Modern Multilevel Control Technique Used in Electric and Hybrid Drive System with Induction Motors

The mathematical model of the modem induction traction motor （TRIM and cutting magnetic circuit traction motor）, supplied with IPM inverter with different control technique is presented in the paper. In electric and hybrid vehicle are applied： FLMC （Fuzzy Logic Mode Control）, SLMC （Sliding Mode Control）, NRMC （Neural Regulator Control）, and Direct Power and Torque Control for Space Vector Modulated inverter （DPTC SVM）. In the special solution of the electric and hybrid vehicle are also applied a Random Switching Frequency Modulation. The control of hybrid vehicle should assure the realization of established transport-assignments in the definite time, at the optimum of energy consumption. One can this realize using. The multi criteria control system. Some results of the computer simulations are presented in the paper. Results of numerical calculation were verified for laboratory model of the electric and hybrid wheel vehicles traction motor.

基于MMC的分布式储能系统及其快速SOC均衡控制策略

提高基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分布式储能系统(distributed energy storage systems,DESS)的能量利用率,解决储能子模块(energy sub-module,ESM)荷电状态(state of charge,SOC)均衡问题至关重要。针对现有的SOC均衡控制策略的不足,提出内外分层的快速SOC均衡控制策略。外层针对桥臂间或相间的SOC差异,通过改进MMC模型预测控制(model predictive predictive control,MPC),配合自适应均衡系数,快速调整功率差额。内层引入自适应虚拟电阻法,根据ESM的SOC情况确定主导ESM,自适应调节各单元的虚拟电阻,产生相应的电压梯度,结合MMC排序算法使ESM按照各自SOC进行功率分配,从而实现ESM的SOC快速均衡,提高DESS能量利用率。通过在Matlab/Simulink构建仿真模型,证明了所提控制策略的有效性和可行性。

基于多电平变流器模块的直流输电系统控制

为了保证直流输电系统在发生三相短路故障时输电电压的稳定性,有效控制输电系统的运行,该文提出了基于多电平变流器模块(modular multilevel converter,MMC)的直流输电系统运行控制方法。利用反并联二极管与并联电容来设计多电平变流器模块,获得交流等效电感,保证换流站交直流量与有功功率相同,明确换流站内功率情况;将该模块与前馈解耦补偿项相结合,运用PI获得电流内环运行控制器的输入值,实现电流解耦,增强直流电压的稳定控制,提高输电系统抗扰动性能;通过修正与控制环节获得对应参考值,以及最佳运行控制结果。通过实验表明:设计的模块既能保证输电系统在正常工作状态下平稳运行,也能在发生故障时将影响控制在安全范围内,保证电力系统输电稳定。

基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术

精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义。目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术,测量频带为10 Hz~5 kHz,可通过一次谐波扰动注入快速获取目标频带的系统阻抗,相比于传统的滞环电流控制方法,具有更低的开关频率,并且能有效避免死区效应,改善输出电流的波形,更适用于宽频信号的跟踪控制。最后,通过仿真和硬件在环实验验证了该测量技术的有效性。

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。

基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。

基于M3C的柔性低频输电系统启动控制策略研究

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的柔性低频输电系统,其在远距离大容量输电、城市电网和海上风电送出等领域具有较大的应用潜力,近年来得到了广泛关注。目前对该系统启动控制策略的研究还较少,为此文中对该领域开展相关研究。首先对柔性低频输电系统结构和M3C基本原理进行研究,分析出了启动过程中将会面临的问题。然后结合全桥子模块特点为M3C设计合理的充电策略,并以双端M3C柔性低频输电系统为对象设计合理的启动逻辑,确保启动过程中低频断路器无冲击合闸并实现站间无扰动连接,同时在M3C解锁及低频电压建立过程中降低电流冲击。最后通过在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建仿真模型进行仿真研究,验证了所提启动控制策略的正确性和可行性。文中所提启动控制策略安全、可靠且易实现,具有较高的工程应用价值。

Nested-loop Mechanism Based Modular Multilevel Converter Topology and Optimal Design

普通模块化多电平换流器（modular multilevelconverter,MMC）拓扑中,因子模块数量较多,系统需采集和处理的信息量大,导致控制系统硬件构成复杂。提出一种基于循环嵌套机理的MMC拓扑,其电平输出能力得到显著提升。通过上下两组子模块的协调投切,相对于普通MMC拓扑,新型拓扑输出相同电平数所需的子模块及控制设备数量大幅减少。阐述该新型拓扑的构成方式及基本参数选取原则;针对循环嵌套结构,设计相应的模块协调控制策略;分别以模块用量最小化和换流器运行损耗最小化为目标,优化设计拓扑构成方案。在RTDS中搭建换流器模型,仿真结果表明,新型拓扑具备更强的电平输出能力,并达到大幅减少子模块数量、简化控制系统硬件构成的目标。

基于阻抗法的MMC-HVDC并网系统高频振荡分析及抑制研究

针对某海上风电经多模块多电平换流器(MMC)接入电网系统,陆上换流站与电网发生宽频振荡的问题,基于阻抗分析的思想和MMC控制系统结构建立dq坐标下MMC控制系统频域模型。将MMC控制系统模型的d、q耦合部分转换至时域、abc坐标系下进行化简,实现了系统解耦,然后建立MMC控制系统abc坐标下的频域模型,进而结合MMC等效电路的分析建立其等效阻抗模型。通过阻抗分析法对换流器阻抗模型和电网阻抗模型的特性进行分析,验证了振荡发生的机理。最后对抑制宽频振荡的措施进行分析,给出附加带阻滤波器的解决方案,并通过现场案例的振荡现象进行验证。

可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略

低频输电作为一种新型输电技术,在海上风电送出、新能源场站送出等多个场景具有良好的应用前景。但在不对称故障下,故障侧功率不对称将严重影响模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,M3C)的电容电压均衡,对低频输电系统安全稳定运行产生不利影响。为此,提出了一种可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略。首先,介绍M3C的系统结构及双αβ0数学模型,并分析不对称故障下电容电压不均衡的原因。然后,基于双αβ0数学模型针对输电线路不对称故障情况计算桥臂功率不均衡分量的表达式,通过M3C功率平衡关系引入电流补偿分量,消除桥臂功率的不均衡,并得到适用于不对称故障的环流控制目标,进而通过环流控制实现故障下M3C电容电压的均衡。最后,搭建基于M3C的低频输电系统仿真模型验证所提控制方案的可行性和有效性。

适用于混合级联直流输电系统的柔直换流器直流侧控制方法

针对高低阀级联组成的特高压混合直流输电系统,提出一种适用于柔直换流器的直流电压控制方法。在选取单个柔直换流器作为定直流电压控制模式的基础上,其余定功率控制换流器加入分级辅助电压控制,稳态时精准控制直流功率,动态时针对不同电压波动,分级投入电压辅助控制,快速平抑直流过电压、欠电压和长时振荡问题。在此基础上,级联结构中的多柔直换流器直流侧不经平波电抗而直接并联,为避免多换流器间振荡,加入直流阻尼控制方法。最后利用实时数字仿真(RTDS)系统搭建级联直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

联接低惯量交流系统的MMC与发电机之间的低频交互振荡模式研究

当模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)联接低惯量交流系统时,MMC控制系统很可能会与发电机控制系统产生交互作用,使系统发生低频振荡。该文首先建立连接发电机组的MMC系统的详细小信号模型,并与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态模型进行对比,验证所建立小信号模型的准确性。然后,研究交流系统惯量对系统稳定性的影响,识别系统的主导低频模态,并分析主导低频模态的影响因素。之后,通过计算控制参数的可行域研究发电机与MMC控制参数之间的交互作用,并通过分析系统频率扰动信号的传递路径,揭示联接低惯量交流系统的MMC与发电机之间主要存在的两条交互作用路径,即发电机调速系统与MMC控制系统间的交互路径及发电机励磁系统与MMC控制系统间的交互路径,最后通过电磁暂态仿真验证理论分析的正确性。

基于超级电容型MMC系统的电铁负序补偿控制策略

为了解决单相电铁负荷在三相电网中引起以负序为主的电能质量问题,文章以超级电容储能型模块化多电平变流器(SC-MMC)系统为对象,以变流器精确补偿负序电流与储能高效利用再生制动能量为调控手段,提出一种适用电铁负序补偿的控制策略,在MMC的子模块中分散接入超级电容储能装置,协调MMC与储能装置共同补偿负序,提高系统的可靠性与灵活性。首先,以主电路拓扑结构和负序补偿原理为基础,分析储能型模块化多电平系统的工作原理;然后,基于单相等效电路构建系统数学模型并结合机车负荷特性与超级电容荷电状态(SOC)划分充电、放电、平衡工作模式;最后,提出分层协调控制策略,其中上层能量管理判断工作模式并以相关国标限值为约束计算各端口参考功率,下层端口电流控制实现各端口的功率跟踪并协调不同工作模式间的动态切换。案例分析表明:SC-MMC系统在不同的机车负荷水平和超级电容SOC下能够有效实现电网负序的补偿,并协调控制超级电容与MMC参与补偿。

电力系统紧急控制综述

综述了电力系统紧急控制的定义及其主要目标、已有的紧急控制措施和存在的问题。以先进的系统为例 ,阐述了集中分层紧急预防控制系统的设计准则和框架。着重介绍了具有紧急控制针对性的分析方法和控制策略 ,介绍了在线动态安全评价 ( DSA)的暂态能量函数法和扩展等面积法。在紧急控制系统建模方面 ,阐述了大规模动力系统的降阶方法 ,观测解耦状态空间模型以及基于辨识方法的低阶模型。在紧急控制策略方面 ,侧重介绍了最优目标策略 ( OAS)、微分几何控制、H∞ 鲁棒控制和结构奇异值分析 ( μ分析 )

基于逆系统方法有功—无功解耦PWM控制的链式STATCOM动态控制策略研究

大容量链式静止同步补偿器(链式 STATCOM)具有独特的优点,但也存在无功动态响应时间常数大的劣势。该文结合国家电网公司攻关项目——上海西郊变±50Mvar 链式STATCOM 的研制,重点研究了正常工况下链式 STATCOM的快速闭环无功控制方法。建立了链式 STATCOM 的有功-无功暂态模型,通过引入多变量非线性控制逆系统方法,设计了基于逆系统方法和有功-无功解耦的非线性动态无功控制策略。在一台链式 STATCOM 物理样机上实现该动态控制策略,实验结果表明所提的无功闭环控制方法具有优良的动态性能,使链式STATCOM的闭环无功响应时间减小至10ms以内。

基于模块化级联多电平变换器的STATCOM研究

研究了基于模块化级联多电平变换器(MMCC)的静止同步补偿器(STATCOM),对其主电路拓扑、工作原理、调制技术和控制策略进行了研究。采用功率解耦控制算法对交流侧无功功率补偿进行控制,并根据功率守恒原理,分析了直流侧电压不平衡因素,引入了分布式直流侧电压控制算法。直流侧控制算法分为上、下层控制部分,其中上层控制部分对所有模块直流侧电压的平均值平衡进行控制,下层控制部分则对各个子模块单元的直流侧电压进行控制。最后,在一台以VME控制箱为核心控制器的3级MMCC系统上对控制策略进行了验证,实验结果表明了算法的可行性。

基于反故障控制的链式STATCOM动态控制策略的研究

静止同步补偿器在系统不对称和系统电压突降等异常工况下,需要快速有效地保证装置自身的安全,同时要能够安全、有效地发挥应有的作用。国家电网公司攻关项目——上海西郊变±50MV?A STATCOM将采用链式逆变器。针对系统异常工况,该文为链式STATCOM设计了反故障动态控制策略,包括系统电压突变控制以及不对称控制,其中不对称控制策略包括了不对称矢量控制和分相控制二种方法。仿真结果表明,系统电压突变控制能够使链式STATCOM抵御50%系统电压突然下降,而所设计的不对称控制解决了链式STATCOM在不对称工况下的安全运行问题。在链式STATCOM物理样机上的实验结果表明所设计的反故障动态控制策略能够在保证装置自身安全的同时使STATCOM发挥应有作用。

基于模糊专家决策的室内无人机避障系统

为实现四旋翼无人机室内环境下的全方位避障规划,搭建了以超声波传感器检测障碍物的三维检测装置,防止可见光影响的同时降低了系统成本。针对多传感器配置造成模糊规则"爆炸"以及模糊决策冲突问题,采用多级模糊控制器与专家系统相结合的方式进行三维立体避障决策,搭建了基于模糊专家系统的三维避障决策控制系统,进行了模糊控制器以及专家系统的设计,基于MATLAB仿真实验验证了方法的有效性。

油田原油深加工中多级分布式控制系统

主要阐述了某油田原油深加工多级分布式计算机控制系统的构成以及PLC组网通信、硬件配置和软件的设计。该系统有三级 ,其中每一级又呈分布式构成 ,协调控制级对整个公司的生产进行协调 ,递解控制级给定每一个被控量的设定值 ,由局部控制级进行具体的PID控制 ,并且从中间一级可以看到控制过程的实时数据和历史数据 。

链式STATCOM直流电容电压分布式控制

本文研究了一种链式静止同步补偿器(STATCOM)直流电压分布式控制方案,主链节直流电压由中央控制器控制,从链节直流电压由本链节控制器控制。该方案只需将主链节直流电压上传至中央控制器,并且中央控制器下传给各链节的调制波均相同,因此可以简化通信系统设计。当链节数改变时,中央控制算法几乎不需改变,便于链节扩展。但链节之间未交换直流电压信息导致直流电压控制调节量之和不为零,从而引起各从链节直流电压控制算法的相互耦合,这种耦合作用会恶化系统动态性能,甚至可能引起不稳定。分析指出在主链节直流电压闭环控制作用下,这种耦合作用会被抑制。通过揭示直流电压控制调节量和链节损耗差异间的定量关系,证明了各从链节直流电压控制算法可以独立运行,仿真结果验证了该定量关系的正确性。一台三H-桥七电平链式STATCOM的实验结果验证了分布式控制方案的有效性。