A Model Predictive Scheduling Algorithm inReal-Time Control Systems

The ineffective utilization of power resources has attracted much attention in current years. This paper proposes a real-time distributed load scheduling algorithm considering constraints of power supply. Firstly, an objective function is designed based on the constraint, and a base load forecasting model is established when aggregating renewable generation and non-deferrable load into a power system, which aims to transform the problem of deferrable loads scheduling into a distributed optimal control problem. Then, to optimize the objective function, a real-time scheduling algorithm is presented to solve the proposed control problem. At every time step, the purpose is to minimize the variance of differences between power supply and aggregate load, which can thus ensure the effective utilization of power resources. Finally, simulation examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.

Distributed Model Predictive Load Frequency Control of Multi-area Power System with DFIGs

Reliable load frequency control(LFC) is crucial to the operation and design of modern electric power systems. Considering the LFC problem of a four-area interconnected power system with wind turbines, this paper presents a distributed model predictive control(DMPC) based on coordination scheme.The proposed algorithm solves a series of local optimization problems to minimize a performance objective for each control area. The generation rate constraints(GRCs), load disturbance changes, and the wind speed constraints are considered. Furthermore, the DMPC algorithm may reduce the impact of the randomness and intermittence of wind turbine effectively. A performance comparison between the proposed controller with and without the participation of the wind turbines is carried out. Analysis and simulation results show possible improvements on closed–loop performance, and computational burden with the physical constraints.

Real-Time Operation of Microgrids

Microgrid (MG) systems effectively integrate a generation mix of solar, wind, and other renewable energy resources. The intermittent nature of renewable resources and the unpredictable weather conditions contribute largely to the unreliability of microgrid real-time operation. This paper investigates the behavior of microgrid for different intermittent scenarios of photovoltaic generation in real-time. Reactive power coordination control and load shedding mechanisms are used for reliable operation and are implemented using OPAL-RT simulator integrated with Matlab. In an islanded MG, load shedding can be an effective mechanism to maintain generation-load balance. The microgrid of the German Jordanian University (GJU) is used for illustration. The results show that reactive power coordination control not only stabilizes the MG operation in real-time but also reduces power losses on transmission lines. The results also show that the power losses at some substations are reduced by a range of 6% - 9.8%.

Improved Control in Single Phase Inverter Grid-Tied PV System Using Modified PQ Theory

Grid-connected reactive-load compensation and harmonic control are becoming a central topic as photovoltaic(PV)grid-connected systems diversified.This research aims to produce a high-performance inverter with a fast dynamic response for accurate reference tracking and a low total har-monic distortion(THD)even under nonlinear load applications by improving its control scheme.The proposed system is expected to operate in both stand-alone mode and grid-connected mode.In stand-alone mode,the proposed controller supplies power to critical loads,alternatively during grid-connected mode provide excess energy to the utility.A modified variable step incremental conductance(VS-InCond)algorithm is designed to extract maximum power from PV.Whereas the proposed inverter controller is achieved by using a modified PQ theory with double-band hysteresis current controller(PQ-DBHCC)to produce a reference current based on a decomposition of a single-phase load current.The nonlinear rectifier loads often create significant distortion in the output voltage of single-phase inverters,due to excessive current harmonics in the grid.Therefore,the proposed method generates a close-loop reference current for the switching scheme,hence,minimizing the inverter voltage distortion caused by the excessive grid current harmonics.The simulation findings suggest the proposed control technique can effectively yield more than 97%of power conversion efficiency while suppressing the grid current THD by less than 2%and maintaining the unity power factor at the grid side.The efficacy of the proposed controller is simulated using MATLAB/Simulink.

一种应用于探测的可预测电流模式FSBB电路

探测器的能源供给离不开DC-DC变换器,先进的控制方法能提高工作效率。预测电流模式控制相比于传统的PI控制具有动态响应快、易于进行过流保护等优点,因此被广泛应用到电力电子控制领域。由于控制回路的问题,不能通过计算开环增益的方式对负载波动与输出电压变化的闭环传递函数进行有效地设计。因此,提出了一种在不加前馈控制的情况下,基于预测电流模式控制四开关Buck-Boost(four-switch Buck-Boost,FSBB)变换器补偿器的设计方案,该方法能提升负载动态响应,通过实验数据,证明了该方法的有效性。

舰船脉冲功率负载Buck变换器自适应阻尼比控制方法

针对脉冲功率负载的周期性功率突变造成接口变换器输出电压瞬时跌落和持续扰动的问题,提出一种Buck变换器的自适应阻尼比控制方法,使得输出电压的响应性能能够直接通过阻尼比实现精确调节,不依赖于控制参数,且对输入电压扰动具有抑制作用。该方法通过引入类电压环消除了时变的输入和占空比的非线性饱和,建立输出电压与其参考值的单输入单输出二阶系统,将不确定负载扰动的控制问题转化为二阶系统的阻尼比控制问题。此外,在不影响电压调节性能的前提下,通过附加占空比调节实现并联变换器供电结构的均流控制。仿真和硬件在环实验结果表明,在脉冲功率负载的不同暂态过程,并联变换器均能够实现快速平滑的电压调节和输出电流均衡。

永磁无刷轮毂电机轮对系统同步工况下的协调控制策略

针对双轮毂电机在负载不平衡工况下转速同步精度不够及同步响应速度不快的问题,该文提出速度环补偿PID交叉耦合同步控制和电流环补偿PID交叉耦合同步控制策略。首先,建立双轮毂电机的数学模型,采用双闭环六步方波控制。基于该模型,采用速度环补偿PID交叉耦合同步控制代替单增益交叉耦合控制器,使转速同步调节精度提升。在两侧电机负载不平衡工况下,用电流环补偿PID交叉耦合控制方法进一步提升转速同步精度,同时加快同步响应速度,并兼顾了转矩精度。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

机械传动系统电加载技术研究

文章主要研究电加载试验台设计方案、控制方式及试验验证技术,采用驱动电机与加载电机进行电功率封闭,通过整流、逆变单元以及可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)实现转速和加载功率的无级控制与加载精度要求,并与润滑系统、机械系统实现关联互锁,保证系统运行稳定可靠。通过共直流母线控制方案技术研究,实现能源的回收再利用,降低试验成本。

车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法

研究车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法,以获得更稳定的输出电压,满足车载电源需求。分析燃料电池输出特性,揭示燃料电池输出电压、电流关系,将其作为依据并结合汽车动力系统结构,设计二次型Boost变换器,在分析其主电路结构以及工作原理的前提下,提出基于输入电压前馈的全状态双环控制策略,电流内环控制通过比较实际输出电流和期望输出电流的差值调节开关操作,以完成负载变化时燃料电池输出电流控制;电压外环控制器根据输出电压和期望电压值之间的差异调整开关状态,实现对燃料电池输出电压控制。实验结果表明:该方法可实现直流变换器控制,控制后的输出电压波形稳定、电压纹波较小、超调量低、控制效率高。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中,光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡,因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先,采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型,并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后,基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标,评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度,获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析,提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域,有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度,提高了系统稳定性。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。

基于BP神经网络的谐波电流建模及预估模型

伴随着大数据、人工智能等信息系统的集成与应用,大型建筑物中的能源需求预测、多能源调度、电能质量控制等逐渐成为保障智慧建筑各系统稳定运行的关键技术。电能质量控制方面主要考虑谐波分析与治理,在对大量实测数据进行统计与分析的基础上,针对谐波电流,利用非线性回归与BP神经网络进行建模,分别对电流总谐波畸变率与K系数,电流总谐波畸变率与变压器容量、负载率等关系进行拟合与预估,取得较好结果。本研究对于进一步分析并提升电能质量有重要借鉴作用。

公共阻抗突变及变流器本地负载接入下储能单元荷电状态均衡研究

孤岛直流微电网常配备储能系统以消除分布式能源随机出力和负荷波动带来的不平衡功率。在线路阻抗不匹配场景下,公共负载阻抗的突变以及储能变流器本地负载的接入都会影响储能单元暂态均流精度,进而降低荷电状态(state of charge,SOC)均衡水平。该文通过关联储能单元输出电流与荷电状态信息,根据系统运行状态自适应分配二者在下垂系数中的权重。基于上述策略,储能单元在稳态运行与暂态突变期间,其下垂系数分别跟随荷电状态差值及电流差值,从而迅速调节自身外特性阻抗,保证均流效果及荷电状态均衡。同时,采用电压恢复策略消除下垂控制带来的电压偏移。考虑到下垂控制对系统的稳定性有影响,文中给出系统控制结构图和用于分析系统稳定性的特征方程,结合劳斯稳定判据验证了系统的稳定性。最后通过Matlab/simulink仿真对比验证所提策略的正确性和有效性。

基于IMCO模型速度预测的PMSM改进电流预测控制

针对永磁同步电动机传统无差拍电流预测控制中电流采样等数字延迟而导致的跟踪误差大、控制精度低等问题,提出一种带有预测电流误差校正环节的两步预测控制方法。传统速度环采用PI控制会使系统仍存在启动超调、动态响应时间长、抗负载扰动能力差等缺陷,因此,在改进型无差拍电流预测控制的基础上,速度环采用基于负载扰动补偿的模型预测速度控制策略,构建内模控制观测器(internal model control observer,IMCO)来估计负载扰动进而对速度环输出值进行前馈补偿。在Simulink环境下进行仿真,通过仿真结果对比可知,所提方法具有响应快、超调小、静态误差小的特点,可提高系统的抗负载扰动性能和稳定性。

负载能力最大化的PMSM弱磁控制交轴电压给定策略

永磁同步电机通过弱磁控制可实现宽领域调速,其特有的交叉耦合现象使双电流调节器在进行弱磁控制时具有诸多限制。利用交叉耦合现象的单电流弱磁控制策略具有重要研究价值。定交轴单电流调节器弱磁策略存在电机带载能力未得到充分利用的不足。提出一种负载能力最大化的新单电流调节器弱磁控制策略。经仿真验证,该策略能够显著提高永磁同步电机在进行弱磁控制时的最大负载能力。

基于固定时间滑模的直流微电网系统电压控制

针对含有恒功率负载的直流微电网系统,为了抑制恒功率负载的负阻抗性造成的系统直流母线电压振荡现象,采用固定时间滑模控制方法研究直流母线电压的控制问题。首先,建立含恒功率负载和储能单元的直流微电网系统的数学模型;其次,结合固定时间稳定性理论,设计积分型滑模面,在此基础上构造固定时间滑模控制器,通过对系统状态进行可达性分析,给出系统收敛时间上界的估计值;然后,通过对滑动模态进行稳定性分析,结合线性矩阵不等式求解得到控制器增益;最后,以含有2个恒功率负载和1个储能单元的直流微电网系统为例进行仿真实验,仿真结果表明,所设计控制器能够有效抑制恒功率负载扰动对直流母线电压带来的不良影响。

基于负载电流的自适应脉冲序列控制移相全桥变换器

针对脉冲序列控制移相全桥DC-DC变换器输出电压纹波大、负载范围小的问题,提出了一种基于负载电流的自适应脉冲序列控制技术。在每一个开关周期,通过采样负载电流产生两组预设电流值,并由电压外环选择预设电流值,再由电感电流内环控制有效占空比,实现对移相全桥DC-DC变换器的控制。分析了自适应脉冲序列控制移相全桥变换器的工作过程和控制原理,研究了不同负载时自适应脉冲序列控制移相全桥变换器的参数设计和输出电压特性。与传统脉冲序列控制和峰值电流控制相比,自适应脉冲序列控制优化了变换器的输出电压纹波,增大了负载范围,极大地提高了瞬态响应速度。最后,通过搭建额定输出电压电流为28 V/4 A的实验样机,验证所提出控制策略的可行性。

一种应用于双相峰值电流模Buck的轻载模式

设计了一种双相位峰值电流模控制、具有大负载能力的降压稳压芯片。通过双相位的工作,保证了芯片在重载下具有较高的效率。同时,为了防止在轻载下两个相位的工作引入额外的开关损耗,提出了一种轻载模式。通过利用电流模控制模式中电压环路内误差放大器产生的控制电压来检测实际负载的大小,实现相位的切换以及在更低负载下的断续导通降频工作模式。基于0.35μm BCD工艺进行仿真设计。仿真结果表明,在输入电压12 V,输出电压1 V,开关频率500 kHz,最大负载20 A下,与传统单通道峰值电流模比较,重载20 A下的效率可以提升3个百分点,轻载0.5 A下的效率可以提升10个百分点。

考虑分布阻抗及恒电流控制的电解铝负荷建模

电解铝负荷在我国西部各省电网快速增长,其中云南电网的电解铝负荷增长最为迅速。近年来的多次安全稳定分析结果表明,当前电网规划和运行部门采用的负荷模型已经不能准确描述电解铝的负荷特性。针对该问题,在详细分析电解铝供电系统结构、恒电流控制策略和电解铝生产过程原理的基础上提出了一种考虑电解系列导线分布阻抗和恒电流控制的电解铝机理式动态负荷模型。基于PMU实测的电解铝负荷特性数据,对比分析了机理式动态负荷模型和现有的30%恒阻抗+30%恒电流+40%恒功率静态负荷模型、100%恒电流静态负荷模型、95%恒电流+5%马达模型的准确度。结果表明,考虑分布阻抗与恒电流控制的机理式动态负荷模型具有最好的拟合效果,可以更准确地描述电解铝负荷的动态特性。