低复杂度永磁同步电机三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略

针对传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三矢量模型预测电流控制(three-vector model predictive current control,TV-MPCC)存在开关频率不固定和计算复杂的问题,提出一种固定开关频率TV-MPCC策略。利用前一周期的零电压矢量和参考电压矢量所在扇区来快速筛选所需最优电压矢量和次优电压矢量,避免了无效枚举计算,从而降低了开关频率和计算复杂度。引入系统d和q轴电流差参数,计算各电压矢量的作用时间,确保电压矢量作用时间恒大于零和开关频率固定。以三相两电平电压型逆变器驱动的表贴式PMSM为被控对象,通过仿真和实验对传统TV-MPCC策略和所提三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略进行对比研究,仿真和实验结果表明,所提策略在保证系统稳态和动态性能的基础上,在固定和降低开关频率的同时,降低了计算复杂度。

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。

期望扇区三矢量模型预测电流控制

三矢量模型预测电流控制需要依次计算6扇区电压矢量的作用时间,再由价值函数选取期望电压矢量,存在计算量大的缺点。本文提出一种基于期望扇区的三矢量模型预测电流控制,以快速确定期望电压矢量。首先,建立d-q轴的三矢量电流模型,给出其三矢量作用时间;然后,令预测电流为期望电流,可以获得期望电压矢量,并利用Clark变换得到α-β轴的期望电压矢量;最后,利用反正切函数求得期望电压矢量角度,确定期望电压矢量所在的期望扇区,得到期望三矢量及其作用时间。仿真和实验表明,该方法能够保持很好的控制系统性能。同时,该方法只需一次计算期望电压矢量角度即可确定期望三矢量及其作用时间,比传统三矢量方法有效缩短了算法执行时间约60%。

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。

冗余电源自动电流均衡控制策略

冗余电源常用于需要不间断操作以及高可靠性的系统,当其作为N+1备份电源同时向设备供电时,还需考虑并联均流问题。针对无源冗余电源损耗大以及不能实现电流均衡的问题,文中采用了有源冗余的设计方案,设计了一个两路直流电压并联输入的1+1冗余供电系统。该系统采用兆易创新GD32E103为主控芯片,通过改变MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的导通电阻,采用PI(Proportional Integral)控制实现两路冗余电源输出电流的自动均衡。仿真和实验结果表明,有源冗余设计方案能达到自动电流均衡的目的。在正常工作时,两路电流的最大误差小于0.1 A,均流精度满足设计要求。

基于频域模型匹配的双馈风电场送出线路纵联保护方案

针对风电场多机并网暂态模型难以准确解析导致的风场送出线路保护适应性问题,该文建立双馈风电场多机并网频域等值模型,提出一种基于频域模型匹配值的双馈风电场纵联保护方案。首先,根据双馈风机故障下进入低电压穿越控制模式,推导得到双馈机组电流响应模型。在此基础上,考虑不同馈线阻感之间的耦合关系和锁相环相角偏移影响,建立双馈风电场多机并网频域等值模型。然后,根据送出线路故障网络分析区内外故障模型,定义频域模型匹配值,构造识别送出线路区内外故障的保护判据。最后,在RT-LAB平台搭建仿真模型进行验证,保护方案在送出线路不同位置发生经不同过渡电阻接地故障,均能快速准确切除区内故障。

计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算

虚拟同步发电机(VSG)控制策略的复杂性使其呈现丰富的暂态特征,明确VSG故障特性对构网型保护适应性分析与新原理研究意义重大。现有关于VSG故障特性的研究主要围绕对称短路和内电势恒定展开,并未涉及不对称短路场景且未计及内电势变化对短路电流解析计算的影响。针对上述问题,提出一种计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算方法。首先,基于不对称短路时平衡电流和故障限流控制策略,分析不同无功功率参考值影响下VSG内电势的变化特征;其次,基于虚拟阻抗环建立短路电流和内电势之间的方程,明晰内电势变化对短路电流暂态特性的影响;然后,在分析无功功率-电压环动态特性的基础上,建立短路电流和内电势之间的微分方程,通过联立上述方程即可得到内电势和短路电流的解析表达式;最后,通过数字仿真和实时仿真验证了所推导的解析计算式的正确性。

一种用于低压电器试验的交流恒流源设计

针对当前用于低压电器试验的交流恒流源成本高、精度低、输出电流范围小等问题,设计了一种用于低压电器试验的交流恒流源。控制部分采用基于ARM内核的STM32芯片实现SPWM波形的数字化生成算法,另外采用了模糊准PR控制算法。经实践表明,该恒流源输出电流精度高、速度快、范围广,能够输出交流有效值为1~120 A的电流。

中低速磁浮列车电磁线性涡流制动装置控制效能研究

[目的]线性涡流制动装置是磁浮列车的关键技术之一,但该技术目前仍不够成熟。对涡流制动技术进行研究,具有非常重要的理论意义和应用价值。[方法]建立了中低速磁浮列车线性涡流制动装置的模型,推导得到总涡流制动力F的计算式。为验证所设计涡流制动装置的减速效能,研制了涡流制动实物装置,并进行了台架试验。建立了电磁涡流制动力矩控制系统模型,分别基于开环控制算法、PID(比例-积分-微分)控制算法及模糊控制算法,得到这三种控制算法的中低速磁浮列车制动力特征曲线,进而对中低速磁浮列车的电磁涡流制动效能进行了深入分析。[结果及结论]对比仿真结果和试验实测结果,列车制动力的变化趋势几乎一致,由此可认为所推导的数学模型可信度较高。开环控制算法存在明显的超调,模糊控制算法较PID控制算法表现更佳。

基于双层级联模型预测电流控制的零序环流抑制策略

逆变器并联系统在运行过程中,由于功率分配不均、控制参数失配等因素导致两逆变器开关状态不同步,使得环路中产生零序环流。为此,提出一种基于双层级联模型预测电流控制的零序环流抑制策略,通过将零序环流加入综合目标函数,选取最优开关状态组合实现零序环流的抑制。同时,通过改变目标函数结构、利用双层级联的方式进行开关状态组合选取,在消除权重系数对控制系统影响的同时减轻计算负担。最后,通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。

低压配电网短路电流自动控制方法设计研究

为提高低压配电网运行的可靠性,本文以某地低压配电网为例,设计一种针对短路电流的自动控制方法。通过配电网短路电流值计算、低压配电网短路故障特征提取、低压配电网分层分区方案与短路电流控制,完成对应方法的设计。对比实验结果表明,本文设计的方法应用效果良好,将电网短路电流幅值控制在一个较小范围内。

地铁车辆基地回流系统杂散电流防护措施改进

地铁车辆基地回流系统杂散电流防护工程设计通常采用分区就近回流、设置单向导通装置、设置均流电缆减少回流电阻等措施,针对上述常规防护措施在车辆基地实际应用过程中存在杂散电流的问题,以广州地铁12号线车辆基地为例,提出改进措施:出入线处采用响应式单向导通装置取代传统单向导通装置;回流电缆处与轨连接采用胀钉+铜排冷钎焊方式,其余处采用胀钉连接方式。实践证明上述措施防护效果良好。

光储直柔系统自适应控制策略

为适应“双碳”目标下建筑电气化的发展趋势,对“光储直柔”系统运行策略进行设计。分析了建筑用电的“光储直柔”系统的基本架构;通过光伏设备出力计算、储能设备状态约束,提出保持微网稳定的“光储直柔”系统自适应控制策略;利用编程对提出的策略进行验证。结果表明,所提出的自适应控制策略能够有效实现光储直柔系统的稳定运行,为构建低碳建筑提供了参考。

永磁同步电机低复杂度双矢量预测电流控制

针对永磁同步电机传统模型预测电流控制中存在计算负担重和电流脉动大的问题,提出一种低复杂度双矢量预测电流控制方法。首先,利用电流无差拍控制原理快速获得下一周期的第一电压矢量,相比传统方法可减少一个周期的预测次数。其次,进行第二电压矢量的选择时可以采用非零电压矢量,增大备选电压矢量的覆盖范围。最后,根据均方根电流脉动方程,确定满足最小电流脉动条件下各个电压矢量的最佳作用时间。仿真和实验结果表明:相较于传统单矢量、双矢量预测电流控制方法,所提低复杂度双矢量预测电流控制方法能够有效抑制电流脉动,降低算法的复杂度和计算量,提高了永磁同步电机控制系统在实际中的运行性能。

面向低频海上风电送出的模块化多电平矩阵变换器综合解耦控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)用于海上风电低频输电系统(low frequency transmission system,LFTS)是具有广阔应用前景的新方案。M3C双频功率耦合对其9个桥臂直流侧电容电压的均衡控制及故障穿越带来挑战和困难。为此,提出基于桥臂双重低频环流注入法的新型M3C综合解耦控制策略。首先,对M3C工、低频侧进行数学建模并分析其功率运行范围。基于桥臂工、低频共模和差模回路的分析及桥臂功率平衡原则,提出实现工、低频侧输入及双重低频环流注入的M3C解耦控制策略。使用开环和闭环低频环流注入两种联合控制,在实现M3C各子变流器相间功率快速均衡的同时,确保工频侧输入电流的完全正序特性。通过带延时补偿的复矢量控制器,在静止坐标系统实现9个桥臂的完全独立控制,搭建35kV/11MW海上风电系统PSCAD模型,通过稳态、动态及暂态仿真全面验证所提综合控制策略的有效性和正确性。

单级无电解电容LED驱动电路及控制策略研究

为了消除电解电容对LED驱动电源使用寿命的影响,提出一种基于反激结构的单级无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略。该电路拓扑是在反激变换器的输入端串接辅助储能电路,通过控制辅助储能电容的充放电,实现瞬时输入输出功率的平衡,从而抑制输出电流的低频纹波。详细介绍了该电路拓扑的工作原理;结合输出电流低频纹波产生机理,分析了辅助储能电容充放电的控制规律,给出具体的控制实现方法,并对电路关键参数进行设计,最后研制出一台30 W数字控制的单级无电解电容LED驱动电源样机。实验结果表明,所提电路方案辅助储能电容和输出滤波电容均可降至6.8μF,输出电流纹波可降至16%。通过使用薄膜电容代替传统的电解电容,提高了LED驱动电源的使用寿命。

不对称故障下考虑故障时间的储能变流器动态电压支撑策略研究

电网发生不对称故障会造成公共连接电压(Point of Common Coupling,PCC)跌落、储能变流器(Power Conversion System,PCS)输出电流幅值增大等不利影响,严重时可能引起PCS切机.针对上述问题,提出了一种不对称故障下的PCC电压动态支撑策略.首先,分析了不对称故障下PCS的运行特性,得到了电压支撑方程;然后,根据并网标准划分了故障穿越运行区域,基于电压支撑方程和故障穿越运行区域设计了PCC电压动态支撑方案;同时对PCS输出电流幅值进行限制,在保证电压支撑效果和容量充足的情况下,进一步对负序电压进行抑制;最后,在Matlab/Simulink中验证了所提策略的有效性.

含换流器型电源电力系统的短路计算方法

随着分布式发电技术的快速发展,大量换流器型电源接入电网。其在故障暂态下控制模式的不确定性为现代电力系统的短路电流计算提出了新的挑战。首先,忽略了控制器的快速响应过程,建立了考虑控制模式切换的换流器型电源的故障分析模型,每种控制下的换流器故障动态均可通过等式约束和不等式约束进行描述。其次,提出了一种交替迭代算法,通过交替执行计算模块和判别模块来实现故障网络的求解。最后,利用PSCAD/EMTP软件验证了所提算法在不同故障位置和过渡电阻下的有效性。

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下,电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法,即在故障期间切换为电流源型控制方式,故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构,提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法,实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定,制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案,实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。

新型高性能多相交错并联脉冲开关电源的设计

与线性驱动电源相比,开关模式激光驱动电源具有损耗小、效率高等优点,能较好地满足半导体激光器对驱动电源的要求,但在实现低电流纹波和脉冲边沿快速响应方面还存在一定的缺陷。在降压式变换(Buck)电路基础上,提出了一种新型的多相交错并联脉冲电流源拓扑,利用电感预储能、能量回馈、开关管合理控制实现快速响应和低电流纹波。运用比例积分(PI)控制和平均电流方法对电流响应和纹波进行准确控制。通过Matlab/Simulink软件仿真,讨论了PI参数及电感量的值对输出电流纹波大小和稳定性的影响,并与无PI控制和均流控制及传统交错并联拓扑进行了仿真对比,验证新型拓扑电路的可行性和有效性。