基于互联与阻尼分配无源控制(IDA-PBC)的汽轮机调速系统控制器设计方法

为了保证新型电力系统下机组及系统的稳定性,提出一种针对汽轮机调速系统的互联与阻尼分配无源控制器设计方法。首先,以哈密顿系统理论为基础,对系统能量的动态过程进行描述,分析了哈密顿系统结构对系统能量的影响。然后,采用变量梯度法构建包含调速系统的系统能量函数,以注入能量的导数最小为约束条件确定了系统的阻尼矩阵,克服了互联与阻尼分配无源控制器设计过程中确定系统阻尼矩阵困难的问题,完成了汽轮发电机调速系统互联与阻尼分配无源控制器的设计。最后,在MATLAB/Simulink中搭建单机无穷大系统的模型,验证了本文设计控制器的有效性。

基于互联与阻尼配置的无源控制方法在RLC电路中的应用（英文）

目的把互联与阻尼配置的无源控制方法应用到能量函数为开环李雅普诺夫函数的RLC电路中,用设计的控制器重塑能量来达到使RLC电路渐进稳定的目的。方法互联与阻尼配置的无源控制方法。结果得出的控制率为简单的线性时不变控制器,该控制器能够保证系统在理想的平衡点处渐进稳定并且没有引入其他参数。结论成功地将互联与阻尼配置的无源控制方法应用到RLC电路中并且得出的控制器可以使系统渐进稳定。

双馈风力发电机网侧变流器的PCHD建模与IDA-PB控制

对双馈风力发电机网侧变流器进行了建模,提出了网侧变流器降阶的端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型。针对网侧变流器存在的非线性,在其降阶PCHD模型的基础上设计了相应的系统互联与阻尼分配无源性(IDA-PB)控制算法,并进一步提出了能量成型阻尼注入的无源性控制改进策略。通过对所提出的控制策略进行仿真分析和实验验证,表明网侧变流器交流侧能够得到更好的电流特性,减少了变流器到达稳定所需的时间并改善了动态特性,从而提高了系统的稳定性和稳态精度。

基于IDA-PBC的LCL滤波并网逆变器控制

LCL滤波器作为并网逆变器与电网的重要接口,对开关引起的高次谐波衰减效果显著,但其存在数学模型阶数高和固有谐振峰等特点,易引起系统输出振荡。首先建立了LCL滤波三相并网逆变器的端口受控耗散哈密顿数学模型,然后提出了一种基于互联与阻尼配置的无源控制策略,从理论上保证了闭环系统的渐进稳定,并可很好地满足电网对并网逆变器动静态性能和谐波抑制能力的要求。在电磁暂态综合分析程序PSCAD/EMTDC环境中,通过在理想电网和畸变不平衡电网两种情况下的仿真实验,验证了所提控制策略的正确性、有效性与鲁棒性。

风电场并网用VSC-HVDC的无源控制策略

针对风电场并网轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统,采用端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,设计了一种基于互联与阻尼配置的无源控制方法。该方法将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并做出理论与实验验证。根据VSC-HVDC的不同控制方式,确定相应的外环电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现有功功率、无功功率的独立调节。仿真结果表明了无源控制策略为风电场的VSC-HVDC并网控制提供了一种新的高性能的解决方案。

VSC-HVDC型并网风电场的无源控制研究

对于采用柔性直流输电(VSC-HVDC)并网的风电场系统,基于其换流器在d-q旋转坐标系下数学模型,建立换流器的端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型,采用互联与阻尼配置(IDA-PB)的控制理论,利用注入新的阻尼矩阵的作用,设计换流器的IDA-PB控制器。最后在不同的运行条件下,通过MATLAB/SIMULIK软件对所设计的控制器进行仿真验证,结果表明其具有较强的鲁棒性和良好的动、静态性能。

基于无源性的定子磁场定向感应电机控制器

根据无源性控制的基本思想,并借鉴定子磁场定向控制理论,以定子磁场定向同步坐标系下的定子电流和定子磁通作为系统的状态变量,构建了一种新的电压源型混合控制器,并给出了系统的稳定条件.在理论分析的基础上,证明了在互联与阻尼分配的基于无源性的感应电机控制器设计方法中,将模型表达为欧拉方程的形式是不必要的,且动态解耦条件的数学描述约束过于严格.仿真和实验结果验证了该混合控制器的稳定性、有效性以及良好的静动态性能,同时提出的结论也由此得到了证明.

基于IDA-PBC方法的PEMFC-SC混合系统功率协调控制研究

针对质子交换膜燃料电池和超级电容混合系统的功率协调控制问题,设计了一种基于互联与阻尼配置(Interconnection and damping assignment,IDA)的无源控制(Passivity-based control,PBC)策略。建立了混合系统的端口受控哈密顿(Port-controlled hamiltonian,PCH)模型。考虑了负载功率需求和超级电容荷电状态对混合系统功率分配策略的影响,分析了混合系统的多种工作模式。基于PCH模型设计了混合系统的IDA-PBC控制器,并从理论上证明了闭环系统的渐进稳定性。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型，提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统，并根据VSC—HVDC的4种不同控制方式，确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上，通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器，追踪参考电流，实现独立调节瞬时有功、无功功率。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。

向无源网络供电的VSC-HVDC系统无源控制研究

推导了轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,针对向无源网络供电的VSC-HVDC系统提出了一种无源控制新方法。该方法将换流站模型VSC-HVDC系统等效成一个具有耗散性质的无源系统,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现对无源网络交流电压的恒定控制。最后,通过仿真实验验证了所设计的无源控制器的有效性。

基于端口受控哈密顿方法的永磁同步直线电机无源控制

针对面装式永磁同步直线电机(SPMSLM)在负载阻力已知恒定和未知的情况下,采用端口受控耗散哈密顿(PCHD)方法,对面装式永磁同步直线电机进行建模,给出了闭环期望哈密顿函数,并配置了期望的互联与阻尼矩阵,设计了系统的控制器,并且在负载阻力未知时,设计了观测器,然后分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明文中所提出的方案对负载阻力已知恒定和未知的情况具有很好的位置跟踪性能、很好的抗扰性能和很强的鲁棒性。

基于改进无源控制的含不平衡负载微电网电压控制策略

为解决微电网中由不平衡负载引起的三相电压不平衡问题,设计了一种基于改进的互联与阻尼配置(IDA)的无源控制(PBC)策略,考虑微电网中分布式电源之间的互联关系,建立了含不平衡负载多母线微电网并网逆变器的端口受控哈密顿模型,从系统全局能量的角度出发,通过互联与阻尼配置消除不平衡负载导致的二次谐波分量,选择合适的能量函数,保证了闭环的稳定性,实现并网输出电压电流正弦化。仿真验证结果表明,所提控制策略无需将电压/电流的正负序进行分离,使系统的控制结构简化,且与传统无源控制策略相比,所提控制策略能快速准确地控制输出电压和频率,有效降低了谐波干扰,实现了更好的动态响应。

基于IDA-PBC的混合储能虚拟同步发电机功率协调控制

随着可再生能源在电力系统中的渗透率不断升高,虚拟同步发电机(VSG)技术广泛应用于现代电力系统的调频控制中。为了模拟同步发电机的惯性与阻尼特性,VSG需配备储能单元。针对VSG中蓄电池与超级电容混合储能系统(HESS),提出了基于互联阻尼分配的无源控制策略(IDA-PBC),通过控制超级电容快速补偿VSG惯性模拟环节引入的功率变化,蓄电池响应VSG一次调频相对缓慢的功率需求,减少蓄电池功率波动。最后,在Matlab/Simulink环境下仿真验证了所提控制策略的可行性。

基于IDA-PBC的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制问题,设计了一种互联与阻尼分配无源控制(IDA-PBC)的控制器实现轨迹跟踪控制。首先,采用牛顿-欧拉法对四旋翼飞行器进行数学建模;然后,在IDA-PBC控制器中引入收缩性(Contraction)定理应用于轨迹跟踪;最终,通过计算机仿真验证了所设计的IDA-PBC控制器的有效性、跟踪性能以及鲁棒性能。仿真结果表明,IDA-PBC控制器不仅可以有效地完成四旋翼飞行器的跟踪控制任务,而且通过与PID控制器进行仿真对比发现,IDA-PBC控制器还具有收敛速度快、跟踪误差低、鲁棒性强等优点。四旋翼飞行器的IDA-PBC控制器使系统具有较好的稳态性能与动态性能,满足四旋翼飞行器的跟踪控制要求。

基于PCH模型的VSC-HVDC自适应无源控制

基于柔性直流输电(VSC-HVDC)的端口受控哈密顿系统(PCH)模型,提出了一种采用自适应无源性控制的新方法。该方法将VSC-HVDC系统换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSCHVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,实现独立调节有功、无功功率。同时,为提高系统的鲁棒性,减小参数摄动对控制效果的影响,提出了自适应无源控制方法。仿真结果表明该控制策略具有良好的暂态性能和鲁棒性。

两罐液位系统的哈密顿建模与无源性控制

基于端口受控哈密顿(PCH)系统原理,研究了一种两罐液位系统的PCH建模与控制方法。根据流体力学原理及伯努利方程,建立了两罐液位系统的PCH模型;通过互联与阻尼配置,设计了两罐液位系统控制器,确定了期望的平衡点,并应用无源性理论分析了平衡点的稳定性。为了消除稳态误差,引入了积分控制作用。仿真和实验验证表明,所提出的控制方法具有很好的动态和稳态性能。