三相Vienna整流器无差拍预测直接功率控制策略研究

针对三相Vienna整流器控制系统计算、采样等延时引起的功率误差问题,提出一种两步预测直接功率控制(DPC)算法。基于无差拍控制原理设计内环直接功率控制器,推导两相静止坐标系下控制参考电压矢量公式,并结合二阶拉格朗日差值法估算k+2时刻有功功率给定值,提高功率预测精度。同时为提高电压外环响应速度和稳定精度,构建以直流侧电压平方为反馈量的滑模控制器(SMC)。最后搭建10 kW三相Vienna整流器仿真模型与实验平台对所提算法进行验证。仿真和实验结果表明:无差拍预测直接功率与滑模控制相结合的算法不仅可以有效减小输入侧电流谐波含量及功率脉动,而且可以提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰性能。     

单相三电平脉冲整流器模型预测直接功率控制

该文以CRH_2(China railways highspeed-2)型高速电动车组牵引整流器为研究对象,以提高整流器响应速度和控制精度为研究目标。首先,给出整流器在d-q同步旋转坐标系下的数学模型,并给出d-q轴坐标分量的计算方法;然后,建立单相整流器瞬时功率数学模型,进而提出一种具有直流侧电容电压平衡功能的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MP-DPC),在此基础上,为降低该算法的复杂度,提出一种简易开关序列选择方法,与基于比例积分调节器的传统直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法相比,该MP-DPC算法不仅提高了整流器的动态响应速度,而且考虑了中点电位的平衡控制对整流器瞬时功率的影响,无需功率内环PI控制器;最后,对该MP-DPC算法与传统定频PI-DPC算法进行了半实物实验对比验证,实验结果证明了所提控制算法的正确性。     

三相高功率因数PWM整流器复合校正无差拍控制

建立了三相高功率因数脉宽调制(PWM)整流器简化数学模型,通过该模型反映了PWM整流器的运行状态并分析了系统控制器设计,根据电流内环控制要求,给出了传统PI控制方法不同的参数取值对系统效果的影响.通过引入电网电压干扰补偿,提出了一种基于复合校正的无差拍控制方法,通过仿真验证分析得出了该方法在控制精度,响应速度,工程实现上均优于传统PI控制方法,最后,搭建了实验平台,通过实验波形和数据验证了三相高功率因数PWM整流器简化数学模型和无差拍控制方法的正确性.     

基于改进虚拟正交信号的单相PWM整流器模型预测功率控制

针对单相整流器内环动态响应性能受限于虚拟正交分量的重构速度,提出一种基于改进虚拟正交信号的模型预测功率控制算法.针对控制系统中电感设定值与实际值存在偏差,导致单相脉冲宽度调制(PWM)整流器的控制电感参数和系统实际电感参数失配,从而影响模型预测控制的鲁棒性问题,提出一种解决电感失配的补偿算法,该算法通过比例积分环节实时补偿无功功率,消除了电感失配对功率因数的影响.实验结果表明,所提算法不仅明显地提高了单相PWM整流器模型预测的内环动态响应速度,而且能实现模型预测单位功率因数的要求,在一定程度上解决了模型预测电感敏感性问题.     

基于模型预测控制的PWM整流器直接功率控制

针对传统三相电压型PWM整流器直接功率控制开关频率不固定、控制滞后等问题,提出了一种基于模型预测控制的直接功率控制策略来控制三相PWM整流器。该方法采用供电电源的平均电压矢量作为控制过程的基矢量进行电压空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM),用模型预测控制器代替传统的PI控制器或滞环比较器进行有功功率和无功功率控制,依据系统控制要求设计预测控制器的优化性能指标,求解优化性能指标得出控制时域内最优控制量进行控制。该方法实现简单,且能有效降低直流侧母线电压纹波和交流侧电流失真度。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

三相电压型PWM整流器分数阶PID直接功率控制

研究了一种基于分数阶PID控制器的三相电压型PWM整流器直接功率控制方案,在瞬时功率理论的基础上设计了功率内环、直流电压外环的控制结构.由于基于整数阶PI控制器的抗扰性能差且对系统参数变化较敏感,在直接功率控制方法的直流侧电压控制环节引入分数阶PID控制器进行直流侧电压控制,根据系统功率模型采用分数阶控制器频域设计方法设计了分数阶P1D控制器.仿真实验证明,分数阶PID控制方案优于PI控制方案,具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,响应速度更快,控制结果更精确.     

单相级联多电平H桥整流器有限集模型预测电流控制

本文以基于电力电子变压器的高速列车牵引传动系统中的单相级联多电平H桥整流器为控制对象,以提升系统动态响应速度、减小网侧电流谐波含量为控制目标,提出了一种基于两矢量的有限集模型预测电流控制算法。首先,推导单相级联多电平H桥整流器的α-β静止坐标系下数学模型;然后,基于空间矢量调制思想,对单相级联多电平整流器进行基本电压矢量定义与空间扇区划分;在此基础上,建立包含最小电流误差的目标函数,通过对其求导实时计算出两个矢量的最优占空比,同时为了保证各模块直流侧电容电压的平衡关系,设计了选取冗余矢量的原则。与基于PI的瞬态电流控制算法相比,所提出的模型预测控制算法无需内环PI控制器,显著提高了电流内环的动态响应速度;最后,对所提算法与传统的瞬态电流控制算法进行硬件在环半实物实验对比研究,结果表明了所提算法的可行性与有效性。     

三相电压型PWM整流器滑模控制算法研究

三相电压型PWM整流器通常采用传统的线性双闭环控制器结构,由于PI控制的滞后性,双闭环PI控制难以保证系统在扰动下具有良好的动态性能。考虑三相电压型PWM整流器的非线性特征,利用滑模变结构对外部干扰和系统参数变化的强鲁棒性,设计了一种采用滑模变结构非线性控制算法。在Matlab/Simulink中搭建了PWM整流器控制系统仿真模型。滑模变结构控制算法与双闭环PI控制算法调节性能的对比表明,滑模变结构控制算法具有更好的动稳态性能。     

Vienna整流器的滑模预测直接功率控制

为提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰能力,降低网侧输入电流谐波含量,提出一种无差拍控制与滑模变结构控制器相结合的滑模预测直接功率复合控制算法。该复合控制算法的内环采用预测直接功率方法,为减小控制系统采样、计算等延时的影响,采用两步拉格朗日线性插值法估算有功功率给定值;改进电压外环的传统滑模控制,提出基于直流侧电压平方的滑模控制面,用以提高电压响应速度与稳定精度。实验结果表明该算法具有有效性与可行性。     

电网不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制

为提高三相脉冲宽度调制(PWM)整流器在电压不对称时的运行性能,分析了电网电压不对称故障下三相PWM整流器在同步旋转坐标系中的瞬时输入无功、输出有功功率模型,采用基于比例谐振(PR)控制器的功率补偿环节对整流器输入无功功率和输出有功功率波动进行补偿。比例谐振控制器能够对波动变量进行直接控制,因此,控制系统不包含对电流、电压的正、负相序分解过程,提高了系统的响应速度。提出的控制系统能够在电压单相30%跌落条件下,有效消除整流器输入无功功率及输出有功功率的2倍频波动,维持直流母线电压稳定和单位功率因数运行。与输入功率谐振补偿策略进行的仿真与实验研究对比证明了所提控制策略的可行性和有效性。     

三相电压型PWM整流器的级联式非线性PI控制

该文以同步旋转坐标系模型为基础，设计了三相电压型PWM整流器的级联式非线性PI控制器。采用双环结构，用三个非线性PI环节实现了对整流器直流电压与功率因数的高性能控制。以误差的非线性函数与传统PI环节构成的级联式控制器，既提高了系统响应的快速性，又增强了抗扰能力，同时计算简单易于实现。与传统PI控制器的仿真对比表明该方法能够明显改善系统的动态性能，而实验结果也验证了非线性PI控制器的优良性能。     

基于滑模变结构控制的三相PWM整流器

在建立三相PWM整流器数学模型的基础上,针对目前三相PWM整流器动态性能较差的特点,设计了电压、电流双闭环控制系统。在内环电流的控制中,采用解耦方法对dq轴电流分别控制,为电流控制器设计了一种滑模变结构控制(SMVSC)方法。仿真实验表明:该控制方法设计简单,提高了PWM整流器的动态性能,而且较好地实现了电流的解耦控制,且使系统鲁棒性增强。     

无电流传感器三相PWM整流器控制策略

提出了一种无电流传感器的三相PWM整流器控制策略.系统采用双闭环控制,外环PI调节器控制直流侧输出电压,内环通过滞环调节器控制有功功率和无功功率,达到单位功率因数运行的目的.根据整流器的数学模型通过电流重构可获得网侧电流,以实现无电流传感器控制.仿真实验证明该方案具有良好的控制性能.     

三相电压源型PWM整流器的DSP控制

描述了三相电压源型PWM整流器的工作原理,基于整流器网侧电流矢量推导出同步旋转坐标系下系统的数学模型,给出了一种电流前馈解耦控制算法.同时详细介绍了基于电流前馈解耦的PWM整流器双环控制系统设计方法,并且应用TMS320LF2407A建立了PWM整流器的DSP数字化实验系统.实验结果表明,该整流器能获得单位功率因数的正弦输入电流、稳定的直流输出电压和快速的动态响应.     

单相PWM整流器定频模型预测功率控制算法

针对传统单相PWM整流器开关表直接功率控制算法的系统功率脉动大、开关频率不固定、网侧谐波高等问题,借鉴三相PWM整流器的模型预测直接功率控制(MP-DPC)算法,提出了一种基于占空比优化的单相PWM整流器MP-DPC算法。首先,依据瞬时功率理论,通过虚拟坐标系构造网侧电压与电流的旋转矢量,给出了一种单相系统功率求解算法;然后,研究不同开关状态对系统功率的影响,给出了单相PWM整流器最优开关状态选择与占空比求解的MP-DPC方法;最后,分别对滞环开关表DPC与MP-DPC算法进行了计算机仿真及半实物实验对比研究,结果表明:与滞环开关表DPC算法相比,该MP-DPC算法具有控制精度高、开关频率恒定、网侧电流谐波含量低等优点,也验证了该算法的有效性和优越性。     

A modified sliding-mode controller-based mode predictive control strategy for three-phase rectifier

In three-phase pulse width modulation rectifiers, proportional integral (PI) has been used in voltage outer-loop to obtain the active current reference when using the conventional model predictive control strategy. However, the performance of the dynamic response is poor as large step and longer settling time are required on the active power under the load variation. To cope with this problem, a sliding-mode controller can be employed to replace the PI controller. Nevertheless, the sliding-mode variable structure control is discontinuous which leads to the chattering problem. In this work, a novel control strategy which combines a simplified model predictive control and a modified sliding-mode control is proposed and investigated. The proposed strategy is supposed to reduce the effect of unexpected disturbances such as the DC-link voltage step and the load variation. Simulation and experiments have been conducted for validation. The results indicate that the proposed strategy is feasible and has excellent dynamic response. Furthermore, it is easy to design and implement.     

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。     

Bat inspired algorithm based optimal design of model predictive load frequency control

Bat inspired algorithm (BIA) has recently been explored to develop a novel algorithm for distributed optimization and control. In this paper, BIA-based design of model predictive controllers (MPCs) is proposed for load frequency control (LFC) to enhance the damping of oscillations in power systems. The proposed model predictive load frequency controllers are termed as MPLFCs. Two-area hydro-thermal system, equipped with MPLFCs, is considered to accomplish this study. The suggested power system model considers generation rate constraint (GRC) and governor dead band (GDB). Time delays imposed to the power system by governor-turbine, thermodynamic process, and communication channels are accounted for as well. BIA is utilized to search for optimal controller parameters by minimizing a candidate time-domain based objective function. The performance of the proposed controller has been compared to those of the conventional PI controller based on integral square error (ISE) technique and the PI controller optimized by genetic algorithms (GA), in order to demonstrate the superior efficiency of the BIA-based MPLFCs. Simulation results emphasis on the better performance of the proposed MPLFCs compared to conventional and GA-based PI controllers over a wide range of operating conditions and system parameters uncertainties.     

动态电压恢复器的模型预测控制

为了提高动态电压恢复器的响应速度和稳态精度,提出了基于模型预测控制的控制策略,详细分析了控制器参数设计方法。在分析动态电压恢复器主电路模型的基础上,采用内环电流控制器对模型进行改进,得出模型预测控制所需的被控对象一步预测模型,设计了模型预测控制器。所提控制算法克服了基于非参数预测模型的模型预测控制由于算法复杂、参数调整困难,计算量大,很难直接应用到电力系统这样的快速实时系统中的问题,同时实现了预测控制滚动优化、反馈校正的优点。在满意的稳定精度下,明显提高了系统的动态响应速度。与经典控制策略的实验对比分析,