Pressure control of PEMFC distributed power generator

Control design is important for PEMFC （proton exchange membrane fuel cell） distributed power generator to satisfy user requirement for safe and stable operation. For a complex multi-variable dynamic system, a dynamic simulation model is first established. In view of close coupling and non-linear relationships between variables, the intelligent auto-adapted PI decoupling control method is used. From the simulation results it is found that, by bringing quadratic performance index in the single neuron, constructing adaptive PI controller, and adjusting gas flow rates through the second pressure relief valve and air compressor coordinately, both anode and cathode pressures can be maintained at ideal levels.

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

有源缓冲型逆变器功率解耦技术研究

为实现单级单相升压逆变并能有效抑制直流侧二次纹波电流,提出一种带有源缓冲的电流型逆变器电路拓扑,研究该逆变器的6种电路模态并提出其两模态调制策略和三模态调制策略,设计2种调制策略下的模型预测控制策略,提供主电路参数设计准则。从储能电感电流的最大脉动量与二次纹波含量两方面对2种调制策略进行对比分析,得出了三模态调制策略具有更好纹波抑制效果的结论。对2种调制策略下的逆变器进行仿真分析,仿真结果表明,三模态调制下电路的输出电压总谐波失真率、电感电流相对脉动量与二倍频含量均低于两模态调制下的数据。设计并搭建500VA 48VDC/220V50HzAC有源缓冲型单级单相升压逆变器实验装置,给出了三模态调制下基于模型预测控制的逆变器实验波形,进一步证实了所提研究方案在实现单级升压逆变的同时具有二次纹波抑制能力。

有源电力滤波器补偿的PI解耦控制技术研究

电网中电压和电流波形的失真会产生谐波,导致电网功率因数降低,并影响电力系统的稳定性和可靠性。为了确保电力系统的正常工作,研究了基于有源电力滤波器补偿的比例积分(PI)解耦控制技术。设计了基于二极管钳位式的有源电力滤波器模型。结合基尔霍博电压法,降低控制谐波和解除部分变量耦合。针对设备非线性产生的谐波,分析有源电力滤波器的可逆性,获得输入雅可比矩阵,以实现滤波器旋转坐标的线性化。利用变换矩阵转换转动角速向量,输入谐波的幅度,输出电流取样延迟,完成无差PI解耦控制。试验结果表明,所提技术能够有效解耦滤波器的谐波电流成分,从而补偿电网中的失真电流。该技术可以减少谐波对电力系统的整体影响,保证设备的正常运行。

基于分数阶的电力调度网络发令多任务实时解耦控制方法

为了避免出现网络内部混乱导致发令执行时间延迟问题,提出基于分数阶的电力调度网络发令多任务实时解耦控制方法。构建分数阶多输入输出系统结构,将线性化拓展结果运用到输入输出解耦。考虑解耦后广义传递函数非对角线元素,得到解耦后广义传递函数矩阵。结合PID控制器,改善收敛速度,有效控制极小正值,构建多任务实时解耦控制器,实现多任务实时解耦控制。仿真实验结果表明,所提方法停电时间为1:40—3:00,送电时间为3:02,与真实时间一致,能够达到实时、精准控制发令多任务的目的。

双馈虚拟同步机快速励磁控制和功角补偿策略

针对以激磁电势为目标控制电压的双馈虚拟同步发电机策略下运行功角大而带来的功率耦合问题,提出采用快速励磁控制消除功角扰动对无功控制的影响,采用功角补偿消除激磁电势扰动对功角有功控制的影响的功率解耦方案。在分析双馈电机数学模型及双馈虚拟同步机整体控制策略的基础上,构建计及无功控制环节的双馈虚拟同步机小信号模型。通过分析无功环节PI控制器参数对功角稳定性的影响,设计快速励磁控制策略。通过分析无功扰动与功角变化的关系,确定功角补偿传递函数。设定风速扰动、电网频率扰动和电网电压扰动3种不同工况进行验证。结果表明:所提控制策略可有效避免双馈虚拟同步机大功角运行时有功功率控制和无功功率控制间的相互影响,实现功率解耦。

基于最大净功率输出的PEMFC阴极供气系统优化控制研究

通过建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极供气系统数学模型,分析空气压缩机电压和背压阀开度对系统净功率输出的影响;针对负载电流变化,研究PEMFC系统对应的最优过氧比和最优阴极压力,建立最大输出净功率-过氧比-阴极压力寻优表;考虑过氧比和阴极压力之间的耦合关系,基于辨识出的传递函数矩阵,设计针对空气压缩机电压和背压阀开度的前馈解耦控制器,优化氧气供给和压力控制,并进行相应的仿真验证。结果表明,所提解耦控制器能有效减小过氧比和阴极压力之间的耦合影响,在实现最大净功率闭环控制的同时,具有更快的响应速度和更小的超调量。

模块化解耦电路的协同控制策略

有源功率解耦技术是解决单相变换器中低频二次脉动功率的有效方法。模块化电路具有标准化、独立性和通用性等优点,发展模块化的解耦电路是有源功率解耦技术的重要方向。现有控制策略仅针对单个解耦电路提出,没有考虑多个解耦模块共同工作时的协同控制问题。对此,该文提出一种基于虚拟阻抗的多解耦模块协同控制策略,通过控制解耦模块模拟无源RLC电路的阻抗特性,实现单个解耦模块的即插即用和多个解耦模块的协同功率分配。所提出的控制无需解耦模块与主电路交互电网电压和电流信息,也无需解耦模块间的相互通信,避免了集中的中央控制器和昂贵实时通信的使用。实验以两个解耦模块的功率协同控制为例验证了所提控制策略有效可行性。

带恒功率负载多电平Buck变换器逆解耦自适应滑模控制

针对带恒功率负载(CPL)多电平Buck变换器的强耦合问题及负阻抗特性引起的不稳定问题,提出一种逆解耦自适应滑模控制策略。建立带CPL多电平Buck变换器的非线性数学模型,基于逆系统方法证明系统的可逆性,并推导逆系统表达式,将模型线性化解耦为多个伪线性子系统,抵消负阻抗特性的影响。通过选取线性滑模面和指数趋近律以减弱滑模抖振,并将自适应机制引入到滑模控制中,进而为线性子系统分别设计自适应滑模控制器,进一步提高系统控制性能。基于李雅普诺夫理论对控制系统的稳定性和鲁棒性进行验证。与现有控制方法进行比较,仿真结果表明,所提控制策略具有更强的鲁棒性和优越性。最后,搭建原理样机进行实验对比,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

高频链互联MMC电机调速系统高低频共模电压完全抑制策略

该文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter,RPD-MMC)电机调速系统,通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule,SM)隔离后进行横向互联,实现三相波动功率在SM电容中的解耦,进而消除共模电压(common-mode voltage,CMV)低频波动分量;并提出一种脉冲优化控制CPS-SPWM(pulse optimization control CPS-SPWM,POC-CPS-SPWM)策略,控制任一时刻MMC三相的上、下桥臂导通SM个数保持一致,消除CMV高频波动分量,最终实现对CMV的完全消除。该文从CMV的机理与特性分析出发,分别对低频与高频抑制的方案提出、原理分析与效果实现进行探讨,最后通过仿真与实验,验证CMV机理分析与两种策略消除CMV的可行性与有效性。

基于线性自抗扰的无刷双馈电机功率解耦控制策略研究

针对抽水蓄能机组工作环境复杂、温度等扰动较为突出、传统矢量控制对于无刷双馈电机控制精度不足的问题,研究了一种基于线性自抗扰控制的无刷双馈电机功率解耦控制策略,用来降低电机扰动并提高控制精度,提升其运行特性,进而提高其在抽水蓄能系统中的能量转换效率。建立了无刷双馈电机统一坐标系下两相旋转坐标系的数学模型,采用功率绕组定向的方法确定坐标系,推导了功率绕组定向下的电流关系并据此使用控制绕组控制功率绕组的有功和无功,从而实现了功率解耦控制。为提高控制性能,重写转速环和电流环,分析扰动,列写状态方程,设计扩张状态观测器,采用自抗扰技术提升了电机控制性能。进行谐波分析,基于控制绕组电流在同步坐标系下主要谐波为6次谐波的结论,采用重复控制器进行特定频次谐波的抑制。通过Simulink仿真,观察动态响应和d轴绕组电流傅里叶分析,并在电网电压阶跃变化和系统存在白噪声两种状态下与传统PI控制的效果进行对比,验证了所提自抗扰功率解耦控制方法及谐波抑制方法的有效性。

企业社会责任解耦对实质性创新的影响

中国企业开展实质性创新的占比较低,但现有研究极少涉及企业社会责任解耦如何影响实质性创新。为此,基于组织解耦理论,从企业借助社会责任解耦策略实施印象管理而非仅从企业社会责任行为本身对实质性创新的作用效应进行探究,为解读企业社会责任引致的创新困境提供新的理论视角参考。以2009—2019年沪深两市中356家披露社会责任报告的A股制造业上市公司为样本,利用来自国泰安等数据库的相关数据,采用带有调节效应的回归模型进行多元回归分析,并考察重污染行业、管理层权力和内部控制的调节效应。结果表明:企业社会责任解耦与实质性创新呈负相关。其中,针对重污染和非重污染行业的检验结果支持基于合法性观点的假设而不是基于归因理论的假设,重污染行业中企业社会责任解耦与实质性创新之间的负向关系被削弱;同时,管理层权力增大会加强企业社会责任解耦与实质性创新之间的负向关系,企业内部控制对企业社会责任解耦与实质性创新之间的调节效应则未得到验证。由此启示,中国需进一步健全企业社会责任信息披露制度,加强对重污染行业企业社会责任信息披露行为的监管,并通过督促企业完善内部控制体系制衡管理层权力过大导致的社会责任解耦策略滥用问题,以促进企业更有效地开展实质性创新。

高压级联SVG电流PR控制策略

对SVG在出现无功阶跃扰动时的补偿控制进行深入研究。SVG在无功功率调节时,如果出现阶跃扰动,无功功率的调节会直接影响有功功率的调节,这是因为传统的旋转坐标系控制方法对于有功功率和无功功率的控制环路之间存在耦合关系。为此,文中引入了有功和无功的解耦控制。另外,无功的阶跃信号会引起直流母线电压的突变,故将直流分量引入装置侧输出电流的值,并将这个直流分量滤除,保证控制的稳定性。最后在仿真的基础上,以光伏电站为背景对所提方法进行现场验证,结果充分证明了该算法的有效性。

单相级联H桥整流器电压平衡与纹波抑制策略研究

对传统单相级联H桥整流器主电路加以改进,增加了功率解耦桥臂,建立了数学模型,并对电压平衡和纹波抑制策略进行了研究。首先,整体回路采用双闭环控制,通过二阶广义积分方法优化了基波信号的提取方案;其次,对系统功率平衡关系进行推导,建立网侧电流和电容电压平方的一次关系模型,并引入可变比例环节,有效提升系统抵御参数变化的鲁棒性;然后,采用独立式Buck型有源功率解耦控制策略,通过运算实时分配解耦桥臂开关管占空比,设计自适应选频器分离二次纹波信号,实现对直流母线二次纹波电压脉动的抑制。最后,基于Matlab/Simulink软件进行试验验证,所提方法能够有效地解决电压平衡和二次纹波功率抑制问题。

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。

基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

【目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

紧凑型多功能单级磁阀式立体磁控变压器研究

电缆的规模化使用造成电力系统中容性无功功率平衡需求增加,此外高比例新能源接入也会带来无功功率波动问题。现有无功功率补偿及无功功率发生装置占地面积较大、成本较高。通过磁控电抗器与变压器一体化结合提出了一种紧凑型多功能单级磁阀式立体磁控变压器,同时具备传统电力变压器升降压基础功能与灵活调节无功功率的能力,尤其适用于空间有限的城市变电站。对所述磁控变压器进行了有限元仿真,验证了其运行有效性。结果表明该磁控变压器的无功功率调节容量可以达到94.5 kvar,最大变比偏移量为0.439%,谐波含量仅有3.8%,节约占地面积20%,总体性能优异,可以很好地满足城市配电网无功功率补偿的需求。

不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法

为了解决并网逆变器在不平衡负载下有功功率和无功功率为耦合影响状态、关联复杂,导致控制精度不佳、响应慢等问题,提出不平衡负载下并网逆变器功率解耦控制方法。根据并网逆变器拓扑结构获取并网逆变器功率,对并网逆变器有功功率与无功功率实行解耦,并通过带比例系数的双闭环功率控制器,完成并网逆变器功率解耦控制。在此基础上,通过遗传算法进行控制参数优化,获取比例系数的最优解,进一步提高并网逆变器功率解耦控制能力。实验结果表明:解耦后的控制方法在并网逆变器响应功率与给定功率上基本一致,解耦后的功率波动范围降低了8 kW,功率控制电流和功率波动最小,具有良好的控制效果。

九边形模块化多电平变换器的解耦模型与控制策略

九边形模块化多电平变换器(N-MMC)是一种具备多端口、低频性、高可靠性等特点的AC-AC变换器,在海上风电领域应用前景广阔。但是,九边形变换器存在不同频率的电气分量强耦合的问题。为此,该文提出了一种九边形变换器的解耦方法。首先,根据九边形变换器的拓扑结构,分析了其桥臂电压、电流的关系,建立了九边形变换器的解耦模型;然后,在此基础上推导了PI控制策略和非线性的无源控制(PBC)策略;最后,在Matlab仿真平台和RT-Lab半物理平台上进行了多种工况的仿真和实验验证,对比了解耦后采用PBC控制、PI控制、未解耦直接采用准比例谐振(QPR)控制的效果,验证了所提解耦模型与PBC控制的可行性与优越性。