MMC-HVDC系统的低频模型预测控制方法

由于模型预测控制（model predictive control,MPC）具有原理简单、可同时实现多目标控制等优点,在模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）中应用越来越多,但传统模型预测控制存在计算量大、换流器开关频率高等问题。提出一种改进的模型预测控制方法,首先利用交流电流指标函数寻找最优开关状态组合,其次根据相邻时刻上子桥臂投入模块数目的变化,对开关状态组合进行优化,最后设计一个综合指标函数同时完成子模块电容电压平衡控制与环流抑制。该方法大幅减少了寻优过程的计算量,且降低了换流器的平均开关频率,减小了系统损耗,适合应用于MMC系统。基于MATLAB平台搭建了11电平三相MMC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称模型预测控制

针对模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统桥臂阻抗不对称运行环流问题,推导了上、下桥臂阻抗不对称运行时子模块输出电压与桥臂电流特性,阐述了此时桥臂电流基频成分,指出了换流器环流成分含有直流分量、基频分量、二倍频分量以及三倍频分量,直流侧电流会产生波动;提出一种MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称环流抑制策略,该策略将比例-积分控制与有限控制集模型预测控制相结合,计算换流器所有开关状态下综合目标函数,根据环流抑制目标函数最小值和环流抑制补偿电平调节综合目标函数最小值对应的开关状态。该控制策略能够很好地抑制环流交流成分,减小了直流侧电流波动,使得桥臂阻抗不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和基频分量、二倍频分量以及三倍频分量对称分布。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

模型预测控制在MMC-HVDC中的应用

针对不对称交流电网下模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传统不平衡控制策略存在的诸多缺点,提出两种改进的不平衡控制方法:电流环模型预测控制方法和模型预测直接功率控制方法。两种方法分别实现了对MMC交流侧电流的控制和对MMC交流侧有功和无功功率的直接控制。详细描述了两种控制方法的控制原理及设计过程,与传统的双矢量控制策略从控制结构复杂度、稳态性能和动态性能等方面进行了对比分析。将模型预测直接功率控制与功率补偿策略相结合,以分别实现不对称电网下抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动3种控制目标。在PSCAD/EMTDC中搭建了5电平MMC-HVDC模型,验证了该文所提两种控制方法的正确性和有效性。     

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。     

MMC-HVDC简化有限集快速模型预测控制研究

针对应用于模块化多电平换流器的直流输电系统的传统模型预测控制策略存在运算量庞大,配置目标函数加权因子的随机性问题,在分析MMC离散数学模型的基础上,以控制系统输出的最优电压电平组合为目标,提出无加权因子的简化有限集的快速模型预测控制策略,运算量大幅度减小,对平衡子模块电容电压、降低交流侧电流波动和抑制循环电流有显著效果。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,并基于iHawk实时多处理器环境以及SWB实时仿真平台,进行11电平样机实验,实验结果表明该控制策略的有效性和可行性。     

MMC-HVDC改进模型预测控制策略研究

控制策略对保证基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converter-high voltage direct current transmission,MMC-HVDC)正常工作起着至关重要的作用。经典双闭环矢量控制具有控制精度高、响应速度快等特点,但需要控制器设计和控制参数调节;模型预测控制具有建模直观、无需控制器优点,但预测指令的求解过程稍显复杂。该文在两相静止坐标系下,综合2种控制策略的优点,基于功能等效思想,将双闭环矢量控制等效划分为2个模型预测环节,构成改进模型预测控制。研究2种不同的控制指令获取方法,避免传统预测控制运算量大、权重因子调节复杂等问题。通过对模块化多电平换流器技术(modular multi-level converter,MMC)数学模型离散化,建立MMC阀侧电压控制指令输出预测模型,实现内环控制器等同功能。分别针对电网电压平衡和不平衡工况,从功率跟踪、负序电流抑制及功率波动抑制等方面验证所设计控制策略的有效性。     

适用于弱交流系统的MMC-HVDC模型预测控制策略

基于虚拟同步发电机的模块化多电平变流器(MMC)控制策略参数设计复杂,响应速度缓慢。提出一种适用于弱交流系统的基于MMC的柔性高压直流输电(MMC-HVDC)模型预测控制策略,采用电压预测滚动优化和参考轨迹柔化技术,提高模型预测控制精度,降低器件开关频率并改善系统暂态响应性能。同时,通过在外环控制引入有功调频、无功调压控制,在内环控制引入直接电压预测控制,使得MMC能够有效参与受端电网频率调节,并保持有功、无功解耦控制。最后,通过MATLAB/Simulink平台进行仿真验证,仿真结果表明所提控制策略可以有效改善输出电能质量,降低开关频率,减小开关损耗,提高暂态响应速度,为弱交流系统提供更好的频率支撑特性。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构.针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法.首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流.其次,建立容错变换器功率预测模型,...     

MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称模型预测控制EI北大核心CSCD

针对模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统桥臂阻抗不对称运行环流问题,推导了上、下桥臂阻抗不对称运行时子模块输出电压与桥臂电流特性,阐述了此时桥臂电流基频成分,指出了换流器环流成分含有直流分量、基频分量、二倍频分量以及三倍频分量,直流侧电流会产生波动;提出一种MMC-HVDC系统桥臂阻抗不对称环流抑制策略,该策略将比例-积分控制与有限控制集模型预测控制相结合,计算换流器所有开关状态下综合目标函数,根据环流抑制目标函数最小值和环流抑制补偿电平调节综合目标函数最小值对应的开关状态。该控制策略能够很好地抑制环流交流成分,减小了直流侧电流波动,使得桥臂阻抗不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和基频分量、二倍频分量以及三倍频分量对称分布。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于SSPFM电容均压的MMC-HVDC系统模型预测控制策略

针对模块化多电平高压直流输电(MMC-HVDC)系统采用双闭环PI控制参数存在整定难和动态响应慢的问题,提出了一种应用于MMC-HVDC的模型预测控制方法。但模块电容均压排序在具有大规模桥臂模块数的模型预测控制(MPC)策略中存在局限性,提出了希尔排序优化质因子算法(SSPFM)电容均压分组排序方法,通过SSPFM-MPC控制策略,使MMC-HVDC系统具有良好的动态功率响应性能,实现了子模块电容电压均衡与环流抑制之间的良好协调。在PSCAD/EMTDC中搭建了两端401电平MMC-HVDC仿真模型,通过SSPFM-MPC将电压排序的MPC模型的401种组合状态减少到了36种,且系统动态响应良好,验证了所提方法的正确性。     

虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)交流电流传感器容错控制中存在不可测区域,影响VSG容错运行。为此,提出基于电流重构的故障容错模型预测控制(model predictive control, MPC)策略,消除不可测区域,实现全域内的电流重构。首先,该策略分析不同开关状态下直流电流测量值对应的相电流,设计交流电流传感器故障判据。其次,分析不可测区域成因并根据可测量相电流的数量不足和矢量持续时间过短将其分为两类。为消除因可测量相电流不足造成的不可测区域,设计可测量两相电流的虚拟矢量,通过直流电流重构三相电流。为消除因矢量持续时间过短造成的不可测区域,建立LCL型VSG输出电流预测模型,通过直流电流和单电压矢量的预测电流重构三相电流。最后,通过故障容错MPC策略从虚拟矢量和单电压矢量中选择最优矢量,实现全域内的电流重构和VSG的容错运行。实验验证了所提方法的有效性,说明该方法提高了VSG的可靠性和容错能力。     

MMC-HVDC系统的模糊PI优化控制

MMC-HVDC(基于模块化多电平换流器的高压直流输电)是近几年我国电力系统的重点研究方向。为了优化MMC-HVDC系统控制策略,将模糊控制和PI(比例积分)控制相结合,设计了模糊PI控制器,实现对PI参数进行实时调节的功能。使用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了双端有源31电平MMC-HVDC系统仿真模型,对比分析传统PI控制器和模糊PI控制器下的仿真波形。分析结果表明,所设计的模糊PI控制器能有效提高双端有源MMC-HVDC系统的稳态响应特性和鲁棒性,提高电能质量。     

基于CPS-SPWM调制方法的MMC-HVDC输电系统冗余保护策略研究

子模块故障是模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统最常见故障之一。为保证子模块故障后MMC-HVDC系统能够稳定工作,本文首先对子模块故障后桥臂电流、桥臂间环流及直流侧电流的影响进行数学分析,确定了MMC子模块容错方案;然后将子模块冗余控制与带有电容均压控制和环流抑制控制的载波相移脉宽调制(CPS-SPWM)方法相结合,设计了基于电容电压平衡控制CPS-SPWM的冗余保护策略;最后在PSCAD/EMTDC中搭建双端10电平的MMCHVDC输电系统模型。通过对模型进行稳态仿真以及子模块故障时的暂态对比仿真,验证了本文所提出的冗余保护策略的正确性和有效性。     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。     

控制处理系统抗辐射容错

文中针对解决辐射环境中的单粒子翻转威胁,着重探讨采用硬件冗余的容错设计方法,提高控制处理系统的可靠性.     

基于元件冗余的有源电力滤波器容错控制方法研究

有源电力滤波器容错控制存在元件冗余,从而导致容错控制误差增加、执行效率以及容错率下降,针对这些问题,提出了一种基于元件冗余的有源电力滤波器容错控制方法。在元件冗余条件下,将三相六开关有源电力滤波器（APF）重新构建为三相四开关APF,同时分析APF拓扑结构,组建形成去冗余数据模型。在结合李雅普诺夫稳定性定理设计电流环节控制策略和控制器的基础上,通过比例积分使电压稳定在期望数值范围内,最终实现有源电力滤波器的容错控制,仿真实验结果也表明所提方法能够切实提升执行效率及容错率,有效降低容错控制误差。     

具有冗余特性的永磁容错电机短路故障分析与控制

为了提高电力推进系统的可靠性,提出了带冗余特性三相永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。为了研究绕组短路故障和逆变器开关短路故障对该驱动系统输出电磁转矩特性的影响,本文在分析两种短路故障等效电路的基础上,建立了短路电流和阻碍转矩的数学模型,通过仿真揭示了逆变器开关短路故障对驱动系统输出转矩特性的影响比绕组短路故障更严重的结论,并给出通过控制逆变器的开关状态将开关短路故障转化为绕组短路故障的实现方法。针对短路故障降低驱动系统平均输出电磁转矩和增大转矩脉动的问题,提出了基于稳态数学模型的最佳电流故障控制策略。仿真和实验结果验证了所提出的故障控制策略的有效性。     

电机系统模型预测控制研究综述

近年来,模型预测控制(MPC)的理论和技术得到了长足发展,应用前景广阔。介绍了MPC的基本原理;简要对比分析了国内外电机系统MPC技术的研究概况。研究了有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)应用于电机驱动系统的控制方案。总结了FCS-MPC关于价值函数设计、计算量降低、矢量作用个数以及鲁棒性提高等方面的研究思路。展望了未来FCS-MPC技术需要进一步深入和拓展的研究方向。