基于锁相环与电流环解耦的并网变换器稳定性控制策略

在弱电网中,并网变换器的锁相环会与电流环产生动态交互进而引发小信号(或谐波)失稳问题。为了解决这一问题,利用小信号建模方法建立了并网变换器等效阻抗模型,并在此基础上将变换器阻抗模型与系统稳定性判断方法相结合,利用极点变化轨迹以及Bode图分析了弱电网工况下并网变换器的失稳机理。针对多输入多输出系统,在考虑多环耦合的同时,提出了一种基于数字滤波器的有源阻尼控制策略,3种不同类型的滤波器分别被用于控制系统的稳定性,提高系统稳定裕度。所提出的控制方法能实现锁相环与电流环的之间的解耦,有效抑制多环耦合。同时,给出了控制策略具体的实现方案、参数设计方法,并分析了控制策略对多环耦合部分的影响。另外,为了研究不同工况下所提控制策略的有效性,分析了不同电网强度、锁相环带宽和电流环带宽下采用所提控制策略的系统稳定裕度,并将其与传统控制方法进行了对比。最后,仿真和硬件在环实验结果验证了所提理论的正确性。

多谐振控制的同步磁阻电机鲁棒预测电流控制系统转矩脉动抑制方法

为抑制同步磁阻电机的转矩脉动并提高系统的鲁棒性,文中提出了一种基于多谐振速度环控制与自抗扰电流环的复合控制策略。由于同步磁阻电机的磁阻变化不均匀,从而导致电机电感随着磁饱和与交叉耦合效应变化,一方面,电感参数的变化会给电流环控制带来影响;另一方面,电感参数的变化还会引起转矩的脉动。因此提出基于多比例谐振的速度环控制策略,以抑制同步磁阻电机的转矩谐波。基于超局部模型的无差拍电流预测控制,利用改进的锁相环观测器对下一拍的电流和扰动进行预测,在电机参数变化时可以很好地实现电流的跟踪,从而提高系统的抗干扰能力。

永磁同步电机电流环的二自由度内模控制

目前工业上在对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)进行控制时,常认为电流环的调节过程远快于转速环的调节过程,进而忽略电流环中反电动势扰动项的变化。但对于采用PI控制且机械时间常数与电磁时间常数相差不大或更小的电机而言,若直接对电流环中的反电动势扰动项进行忽略,将会导致电机的动态响应性能恶化。为解决上述问题,本文首先建立了永磁同步电机调速系统的数学模型,并根据此数学模型推导了PI控制条件下电机动态性能变差的原因,以及反电动势扰动项能否进行忽略的条件,针对无法忽略的情况本文在传统内模控制的基础之上设计了一种二自由度内模控制器,该控制器具有2个可独立调节的参数,可分别调节电流环的跟踪特性与鲁棒特性和抗干扰特性。最后,利用Matlab/Simulink对所设计的二自由度内模控制器与传统的PI控制器进行对比仿真实验。结果表明,相比于PI控制器,所设计的二自由度内模控制器使电流环具有更好的跟踪性和鲁棒性,解决了特殊情况下电机动态响应性能变差的问题。

基于数字检测的磁通门电流传感器

传统的自激式磁通门电流传感器通常基于平均电流法测量电流,结构复杂且测量带宽和响应时间均受滤波器截止频率的限制。文中基于占空比采样的数字检测法设计了一款面向复杂漏电流测量的传感器,使用单片机直接测量激磁信号占空比,并通过数字算法完成信号的解调与处理。文中的传感器采用开环设计,节省了滤波电路与AD转换器,降低了成本。实验表明:该传感器的带宽和响应时间性能均优于基于平均电流法的传感器。

不同锁相环对LCC-HVDC控制回路稳定性的影响

该文研究了电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统逆变侧采用不同锁相环时,锁相环控制回路比例–积分(proportional integral,PI)参数变化对直流控制回路稳定性的影响。首先,分别建立了逆变侧锁相环采用滑动平均滤波(mo ving average filter,MAF)和级联延时消去滤波(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)的LCC-HVDC小干扰动态模型,并通过电磁暂态仿真验证了该模型的正确性。其次,基于拉普拉斯变换获得系统定电压控制回路的传递函数,利用奈奎斯特稳定判据以及稳定裕度指标分析不同锁相环对定电压控制回路稳定性的影响,并进行了机理分析,同时在PSCAD/EMTDC的电磁暂态模型上进行了验证。最后,进一步在LCC-HVDC工程模型上对该文所得结论的普适性进行了仿真验证。

Lateral Dynamic Analysis and Motion Control of a Jet Trencher in Ocean Currents

In order to control the lateral motion of a jet trencher which is important for stable trenching operation,the oscillation characteristics of the jet trencher are researched. The jet trencher is simplified into a single degree of freedom model with restoring and damping force. The nonlinear mathematical model of the trencher laterally oscillating in ocean currents is established,and its approximate analytical solution is obtained.Results show that the analytical solution has small differences with numerical solution based on the fourth-order Runge-Kutta method and can effectively describe the underwater oscillation. A double-loop PID controller is designed to control the lateral motion displacement of the trencher to return to the center of the pipeline route which is effective and robust for the propulsion system.

考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量DFIG功频响应特性建模

含有虚拟惯量控制的双馈风电机组的频率响应特性受风电本体和控制环节等因素影响,该文提出一种考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量双馈风电机组功频响应特性建模方法。首先,分析含虚拟惯量控制的双馈风电机组在受扰后的运行特性,基于小信号线性化方法分别建立风轮机、异步发电机及其轴系、转子侧功率环控制以及电流环控制的状态方程;基于定子磁链定向原理化简转子磁链-电流环线性化方程,利用状态方程建立考虑转子磁链-电流环控制的风电机组五阶闭环传递函数;通过频域法量化电流环作用的转子磁链频域响应,剖析所提模型与已有简化模型之间的区别,采用摄动理论分析电流环控制参数对所提模型有功功率-频率响应的影响。最后,在含双馈风电的5节点测试系统与某实际电力系统算例中对比时域仿真结果,结果表明:所提模型的功频响应精度高、适用性强。

基于主网和馈线多负荷等值的配电网合环倒切可行性分析

配电网合环倒切可能会产生较大的合环稳态电流和冲击电流。建立合环电路等值模型计算合环电流,分析其倒切可行性,是保障电网安全稳定运行的基础工作。针对现有合环模型、电流计算方法误差较大的问题,首先提出考虑主网等值、馈线多负荷等值和变压器等值的合环电路等值模型。其次,结合叠加定理、前推回代法和牛顿拉夫逊法计算合环稳态电流,解决了迭代可能不收敛的问题。然后,基于戴维南等值电路对合环暂态过程进行分析,利用最佳频率法推导了精确合环冲击电流的表达式。最后基于PSCAD软件搭建仿真模型,得出该合环电流计算方法误差最小,验证了所提出等值模型与计算方法的准确性与优越性,对于安全进行合环倒切操作具有重要意义。

混合多端直流输电系统直流侧阻抗建模及谐振抑制

混合多端直流(hybrid multi-terminal HVDC,H-MTDC)输电系统直流场设备的自然等效电阻较小,在控制系统无法提供足够大阻尼的情况下易导致系统直流侧的谐振振荡。首先推导了换相换流站(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流站(modular multilevel converter,MMC)直流侧输出阻抗,在MATLAB中建立了H-MTDC系统的阻抗模型并给出了基于环路增益的稳定判据。其次,通过计算环路增益对各控制参数的频域灵敏度定量地分析了参数变化对环路增益曲线的影响,明确了影响系统谐振特性的主导因素,并结合稳定判据制定了参数调整方案。再次,通过反馈换流站输出的直流电流,将LCC站原定直流电流控制器改进为电流阻尼控制器并设计了控制器参数。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了所提谐振抑制策略的有效性。

三相并网逆变器模型预测控制研究

三相并网逆变器是连接新能源系统与电网之间的重要环节,针对传统电压电流双闭环并网控制中由于比例积分(ProportionlIntegral,PI)调节器饱和造成的稳态性能较差和控制精度不足的问题,采用模型预测控制器代替传统的PI控制器,提出一种三相并网逆变器的模型预测控制策略。建立三相逆变器在两相静止坐标系下的数学模型,分析模型预测的控制过程并对目标函数进行优化,增加逆变器的限流环节。建立离散动态电流方程,对下一时刻的电流值进行预测,根据目标函数最小原则选择最优的空间电压矢量,将其对应的开关状态作用于逆变器实现并网控制。利用MATLAB/Simulink进行仿真分析,验证了模型预测控制策略的可行性,该控制策略提高了并网过程的稳态性能,有效减小了并网电流的谐波畸变。

高速低载波比下控制延迟分析与补偿策略研究

高速永磁电机在高基频运行和低载波比情况下,控制延迟会严重影响驱动系统稳定性和引起电流环控制失稳。介绍了控制延迟产生机理,对考虑控制延迟后的电流环模型进行重构,并系统分析低载波比下延迟引入的交叉耦合和时滞效应对电流环稳定性的影响,提出了通过计算得到电机在额定转速处稳定运行需补偿的延迟时间,对控制延迟角进行离线补偿的策略。基于一台1.5 kW、18000 r/min实验样机,对永磁同步电机矢量控制系统各部分进行离散化建模,对控制延迟补偿前后的仿真与实验波形进行充分的对比分析,证明了该策略的有效性与可行性,实现了电机在额定转速处稳定运行的目标。

基于内模控制的永磁同步电机电流环观测器设计

针对永磁同步电机电流环存在参数摄动、干扰等不确定因素,提出一种基于内模控制的观测器来实现对电流补偿控制。首先,假设耦合和反电动势完全补偿条件下,由内模控制原理构造电流环内模方程,引入实际电流与内模电流的误差变量构造一个新增广矩阵,由状态反馈理论设计观测器控制律。同时,观测器参数由极点配置方法来优化。通过仿真和实验表明,利用内模控制观测器能对电流环实现更好的补偿控制,使得电流稳态波动更小,从而能更准确地调节电机角速度。

永磁同步电机电流环自适应复合控制方法研究

矢量控制永磁同步电机的dq轴电流采用PI控制时,参数变化和负载扰动会影响电流环的动静态性能。为了提高电流环对这些不确定性的适应能力,结合模型参考自适应控制(MRAC)和PI控制,设计了一种自适应复合控制方法。PI控制简化了MRAC的控制对象,基于平衡点稳定理论设计的MRAC弥补了PI控制在克服参数变化和干扰影响方面的不足。仿真和实验结果表明,自适应复合控制方法改进了电流环的跟随性能,提高了系统的速度响应和抗负载扰动的能力。

并网逆变器复合电流环引起次/超同步振荡机理研究

针对我国电力系统中的并网逆变器引起的次/超同步振荡现象,以单逆变器经阻抗并理想电源的典型系统为例进行分析。由于锁相环动态和较大电网电抗的存在,单逆变器并网系统电流环存在dq轴耦合。将dq轴统一考虑,建立了单逆变器并网系统的复合电流环模型。复合电流环中存在正反馈作用,该反馈与锁相环、电流控制器、系统运行点、电网电抗和滤波电抗等多个因素相关,若匹配不当则可能造成振荡或失稳。使用根轨迹法对上述因素对系统稳定性的影响进行分析,探讨了通过适当调整并网逆变器控制参数来抑制振荡的方法。通过时域仿真验证了复合电流环的准确性,同时验证了调整电流环控制参数抑制次/超同步振荡的效果。最后,对复合电流环模型的应用进行了展望。

基于PREISACH理论的电流互感器建模研究

提出了一种新型电流互感器(CT)数字化模型。该模型由CT电磁感应方程和基于Preisach理论的新型铁心磁化模型组成:基于Priesach理论的WIPING-OUT特性,提出了确定铁心运行所在磁化曲线的方法,并在新坐标系下分离Preisach函数的变量,得到了不同情况下铁心磁通密度的计算方法,由此建立了铁心磁化模型;提出了一种新的寻解算法,通过该算法将铁心磁化模型同CT电磁感应方程相耦合,建立了CT数字化模型。该模型只需极限磁滞回环下降支、一次电流和二次负荷等少量易被直接测得的参数,即可较准确地仿真铁心内部磁化过程,具有实现简便,仿真精度高等特点。采用文中CT模型对保护CT的饱和特性进行了仿真研究,仿真结果和实测数据的比较验证了模型的有效性。

数字控制延时对电流环解耦有效性的影响

分析数字控制延时对同步旋转坐标系下的两种电流解耦方法(电压前馈解耦和复系数PI控制器解耦)有效性的影响,揭示开关频率较低或控制频率较高情况下解耦失效的本质,进而提出通过延时补偿来有效抑制电流环的耦合,从电流环的解耦有效性、电流环的动态响应速度方面比较两种解耦方法的优劣。在相同的条件下,相比于电压前馈解耦方法,复系数PI控制器解耦方法的d、q轴电流耦合度大约是其50%,动态响应速度是其两倍。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

智能一体化电站变流装置逆变控制策略

"智能充放储一体化站"概念的提出较好地解决了电动汽车能源供给设施建设面临的成本、资源、管理等问题,多用途变流装置的高效运行是一体化站的核心与难点。本文提出了一种多用途变流装置设计方案,对其放电工作状态的控制策略展开了细致讨论。对多用途变流装置并联运行时因输出电压不对等而产生的环流问题进行分析,提出了基于功率均分的三相变流器的逆变运行控制策略,使得各并联变流器输出功率均等。利用PSCAD仿真平台建立模型,对多用途变流装置结构设计和控制算法进行了大量仿真,仿真结果表明该控制策略能实现并联变流器间的功率和电流的均等分配,有效解决变流器并联产生的环流问题,为智能充放储一体化电站建设打下了基础。

基于DSP+FPGA的直流伺服系统电流环

在传统的速度环位置环双闭环控制系统中,小惯量直流力矩电机伺服系统因受力矩波动影响,其慢速运行精度很难有较大提高。为此,提出通过增加电流环内环的方法,并给出了相应的高效经济的实现方法。首先建立直流电机的数学模型,列举产生力矩波动的原因,从理论上分析电流环抑制力矩波动和增加速度环低频增益的作用,然后针对电流环高速、大数据量和实时性强的特点,设计基于DSP+FPGA的新型伺服控制器和功率级驱动模块,给出硬件结构和软件流程。实验结果:电流闭环带宽300Hz,能够有效抑制力矩波动。可适用于光电经纬仪,使其跟踪精度大为提高。

基于广义预测的矩阵变换器电流环闭环控制

针对矩阵变换器(MC)输出侧电流易受负载扰动影响,提出一种基于广义预测的MC电流环控制方案。将MC虚拟等效成输入侧为整流器和输出侧为逆变器相连,推导了输出侧电压、电流方程,建立MC的受控自回归积分滑动平均模型,通过Park变换,将输出电流分解成dq坐标下的直流分量。基于广义预测控制策略,设计输出侧电流闭环控制器,跟踪期望电流d、q轴分量,维持输出电流的空间矢量恒定,以消除内、外扰动和不平衡的影响。仿真结果表明:和传统开环控制方案相比,基于广义预测的闭环控制方案减小了MC的输出电流谐波分量,改善了输出电流波形,使MC获得良好的动态特性,对输出扰动抑制效果显著。

多逆变器并网稳定性分析

随着微网的快速发展,光伏渗透率逐渐增高。在多逆变器并网情况下,常采用电容电流反馈的虚拟阻尼方法来抑制谐振并网时产生的谐振。文章基于多台逆变器并网的闭环阻尼模型,分析了并网逆变器在硬件相同但软件参数不同情况下的多逆变器并网谐振阻尼特性,并采用传递函数闭环零极点的变化轨迹分析阻尼系数对多逆变器并网系统稳定性的影响。最后利用Matlab/simulink软件对所提出的控制策略进行了仿真,仿真结果表明,所提出的控制策略能保证系统的稳定性,并且有效地抑制并网谐振。