模控制(virtual impedance sliding mode control,VI-SMC)的MMC环流抑制策略。通过建模分析和解耦控制,结合普通环流抑制策略和通用环流抑制策略,进行不同环流抑制模型下的对比研究。结果表明,VI-SMC环流抑制策略能显著降低环流二倍频分量,提高系统鲁棒性,有利于系统稳定、可靠、快速响应运行。     

特高压MMC环流抑制策略

我国目前已经开始规划±800kV特高压柔性直流输电系统,这种高压大容量换流器相间环流造成的损耗成为不可忽视的问题。为了抑制桥臂环流,提出了一种通过控制桥臂电感压降进而抑制环流的方法。该方法直接应用于阀基控制器,根据环流的流向增减子模块的投切个数,进而将环流抑制在限定范围以内,降低换流器损耗。搭建了PSCAD仿真系统以及9电平10kW实验样机,对所提环流抑制策略进行验证,证明了该策略可以有效抑制换流器的相间环流。     

直线电机的线性自抗扰控制

光刻机的工件台是高动态精密伺服运动平台,它要求在系统高速运动的同时,采用长行程直线电机宏动跟随音圈电机高精密微动的驱动方式,实现系统纳米级的精确定位及跟踪。为减小微动电机的运动范围和加速度,必须提高直线电机的跟踪精度。针对该系统的直线电机模型设计了一种线性自抗扰控制方法,该方法的控制器首先通过扩张状态观测器观测系统的动态变化,补偿系统中的各种扰动,再运用前馈对系统的跟踪误差进行补偿,减小系统的动态跟踪误差。在此复合控制方式下,控制器实现了自抗扰控制,前馈控制器很好的补偿了误差,从而提高了系统的抗干扰和跟踪性能。实验表明,该方法与传统的控制方法相比,改善了系统的动态性能和抗干扰能力。     

ALSTOM气化炉的线性自抗扰控制

气化炉是整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)中关键的部分,其运行性能直接影响到整个IGCC的发电效率。因此,必须对气化炉进行有效的控制。ALSTOM气化炉具有强的非线性及大惯性,常规的控制方法难以满足运行条件下的各项控制指标。通过分析ALSTOM气化炉基准控制问题,将一阶线性自抗扰控制应用于该系统中,设计了两种控制方案。通过测试表明在满足各种约束条件的前提下,其控制性能指标均达到了基准测试所提出的各项要求,且实时解耦能力明显,结构简单,优于传统控制器。     

基于MMC的铁路功率调节器环流抑制策略

针对铁路电力机车负荷对电网带来的电能质量问题,多电平铁路功率调节器（MRPC）能够满足高压大功率应用领域的要求,实现电能质量的改善和调节。然而,MRPC内部存在的桥臂环流将影响MRPC输出特性。本文首先建立了三桥臂MRPC环流模型,分析了MRPC环流、桥臂电流和交流输出电流之间的数学关系,在此基础上对MRPC环流机理和构成进行了分析。为了抑制MRPC环流,提出了基于比例谐振调节器的环流抑制策略,该方法可以降低补偿延时,改善环流抑制效果。最后,通过RT-LAB实时仿真平台,对三桥臂MRPC环流抑制策略进行了仿真验证,结果验证了该方法可以显著抑制桥臂环流,使得MRPC系统稳定运行。     

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。     

MMC环流抑制策略的暂态分析

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)内部存在环流问题,导致功率损耗和系统成本增加.在分析MMC环流产生机理的基础上,阐述了基于二倍频负序坐标变换、基于准比例谐振和基于内模控制的三种环流抑制器的控制原理,提出一种评价环流抑制器性能优劣的指标,即环流谐波占比.通过仿真对比三...     

基于线性自抗扰控制的双馈风机次同步振荡抑制研究

双馈风力发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)并网时的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题,严重威胁系统的平稳运行。系统运行工况发生变化时,现有的传统控制策略可能效果不佳。为了解决这个问题,提出了基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)的SSO抑制策略,在转子侧传统双环PI控制的基础上,原有功内环的PI控制部分替换为线性ADRC,其中线性扩张状态观测器实时估计补偿次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction, SSCI)分量,该方法参数整定简单且鲁棒性较强。通过搭建DFIG并网模型,并与PI控制对比,验证该控制策略在稳态和暂态拥有良好的控制性能;通过与附加阻尼控制和非线性ADRC对比,得出线性ADRC可以在多工况下抑制次同步振荡,相比于现有控制,在参数整定更简单的情况下能更有效地使畸变电流收敛,进而稳定DFIG风机系统的输出功率,最后在RT-LAB实验平台进一步验证其有效...     

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机(PMSM)高频注入无感算法在估算电机角度时容易产生滞后而影响转速控制精度的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制的永磁同步电机无传感器控制策略。通过使用简化的线性自抗扰控制算法,对永磁同步电机速度闭环进行优化控制,同时采用高频正弦电压注入的无传感器角度观测算法,获取电机转子的角度及转速信息。最后,通过仿真分析与实物试验,验证了该控制策略可以有效提高永磁同步电机转子角度与转速的估算精度,提升系统的控制效果,且具有较好的工程应用前景。     

SHAPF的双闭环线性自抗扰控制

鉴于并联混合型有源电力滤波器(SHAPF)的动态性能要求,针对一种适用于现有中高压配电系统的三相SHAPF,在其状态空间模型的基础上,设计出一种基于线性自抗扰控制(LADRC)技术的双闭环控制系统。基于LADRC的控制系统能够估计出系统所有不确定因素和外部干扰等引起的总扰动并进行补偿,补偿性能良好,其算法简单,易于实现,具有一定的工程应用价值。仿真结果验证了基于LADRC的控制策略的有效性。     

基于自抗扰控制的直驱风电场次同步振荡抑制策略

近年来,我国西部地区频繁出现直驱风电场与弱交流电网之间相互作用引发的次同步振荡(SSO)问题。为解决该问题,首先从SSO发生机理出发,提出了基于自抗扰控制(ADRC)理论的直驱风电场SSO抑制策略。该策略针对直驱风机网侧换流器设计了ADRC控制器替换电流内环PI控制器抑制策略。然后,从数学形式上推导得ADRC控制器抑制机理是ADRC控制器通过实时估计与补偿直驱风电场接入弱交流电网产生的影响,阻断直驱风电场与弱交流电网之间的相互作用,从而达到抑制SSO的目的。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立基于PI控制器和ADRC控制器的直驱风电场接入弱交流电网的电磁暂态仿真模型,对比分析PI控制器与ADRC控制器对SSO的抑制效果。仿真结果表明,ADRC控制器不仅对SSO具有较好的抑制效果,且具有较强的鲁棒性与适应性。这也从侧面证明了直驱风电场接入弱交流电网引发的次同步振荡主导因素是直驱风机网侧换流器电流内环PI控制器。     

基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略

模块化多电平变换器(MMC)的内部环流主要由直流分量和偶次谐波分量组成。环流谐波分量会提高对开关器件的要求,严重时甚至会影响MMC稳定工作,因此有必要对环流进行抑制。为了获取环流直流分量,设计了数字低通滤波器,依据MMC环流成分组成公式计算出环流偶次谐波分量和,在此基础上,提出基于多谐振控制器的MMC简化环流抑制策略。此外,构建了MMC环流闭环控制模型。在详细分析准比例谐振控制器各参数对系统稳定性影响的基础上,设计二次准谐振控制器参数,为环流控制器参数设计提供了依据。最后通过实验研究,证明所提出的简化环流抑制策略能有效降低环流谐波分量,减小桥臂电流畸变,有利于MMC稳定工作。     

基于线性自抗扰控制的静止无功补偿器抑制弱交流风电系统次同步振荡策略

2019年8月9日的英国大停电事故造成该国部分重要城市出现停电现象,损失负荷约3.2%,影响约100万电力用户。结合英国国家电网公司提供的事故调查报告,该文详细地分析了事故中霍恩风电机组大规模脱网事件的发展过程,对霍恩风电场发生次同步振荡的具体原因进行了分析,并采用Matlab仿真软件构建霍恩风电系统模型进行事故复现。为了解决霍恩风电场发生的次同步振荡问题,利用线性自抗扰控制抗干扰能力强、对不同工况适应性强的优点,提出使用线性自抗扰控制器替换静止无功补偿装置（SVC）的电压PI控制模块,对霍恩风电系统中的总扰动进行估计并补偿,克服系统响应速度与超调之间的矛盾,提高系统的稳定性与鲁棒性,有效地抑制了霍恩风电系统次同步振荡现象。仿真结果验证了所提控制策略应用于静止无功补偿器后抑制弱交流风电系统次同步振荡的有效性,可为研究我国海上风电并网类似问题提供参考。