三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov控制策略

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)应用于新能源海上风电直接AC/AC变换时，由于新能源发电的随机性及本身的非线性特性，在三相电压不平衡下MMMC输入、输出双侧电流常用的PID控制策略难以达到理想的控制效果，基于Lyapunov函数控制方法的控制器数量、控制复杂程度和控制效果都优于PID控制，提出了三相电压不平衡下MMMC的输入、输出双侧采用Lyapunov控制策略。根据MMMC的数学拓扑结构建立三相电压不平衡下MMMC双侧Lyapunov的数学模型，证明了其具有全局渐进稳定性，讨论了控制不精确以及参数选择问题。最后通过仿真平台对提出的Lyapunov控制策略与PID控制策略进行仿真比较，验证了所提控制方法的正确性与优越性。所提Lyapunov控制方法相较于PID控制稳定速度更快，总谐波畸变量(THD)更低，且具有强鲁棒性，对参数的变化不敏感。     

基于矩阵变换器的UPFC简化调制模型预测控制

基于直接矩阵变换器的统一潮流控制器（DMC-UPFC）减小了体积和成本,没有储能电容损坏的风险,提高了系统的可靠性。为了提高DMC-UPFC在使用模型预测控制（MPC）时的输出电能质量,根据矢量合成原理和空间矢量调制策略提出简化调制模型预测控制（SMMPC）,简化了空间矢量的选择,同时解决了开关周期不固定的问题。根据扩展功率理论推导出不平衡工况下无需正负序分离的有功功率补偿（APC）策略保持有功功率稳定。仿真和实验结果表明,DMC-UPFC可实现线路潮流控制和无功补偿,SMMPC响应速度快,与MPC相比,SMMPC有着固定的开关周期,无需很高的采样频率也可以输出较高质量的波形,结合APC策略可以提高电网不平衡工况下的潮流控制性能。     

基于虚拟同步发电机和无源性控制的DFIG 机侧控制策略

传统的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)矢量控制因其惯性与电网频率波动解耦而不能为电网提供额外的有功功率支持,为此在DFIG转子侧变流器控制中引入一种改进的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制策略。针对传统VSG控制存在的频率偏差问题,通过在有功下垂环节中加入一个Washout滤波器,实现了在不需要增加额外2次控制回路情况下就能使频率保持在工频50 Hz附近。同时,为解决传统VSG中电压电流双环控制中内环电流PI控制存在的动态响应有限、鲁棒性不强等问题,首次在内环电流控制中引入了基于端口受控的耗散哈密顿(port controlled Hamiltonian with dissipation, PCHD)模型的无源性控制(passivity-based control, PBC)方法,设计了转子侧变流器的无源性控制器。最后,搭建了DFIG仿真系统进行实验验证,结果表明了本文所提控制策略的有效性和优越性。     

基于分离源的高增益矩阵变换器特性分析

针对矩阵变换器(MC)存在的电压传输比限制以及现有升压型MC结构元件多、调制复杂的问题,提出了一种新型的分离源型矩阵变换器(SS-MC)。该结构采用电感、电容和3个二极管替代了双级MC中间的直流链路部件,从而构成分离源升压网络,避免了配置额外的直通占空比。对SS-MC的拓扑结构和分离源网络升压的工作原理进行了分析,阐述了其采用的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,并针对SVPWM的缺点提出了基于充电预测的模型预测控制(CPB-MPC)策略。仿真和实验结果表明：所提出的SS-MC结构使用常规的SVPWM即可达到较高的电压传输比,但无源元件会存在较大的纹波;使用CPB-MPC策略可以有效抑制纹波,提高MC的输出电能质量。     

不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。     

MMMC两侧电流基于Lyapunov函数的控制策略

分频传输系统（fractional frequency transmission system,FFTS）是一种海上风电电能传输方案,FFTS中最为关键的装置为大功率AC/AC变换器,而模块化多电平矩阵变换器（modular multilevel matrix converter,MMMC）是一种高电压、大功率AC/AC变换器。针对MMMC输入输出两侧的电流控制,目前一般都采用传统PI控制,其控制参数多且控制效果不理想,而基于Lyapunov函数的控制策略的控制器数量、控制复杂程度和效果都优于PI控制,因此提出了MMMC输入输出两侧电流的Lyapunov函数控制策略。根据MMMC的拓扑结构,推导出MMMC输入输出两侧电流解耦模型,再结合Lyapunov函数控制理论,推导出MMMC输入输出两侧电流的Lyapunov函数控制的数学模型,证明了所提控制具有全局渐进稳定性,讨论了Lyapunov函数控制的不精确以及参数选择问题。最后在MATLAB仿真平台上针对MMMC输入输出两侧电流控制采用所提控制策略和传统控制策略分别在不同工况下进行实验比较,仿真结果验证了所提控制策的正确性与优越性。     

电网不平衡工况下三电平直接矩阵变换器反步滑模控制策略

三电平直接矩阵变换器(three-level direct matrix converter, TLDMC)因具有高功率密度、高效率、共模电压较小等特点,在电机驱动、分布式发电、可再生能源等领域受到广泛关注。但在电网电压不平衡工况下,TLDMC输入侧的电流畸变会影响功率因数和输出侧的电能质量,降低系统的可靠性。现有的TLDMC输入闭环控制策略不能兼顾高动态响应和强鲁棒性的要求。为此,提出适用于平衡和不平衡电网电压,且无需正负序分离的TLDMC反步滑模控制策略(back-stepping sliding-mode control, BS-SMC)。采用动态调制系数抑制不平衡工况下的有功功率2倍频波动,再通过消除Lyapunov导函数中的非线性项并引入滑模面作为虚拟误差来控制输入无功。经过理论和实验分析比较,结果表明所提方法相较于传统控制策略,响应速度和电能质量均得到提高。所提方法为矩阵变换器的输入控制策略提供了一种参考。     

非理想条件下基于MMC的电力电子变压器的无源滑模控制策略

基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的电力电子变压器(powerelectronictransformers,PET)在输配电过程中发生扰动时，采用传统的PI控制、无源控制等已经难以保证系统的可靠性以及良好的动态响应能力。为了改善非理想条件下系统的可靠性和动态响应，提出基于MMC-PET的无源滑模控制(passivity-basedcontrol–sliding-modecontrol, PBC-SMC)策略。首先，将基于MMC的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型的无源控制器应用到内环电流控制，再引入滑模控制(sliding-mode control,SMC)，可有效解决无源控制过于依赖系统参数的问题，使得控制系统具有更强的抗干扰能力和更快的响应速度；然后，通过移相均压控制来稳定中间隔离级的输出直流电压，并设计输出级逆变器的无源控制器；最后，搭建MMC-PET仿真系统进行实验验证，结果表明在非理想条件下MMC-PET采用PBC-SMC控制方法的有效性和优越性。     

基于双dq坐标变换的模块化多电平矩阵变换器无源控制策略

模块化多电平矩阵变换器（M3C）采用双αβ坐标变换时控制结构复杂，被控变量仍为交流量，且非线性的M3C采用线性的比例积分微分（PID）控制时效果不理想。提出采用控制系统结构更简单的双dq坐标变换，将M3C控制系统中的被控量都转换为直流量，并采用非线性的无源控制（PBC）方法。基于PBC理论分析了M3C对象的无源性和稳定性，设计并推导了M3C的PBC策略。在MATLAB/Simulink上搭建了基于双dq坐标变换的M3CPBC仿真系统，模拟3种运行工况下的系统运行情况。仿真结果表明，相比于PID控制，所提PBC方法控制参数更少、响应速度更快、谐波含量更低，总体控制效果更好。