矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制

矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)算子模型.然后,设计了基于互联和阻尼配置的无源性控制器,用来实现对输入电流快速准确的跟踪.重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度,并从理论上对闭环系统的渐进稳定性进行了分析.仿真结果表明,系统在非正常工况下仍能保证输入电流为正弦,相比传统偏差修正法,该控制策略具有更好的动态性能和抗干扰能力.     

PWM整流器的无源滑模非线性控制

为提高三相电压型PWM (pulse width modulation)整流器的稳态与动态控制性能,提出了无源滑模非线性控制方案.基于PWM整流器欧拉-拉格朗口系统动力学模型,分析了系统内在无源特性.从全局能量角度出发,利用系统无源性,通过能量成形与阻尼注入方法,给出了PWM整流器的辅助设计系统.设计了滑模变结构电流内环控制器与PI(proportional-integral)电压外环控制器,同时采用基于饱和函数的准滑模控制方法解决了控制力的抖动问题.仿真实验结果表明,所提控制方法可实现三相电压型PWM整流器的单位功率因数控制与直流电压快速调节,同时具有很强的抗电网电压和负载扰动能力以及对于参数摄动的鲁棒性.     

单相并网逆变电流分数阶PI控制策略研究

并网发电系统中,逆变器输出的并网电流易受到电网电压周期性扰动等非线性因素干扰,导致并网电流波形畸变。建立单相光伏并网逆变控制系统模型,设计一种逆变电流分数阶PI(PIλ或FO-PI)控制器,根据控制系统的频域特性,确立控制器的比例、积分系数及积分阶次与系统性能指标的关系;在整数阶PI控制器和分数阶PI控制器的分别作用下,对系统的动态和稳态性能、抗干扰性及并网逆变特性进行仿真对比,并应用快速傅里叶变换（FFT）对系统各自的逆变并网电流质量进行了分析。仿真结果表明,分数阶控制系统在满足各项稳态性能指标的同时,降低了并网电流谐波总畸变率（THD）,并提升了系统的动态性能和抗干扰能力。     

重复-模糊PI控制的三电平有源电力滤波器

三电平有源电力滤波器（active power filter,APF）系统在负载不同的情况下,谐波补偿性能的稳定性较差,通过分析三电平APF的基本工作原理,给出了一种重复-模糊PI控制方法。该方法采用瞬时无功功率理论的谐波检测方法,将负载电流中的基波电流分离,然后通过重复-模糊PI控制器控制基波电流与负载电流的误差信号。通过MATLAB/Simulink进行仿真分析,发现相比于重复控制和模糊PI控制方法,重复-模糊PI控制的三电平APF结构在不同频点的跟踪稳定性得到了提升,降低了入网谐波含量,即总谐波失真（total harmonic distortion,THD）。该方法可应用在工商业负载场合,弥补了模糊PI控制和重复控制单独使用时系统性能受负载变化影响的缺点,提高了鲁棒性。     

并联混合有源滤波器哈密顿系统建模及无源控制

并联混合有源滤波器(SHAPF)的控制策略是决定其稳定性和谐波治理效果的关键因素之一,利用SHAPF自身的无源性设计控制器可以取得比常规控制器更好的控制效果.首先建立了SHAPF端口受控哈密顿系统模型,然后基于互联和阻尼配置无源控制方法,提出了一种新的SHAPF非线性控制策略,从理论上保证了闭环系统的渐进稳定.最后仿真实验证明了该控制策略能够有效消除电网中的谐波电流,与传统线性二次型调节器(LQR)相比,该控制策略具有更好的稳态补偿效果和对负载变化的干扰抑制能力.     

船舶与岸电并网控制策略分析

针对目前国内部分港口船电与岸电不断电并网实现较差、稳定性不高的缺点,文中采用了RBF自适应滑模控制策略进行并网控制,并针对滑模控制存在的抖振现象改进传统滑模控制,采用PI形式滑模面和分数阶趋近律,在并网过程中会抑制导致并网失败的大冲击电流并且可以提高并网电压和频率的稳定性及并网功率稳定性,降低并网设备损坏率.仿真结果表明,所采用的策略与PID控制策略进行对比,在保证不断电并网时,RBF自适应滑模控制能够更好的控制并网电压和频率,具有较好的抗扰性和鲁棒性,并对并网时功率波动具有抑制作用.     

半波不对称控制TCR型无功补偿装置的控制策略

为解决系统电压含有2次谐波电压分量时,TCR正负半波导通电流面积不相等,向系统注入过多直流 电流分量的问题,本文提出了一种用于TCR型静止无功补偿装置,可抑制2次谐波电压影响的复合控制器,该控制器采用对TCR电流的瞬时值在每半个周期内积分求解平均值,再通过PI调节器结合系统电压的极性得出平衡调节器的控制量,控制器通过调...     

一种高性能单相逆变器谐波抑制策略

针对传统的并网逆变器存在的谐波含最高,正弦波失真度大等问题,提出了一种新的交流PI控制器,即准PR控制器,它能在不增加控制器复杂程度的基础上,实现对交流信号的无误差跟踪,有效抑制并网电流中的谐波分量,改善并网电能质量.搭建硬件环境,通过对比准PR调节器与传统PI调节下的单相逆变器波形的皆波含量,验证了该方法的有效性.     

改进电流型三相并网逆变器控制建模和仿真

研究改善传统三相并网逆变系统并网功率不易控制的问题,针对电网稳定控制供电,为了提高并网动特性,提出了一种基于正弦波脉宽调制与电流控制相结合的新型控制方案.对三相逆变器的输出参数应用PARK变换,并采取双电流环PI加前馈控制策略,实现了对电流的有功分量与无功分量对并网逆变器系统输出性能的控制.在Simulink环境下建立了系统的仿真模型,仿真结果表明,改进型的电流控制方法可以有效控制并网系统的有功与无功功率,谐波畸变小,是一种有较强应用价值的三相逆变器控制方案,为设计提供了科学依据.     

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.     

基于全通滤波器的比例复数积分控制分析

传统比例积分控制单相并网逆变器存在稳态幅值和相位误差问题,同时谐波成分较大。基于此,采用具有零稳态误差和低谐波注入特点的比例复数积分(PCI)控制方法,复数环节通过全通滤波器实现,在单相并网逆变器系统中,无需构造虚拟三相坐标系或者dq坐标系,简化了控制系统结构。用Simulink对相同条件下的PI和PCI控制进行了仿真分析,PI控制的单相逆变器输出电流THD值为0.83%,而PCI控制的THD值为0.46%,若再加入多重PCI控制,可降至0.25%。仿真结果验证了PCI控制下的单相并网逆变器具有良好的稳态性能以及对并网电流谐波的抑制作用。     

基于ELM优化PI+重复控制策略在APF中的应用研究

针对传统有源电力滤波器(APF)难以适应非线性负载高电压大功率电网环境且PI参数调整缓慢的问题,基于模块化多电平换流器(MMC)的APF结构,提出一种采用极限学习机(ELM)优化电流内环PI+重复控制策略。构建基于5电平MMC拓扑结构的APF仿真模型及实验平台。仿真研究结果表明,优化后的控制策略所得负载电流THD较传统PI控制减少4.99个百分点,较PI+重复控制减少3.12个百分点。实验结果表明,补偿后的电流谐波含量较补偿前降低22.77个百分点,优化后的控制策略大大提高了系统的响应速度及补偿精度。     

分布式发电系统中并网逆变器的比例反馈积分控制技术

分布式发电系统并网逆变单元输出电流的控制性能直接影响到系统输出的电能质量. 传统PI控制无法消除并网电流(交流)的稳态误差, 但稳态误差存在的根本原因相关文献描述较少. 为了解释其原因, 首先建立了并网电流线性控制模型, 然后通过线性叠加定理和频域分析, 揭示了传统PI控制交流量存在稳态误差的本质, 并提出一种新的PI控制, 即比例反馈积分PFI控制. PFI控制不仅解决了传统并网电流PI控制中存在稳态误差的问题, 而且还 具有直流抑制特性. 此外, 提出的PI控制具有原理简单, 实现方便, 单相三相系统均适用等优点. 和理论分析一致, 仿真结果验证了提出的PI控制的有效性.     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

基于EL模型的MMC无源控制器设计

建立了基于开关状态函数的MMC电磁暂态数学模型,设计了改进的基于EL模型的MMC无源控制器。该控制器采用误差控制方式,即通过控制误差为零使得MCC控制系统实际输出的物理量跟踪参考给定值;为使误差能量快速衰减为零,加快耗散特性,引入了阻尼矩阵;为消除稳态残差电压,将MMC直流电压引入控制系统,与参考电压相比较,经PI调节后与参考有功分量相加得到最终的有功参考分量。仿真结果表明,该控制器能够完全跟踪参考给定值,同时能降低电压波动范围,具有较好的动态响应特性。     

永磁同步电动机高动态响应电流控制

永磁同步电动机系统广泛采用矢量控制策略实现转矩控制,电流控制环是其核心部分.电流环一般采用PI型控制,但PI型电流控制动态响应动态特性受到制约,参数整定必须在超调量及响应时间等指标之间折衷选择.为了改进PI型电流控制的动态响应性能,在输入误差较大时,采用滑模变结构控制,输入误差较小时,切换到PI型电流控制.结合滑模变结构和PI型电流控制,可以充分利用滑模变结构控制动态响应快,以及PI型电流控制无稳态误差的特点,并能解决滑模变结构控制的抖颤问题.实验结果表明该电流控制方法响应时间短而且超调量小,同时获得良好的动态响应和控制精度.     

基于Lyapunov函数的混合型有源电力滤波器控制策略

为了提高有源电力滤波器(APF)的谐波电流补偿性能,降低装置的成本,本文研究了一种无源滤波支路与APF串联的混合型有源电力滤波器(HAPF),该结构允许选取较小的直流母线电压,有源部分的功率等级大大降低.在建立了包括无源和有源部分数学模型的基础上,构造了系统的一个Lyapunov函数,通过选取适当的控制律,使得其导函数负定,从而保证系统对谐波参考电流的稳定跟踪.从鲁棒性和跟踪性能的角度出发,推导并给出了控制增益的选取范围和优化目标.外层直流侧电压控制环采用了自抗扰比例积分(ADR–PI)控制,增强了抵抗负载扰动的能力.最后,通过仿真分析和实验验证了所提方法的可行性和优越性.     

双级式储能变流器波形控制策略研究

针对储能变流器双向能量控制的电流谐波问题,提出了一种基于双级式主电路拓扑的电流波形综合控制策略。在直流侧为减小滤波电感体积,采用双重化电路和载波移相控制方法有效抑制输出电流纹波,降低开关损耗;在交流侧为提高系统并网电能质量,采用PI控制和重复控制并联的复合控制方法有效抑制了并网电流的谐波含量,提高了系统的动态响应速度。实验结果验证了该控制策略的有效性和可行性。     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

基于虚拟同步发电机的岸电并网控制策略

在船舶岸电系统中,当船岸并网预同步切换或负载功率变化时,冲击电压、冲击电流及频率扰动等因素直接影响并网后的系统稳定性。针对此问题,研究一种虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）的岸电电源逆变器控制策略,在传统控制算法中,增加转动惯量控制和阻尼控制以抑制频率变化,用下垂特性模拟同发电机的调速控制和励磁控制,从而实现并网过程的平滑切换。通过对低压船舶岸电并网控制系统的仿真实验分析,结果表明所研究的VSG控制策略能有效抑制并离网过程和负载突变时的电压和电流突变,提高了岸电系统的稳定性。