基于双级矩阵变换器的直驱永磁同步风力发电系统有功功率平滑优化控制

风能的随机波动性使得风力发电机输出的有功功率随风速变化而波动,影响风力发电机输送到电网的电能质量。在对风电系统传递函数进行推导的基础上,对风电系统的稳定性能进行了分析,并针对现有有功功率平滑控制中存在的风电系统稳定性、功率平滑性和风能利用率之间的矛盾,提出了一种基于模糊指数移动平均(exponential moving average,EMA)算法的有功功率平滑控制策略。该策略同时兼顾了系统稳定性、功率平滑性和风能利用率3个方面的要求,即能够根据风速情况实时对周期数进行调整,使得系统在风速下降时,首先确保风电系统能够安全稳定运行;在风速波动剧烈段,有效抑制风电系统输出有功功率的随机波动;在风速平稳段,提高风能利用率。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,TSMC)风电系统模型,仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。

基于精简矩阵变换器的串联多端海上风电-HVDC系统协调控制

分析了精简矩阵变换器(reduced matrix converter,RMC)双极性空间矢量调制策略,提出了基于RMC高频链换流器的串联多端海上风电-HVDC系统拓扑结构及其协调控制策略。该控制策略由风电场监测控制(wind farm supervisory control,WFSC)、海上风电机组控制和网侧并网控制组成,并采用最优直流电流参考算法实现。在系统正常运行时,该控制策略可实现各风电机组独立最大风能跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制、直流电流控制、并网有功和无功功率解耦控制;在风电机组故障和电网电压波动等情况下保证系统安全高效运行。仿真结果验证了所提拓扑及其控制策略的正确性和可行性。

三相电压型PWM整流器的分段启动控制

三相电压型脉宽调制(PWM)整流器主要采用双闭环的前馈解耦控制,包括电压外环和电流内环。电压外环稳定直流母线电压,电流内环控制整流器的输入功率因数。采用该控制策略的PWM整流器在启动时会产生冲击电流。分析了冲击电流的产生原因,提出了PWM整流器的分段启动控制方法。仿真和实验结果均表明该控制策略能很好地抑制PWM整流器启动阶段的冲击电流。

基于RMC和VSC的海上风电混合多端-HVDC系统

为了提高海上风电高压直流传输的效率和可靠性,增强系统在风速波动、岸上电网跌落和负荷扰动等情况下功率平衡控制能力。文中把精简矩阵变换器RMC(reduced matrix converter)应用到海上风力发电系统中,建立了一个由RMC换流站和VSC换流站组成的海上风电串并联混合高压直流输电多端口模型,分析了RMC换流器的双极性空间矢量调制策略和闭环控制策略,提出了各个端口之间的协调控制策略。Matlab仿真验证了所提拓扑和控制策略的正确性和可行性。

工字形薄壁梁翼缘弯曲切应力的进一步分析

本文通过梁相邻两横截面间轴向的平衡条件,进一步推导了工字形薄壁梁翼缘与腹板交接区域垂直于剪力的切应力和翼缘上平行于剪力的切应力计算公式。结果表明,所得公式完全满足横截面对称性条件和应力边界条件。在此基础上,绘制了工字形薄壁梁横截面上新的切应力分布图。本文的研究成果可作为学生全面学习工字形薄壁梁上弯曲切应力的重要补充。

基于死区消除与补偿的T型三电平逆变器控制策略

为了避免三电平逆变器的上下桥臂直通,开关切换过程中会引入死区.死区会提高逆变器的输出电流谐波,降低逆变器的输出电压和电流.文中分析了死区在开关管换流过程中的作用,并在此基础上提出一种死区消除与补偿相结合的方法来消除其对逆变器的不利影响.当相电流足够大时,可以根据电流的方向输入不同的驱动信号,达到在没有死区的情况下防止开关管短路的目的.当相电流接近零点时,由于电流纹波的影响,死区消除方法并不适用,只能通过引入死区来提高逆变器的稳定性,然后通过死区补偿来消除其不利影响.实验结果证明,文中方法可以有效地解决死区问题.

TSMC直驱风力发电系统MPPT优化控制

以基于双级矩阵变换器(TSMC)的永磁同步风力发电系统为研究对象,阐述了最大风能追踪的原理,分析了TSMC直驱式风力发电系统的功率集成控制,提出了一种利用转子转动惯量功率实现最大风能追踪的控制算法。在传统功率控制算法中加入一个比例控制器,加快了系统捕获风能的速度。在Matlab中搭建了TSMC风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明:新MPPT算法在风速突变时,加快了系统的动态响应;在风速不变时,保持系统的稳定运行,使系统能快速且准确地捕获风能。

基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡策略

针对T型三电平逆变器中点电位不平衡问题,提出一种基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡方法。首先建立中点电位变化量、相电流和开关矢量占空比的数学关系,在此基础上引入描述小矢量调节中点电位能力的评价指标,当两个小矢量同时存在时,通过比较两个小矢量的调节能力选择不同的开关调制方式。根据给出的数学关系和空间矢量调制方式,提出中点电位平衡无差拍控制模型,对调节能力较强的小矢量占空比进行调整,可以快速实现中点电位平衡控制。仿真和实验结果表明该方法具有良好的中点电位平衡控制性能,有效抑制了中点电位波动,同时减小了输出电压电流谐波。

三电平并网逆变器恒定开关频率的模型预测控制

传统的有限控制集模型预测控制存在开关频率不固定的缺点,这给并网逆变器输出滤波器的设计带来了很大的困难。针对这个问题,提出了一种三电平并网逆变器恒定开关频率的模型预测控制策略。该控制策略将预测最优开关序列控制用于三电平并网逆变器中,并对其寻优方式进行改进。改进的方式是通过找出使目标函数最小的中心矢量来对最优开关序列所在的小扇区进行定位。仿真和实验结果表明,所提控制策略不仅能够在实现定频控制的基础上有效减少计算量,而且具有良好的静态和动态性能。

基于合成中矢量的三电平中点平衡预测控制

中点电位平衡问题是三电平逆变器的固有问题。首先由T型三电平逆变器的拓扑结构出发,分析了三电平逆变器矢量调制模型,但由于中矢量的影响,在低功率因数时小矢量调节能力有限。在此基础上提出了一种基于合成中矢量的三电平中点电位平衡预测控制方法,通过采用相邻的两个大矢量合成中矢量,从而消去中矢量对中点电位的影响,然后建立母线电容两端电压差的预测模型,进而选择开关矢量序列控制逆变器,从而达到中点电位在任意功率因数条件下的动态平衡。最后,通过实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

一种新型的非线性PWM整流器控制策略

工作在恶劣环境下的矿用电源,必须输出直流电压稳定,动态响应迅速,鲁棒性好,输入功率因数可调。以三相全桥电路作为电源主电路的拓扑结构,建立了脉宽调制(PWM)整流器的数学模型,提出了电流内环采用内模控制、电压外环采用环滑模的非线性控制策略。文章进行了仿真和实验,证明了该非线性控制的PWM整流器动态响应迅速、鲁棒性好、输入电流谐波含量小,适合作为恶劣环境下的矿用电源。

氢燃料汽车双向DC-DC变换器改进模型预测控制

双向交错并联DC-DC(BDC)变换器是氢燃料电池汽车实现供电可靠性和能量回收的重要设备,采用传统控制方法时BDC变换器面临着响应速度慢、稳定性不高、输出电流纹波大等问题,针对上述问题,本文采用一种带约束条件改进模型预测电流控制方法。该策略针对BDC变换器两种不同工作模式分别建立其数学模型,基于矢量工作原理搭建BDC变换器不同工作模式改进电流预测模型;然后针对模型预测控制过程开关抖动频繁的问题,对成本函数进行优化设计,约束条件中加入控制变量增量;为解决输出电流纹波问题,改进模型预测控制策略通过在线计算开关占空比,得出矢量作用时间,设计成本函数实现控制目标;实验和仿真对比结果显示传统电流控制方法响应时间和电流纹波分别为0.1 s和5 A,改进MPC模型预测控制响应时间和电流纹波分别为0.02 s和1.5 A,实验和仿真对比结果表明带约束条件模型预测电流控制具有更好的动态响应和稳定性能,验证该算法的有效性。