三电平PWM整流器多模型预测控制方法

针对PWM整流器滤波电感、等效电阻等参数失配时高性能控制问题,在模型预测控制的基础上引入多模型自适应环节,提出一种三电平PWM整流器多模型预测控制方法。在该方案中,根据整流器模型参数实测值及其波动范围建立多模型集,由各子模型预测输出与整流器系统实际输出偏差,确定与实际系统模型匹配度较高的多个子模型,加权求和后即可确定最优系统参数。针对多模型自适应控制与模型预测控制相结合引起的大负荷在线计算问题,提出一种在线优化多模型预测控制方法,分别设计了在线优化移动子集和多电平快速预测控制方法对其进行简化。最后,实验结果表明所提控制策略的正确性和有效性。     

优化的三电平逆变器无权重因子模型预测控制

为了简化三电平逆变器的模型预测控制方法,消除权重因子并实现多目标优化控制,提出了一种优化的三电平逆变器无权重因子模型预测控制方法。分别对交流电流和直流侧中点电压进行控制,从而选择最优矢量,并避免使用权重因子。从3个方面详细给出了电压矢量优化选择的方法,以简化三电平逆变器的模型预测控制,并提高其安全可靠性。通过仿真和实验对所提方案进行了验证,结果表明,该方法可以实现三电平逆变器的无权重因子多目标优化控制。     

基于模型预测的T型变换器直接功率控制研究

电流模型预测控制由于具有多目标优化、无需控制器参数设计等优势,在现代电力电子变换器中获得了广泛应用,然而传统模型预测往往开关函数不固定,且需要分别对各个开关状态进行大量计算选定最优开关矢量。针对传统模型预测算法的缺陷,提出了一种改进型基于最优矢量的优化模型预测控制-直接功率控制(OMPC-DPC)方案,通过直接生成最优电压矢量极大简化计算过程,并将其应用于三电平T型并网变换器中。最后,结合全面的仿真与实验验证了所提策略的正确性。     

基于模型预测控制的主动配电网电压控制

为解决主动配电网中分布式可再生能源和储能系统造成的电压波动影响,基于模型预测控制理论提出了主动配电网电压调节控制策略,充分利用主动配电网中分布式电源、储能系统和有载调压变压器,实现采用最小控制成本的控制方案进行电压控制。该控制方案基于模型预测控制,采用多步滚动优化,使得电压控制过程更为灵活平滑,控制模型求解采用二次规划。通过IEEE 33节点辐射状配电网系统算例分析,证明了所提电压控制策略的可行性和有效性。     

基于预测控制的DFIG电网无功补偿优化方案

提出一种基于预测控制的DFIG功率调节控制方案,增强DFIG调节电网电能质量的能力,提高DFIG系统的无功输出能力。首先比较了DFIG系统和统一电能质量调节器的控制方法。针对DFIG功率分配动态多变量的过程,设计三输入三输出的广义预测控制方案,通过模型预测、滚动优化和反馈校正,提高了DFIG的无功补偿能力。仿真对比了多种情况下最大功率点跟踪控制和广义预测控制下的DFIG的无功输出,证明了使用广义预测控制可以有效的提高DFIG的无功补偿总量,增强DFIG系统调节电网电能质量的能力。     

电力系统分布式模型预测控制方法综述与展望

模型预测控制作为一类约束优化控制策略,在电力系统控制领域得到了广泛的应用,传统的集中式模型预测控制难以满足复杂互联电力系统的多目标优化、可靠性、实时优化等要求。分布式模型预测控制能够协同多个局部控制器实现全局优化或纳什优化。文中全面综述分布式模型预测控制在电力系统中的研究现状和发展方向。首先,按照控制结构对模型预测控制方法进行了分类和对比分析,接着重点阐述了非协作式和协作式2类分布式模型预测控制方法。然后,围绕分布式模型预测控制在不同应用场景分别进行综述和分析。最后,指出了分布式模型预测控制在电力系统控制应用的研究方向。     

带LCL滤波器的APF新型预测电流控制策略

针对带LCL滤波器的有源电力滤波器APF（active power filter）的优化控制问题,设计了一种新颖的预测电流控制方案。传统的APF控制器采用多旋转坐标系变换和PI调节器实现对谐波的控制,此外还有谐振控制方案,但都存在计算负担随谐波次数增加而增大的缺点。新型预测电流控制方案结合使用了比例预测控制、积分预测控制和阻尼算法,实现了在计算量固定条件下的APF优化控制,其中积分预测控制可以补偿由参数扰动引起的模型误差。利用APF实验平台开展了动静态实验,结果验证了使用所开发的新型预测电流控制方案在稳态和负载变化的情况下均具有优良的控制性能,并能完成对高次谐波的补偿。     

基于逆模型区间优化的神经网络预测控制

针对神经网络预测控制中，在线滚动优化计算量大、算法稳定性难以保证的问题，提出一种确定黄金分割优化算法初始搜索区间的方案，即初始搜索区间的宽度与神经网络逆模型输出和上一时刻系统输入的误差成正比，二者越接近，搜索宽度就越小，从而黄金分割优化算法的在线计算量就越小；该方案有效地降低了在线滚动优化计算量，同时又使控制系统具有神经网络预测控制和神经网络逆控制的双重特性，在模型匹配稳态工况下，神经网络预测控制转化为神经网络逆控制，具有逆控制快速性的优点，而在模型失配或动态过程中，神经网络预测控制起主导作用，具有模型的宽容性和鲁棒性强的特点。采用区间套定理对该算法的收敛性给予了严格的数学证明。通过对某300MW机组仿真表明，提出的方案在控制品质和降低计算量方面均获得满意的效果。     

基于自适应模型预测控制的柔性互联配电网优化调度

针对柔性互联配电网中源荷不确定性问题,提出了一种基于改进模型预测控制的优化调度方法。建立基于模型预测控制的柔性互联配电网日内优化调度模型,采用自适应动态权重方法处理包含综合供电成本和电压偏差的多目标优化问题,在预测模型部分采用动态场景生成及K-means聚类场景削减方法对源荷预测误差进行处理,针对经典模型预测控制滚动优化部分域参数恒定问题,提出一种域参数自适应调整的滚动优化方法。通过四馈线互联的33节点系统仿真算例验证了所提优化调度方法的有效性。     

基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。     

永磁同步电机多步模型预测电流控制成本函数优化计算研究

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出一种成本函数优化计算的多步模型预测控制。成本函数优化计算采用事件触发机制,通过设置成本函数阈值动态精简多步预测的运算量。仿真结果表明：成本函数优化计算的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当。基于STM32H743单片机平台,优化方法和传统方法单控制周期执行时间。试验结果表明：对于多步预测,优化算法可减少单控制周期执行时间,两步预测减小至77.71%,三步预测减小至53.95%,四步预测减小至39.76%,五步预测减少至33.48%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能。     

含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法

光热电站具有良好的可调节特性,能够弥补常规机组调节能力不足,促进风电、光伏消纳。然而,光热电站的可调节能力受到太阳能直射辐射情况以及蓄热装置初始蓄热量的影响,增加了光热电站接入下多源联合系统协调优化难度。为此,提出了含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法。首先,建立了光热电站功率调节特性、能量储存运行特性的数学模型;在此基础上,基于多源联合机组组合滚动优化及反馈校正的模型预测控制MPC思路,提出了含光热电站接入的多源联合系统滚动优化模型及相应的优化方法,进而得到含光热电站接入的多源联合系统优化控制方案;最后,以某含光热电站接入的新能源送端电网为例进行仿真计算,仿真结果验证了所提方法在挖掘光热电站有功调节能力、促进风光电消纳方面的有效性。     

区域综合能源系统双层多目标模糊优化模型预测控制方法

针对区域综合能源系统需满足电网调度要求的特点和自身优化问题,提出一种区域综合能源系统与电网协同的双层多目标模糊优化模型预测控制方法。首先,在考虑区域综合能源源荷储特性模型及其约束基础上,建立双层优化模型,上层模型以电网调度关心的综合能效最大及清洁能源消纳最大等多目标为优化目标;下层模型以运行及用能成本等多目标最小为优化目标。然后,基于模型预测控制,求解单层模型获取上下层目标函数区间,将其模糊化,提出以最大满意度为新目标的模型预测控制方法并求解,从而获得兼顾上下层多目标的优化结果。最后,采用算例仿真验证,表明所提方法正确有效。     

风电场模型预测多时间尺度电压协调控制

针对风电场电压支持和无功补偿问题,提出了一种基于模型预测控制的风电场多时间尺度电压协调控制策略。新方案基于模型预测控制原理协调控制了风电场的静止无功补偿器或静止无功发生器、风电机组和有载调压变压器,实现了母线电压稳定。此外,对应电压正常和不正常的运行条件设计了两种控制模式以实现整个风电场的无功功率优化分配。最后基于仿真平台搭建了风电场仿真模型,验证所提出的协调电压控制方案的有效性。     

大型汽轮发电机组动态运行优化控制的数学模型

为了实现大型火电机组在启动、停机、变负荷过程中的最佳控制,该文阐述了大型汽轮机组动态运行优化控制思想,并提出了相应的优化控制模型。实例仿真表明,通过运用二维离散模型进行预测,有限时段内的滚动优化以及反馈校正,能够实现按最佳温升速率启停的动态运行优化控制方案。     

基于模型预测控制的TCLC-HAPF控制策略

目前带晶闸管控制LC型电抗器的混合有源滤波器（TCLC HAPF）一般采用等效阻抗法控制TCLC部分，采用滞环比较法控制有源滤波器部分。该类控制器忽视了有源与无源部分的联系，因而不能保证全范围内稳定的谐波抑制能力。对此，以单相TCLC HAPF为研究对象，分析得出TCLC HAPF双模式预测控制模型，在预测控制模型的基础上进行有源部分和无源部分的联合控制；然后将指令电流的历史波形输入预测控制器，通过稳定状态预测和滚动优化得出可能的优化方向，从而改善了带稳定负载时的长期运行性能。为使离散输出的优化结果作用于TCLC HAPF装置，提出了终段脉冲式PI控制器。变工况仿真实验表明：模型预测控制方案具有可行性；相较于传统方案，改善了系统运行状态，稳定时的控制性能变好。     

电压型PWM整流器模型预测直接功率控制

对电压型PWM整流器进行了数学建模,然后在两相静止坐标系下建立了预测功率模型,在此基础上提出了优化的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)策略。该方法用电网电压矢量作为基本控制矢量,利用功率预测模型和功率误差最小原则,得出目标控制电压矢量公式,结合空间矢量脉宽调制实现模型预测功率控制。同时针对实际系统中的一步延迟设计了延时补偿方案。此外,在系统中引入重复控制对每个采样周期系统的有功、无功功率进行优化。仿真和实验验证了表明所提出的方法的可行性。     

基于多步模型预测控制的模块化多电平换流器环流控制策略

模块化多电平换流器(MMC)以其结构模块化、低谐波输出以及冗余控制等优点在中高压领域得到了广泛的关注与研究。推导了MMC离散数学模型,提出了基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法,能够实现桥臂环流的多步优化控制并有效地降低预测控制计算量。首先利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测,再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测,最终求解出桥臂投入模块数的优化解,实现环流电流的多步优化控制,从而有效地抑制环流中的谐波电流。所提多步预测控制利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集,可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数,有效地降低控制器的计算量。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了201电平MMC时域仿真控制系统,仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

含分布式光伏的配电网模型预测控制优化方法

分布式光伏的高渗透率和不确定性对节点电压和潮流分布产生了较大影响,给配电网的安全运行带来了新的挑战,如何对含分布式光伏的配电网进行有效准确的优化控制是亟须解决的问题。为此,文中提出一种含分布式光伏的配电网模型预测控制优化方法,以减小节点电压偏差和网络损耗为目标,基于模型预测控制方法不断更新预测信息并构建优化模型,对分布式光伏和储能设备进行滚动优化控制。采用修改的IEEE 33节点系统作为算例进行验证,仿真结果表明配电网的节点电压偏差和网络损耗得到了有效降低,优化效果相较于日前优化方法更贴近实际结果。基于模型预测控制,所提方法有助于配电网在分布式光伏接入下安全运行,且能减小控制方案与实际情况的偏差。     

基于负荷趋势判断的无功优化精细化控制方法及求解策略

针对短期内母线负荷波动导致无功优化控制效果不理想的问题,提出一种无功优化精细化控制方法用于缓解因控制方案滞后而导致的控制不平滑现象,并采用多目标无功优化松弛模型来改善预测控制中可能出现的电压越限和收敛性问题。为了获得最优控制方案,给出一种基于动态搜索策略的多目标混沌差分进化算法,该算法能根据种群中可行解的比例动态调整进化过程中最优解的搜索策略,提高多目标模型Pareto最优前沿的搜索能力和求解效率。IEEE 30标准节点数据仿真结果表明,多目标优化算法在最优解集,外部解收敛性,以及解集的均匀性等方面都好于经典多目标算法;真实电网数据计算表明,精细化控制方法相比传统方法能进一步减小电压偏差和网损,并提高模型的收敛性。