基于改进模型预测控制的微电网能量管理策略

微电网中分布式电源出力具有间歇性、波动性等特点,并且负荷形式多样,分布式电源和负荷的不确定性会导致微电网能量优化的不确定性。为了更好地解决上述问题,提出了一种基于改进模型预测控制(MPC)的双层多时间尺度微电网优化策略。传统MPC优化中某些模型参数固定,难以及时处理系统中的突发扰动;并且传统MPC的单个优化周期时长有限,难以处理一些与时间相关或影响优化结果全局性的复杂约束。根据微电网中不确定性因素及复杂约束提出MPC的自适应改进,能更好地适应微电网设备投切灵活、发电功率受外界影响大等特性,更好地保障系统的鲁棒性与优化的精确性。基于日前计划优化出未来的能量分配及负荷调度;在日内基于改进MPC并参考日前优化结果进行实时能量优化,从而使目标更优,提高结果的准确性。最后应用MATLAB进行仿真,证明了所提策略的适用性和准确性。

三相LCL并网逆变器改进模型预测控制策略

为了解决传统三相LCL并网逆变器存在的谐振问题,同时避免控制策略中复杂的比例谐振(PR)调节器设计和脉宽调制(PWM)算法,提出一种有源阻尼及改进模型预测控制策略。根据LCL并网逆变器数学模型,引入电容电流反馈有源阻尼控制策略,有效抑制LCL滤波器的谐振效应。将传统并网逆变器预测模型中的并网电流预测控制改进为逆变器输出电压直接预测控制,在省去调节器及PWM环节的基础上进一步减少控制器运算量,同时对数字延时进行补偿,提高预测模型精度。最后,通过仿真及硬件平台实验验证了并网逆变器改进模型预测控制策略的正确性及可行性。

一种基于改进模型预测控制算法的空间矢量PWM虚拟磁链直接功率控制策略

虚拟磁链定向的空间矢量PWM直接功率控制(VF-DPC-SVM)策略的功率内环PI控制参数整定过程复杂,电压型整流器(VSR)控制稳定性不高、快速性较差。对此,提出虚拟磁链定向的改进模型预测直接功率控制(VF-MPDPC)策略。在功率内环用模型预测控制(MPC)算法代替PI控制器改善VSR的控制系能,并引入内模反馈校正环节在每个采样周期修正功率的预测给定值,通过改进的MPC模型实现对瞬时功率的高精度跟踪。仿真分析表明:改进的VF-MPDPC策略使系统稳态时调整时间短,响应快,电网污染小,输出母线电压质量高,功率纹波小;动态响应鲁棒性高,稳定性能好。

四桥臂有源电力滤波器改进模型预测控制策略研究

对于四桥臂有源电力滤波器,模型预测电流控制(MPCC)是一种较为新颖的高性能控制策略,但是该策略确定下一时刻的最优开关状态所需的滚动优化次数较多。为克服该缺点,给出了一种基于分区判断的改进模型预测电压控制策略(MPVC)。借鉴基于αβγ坐标系下的3DSVPWM调制思想,利用2次分区判断过程确定所给定三维空间电压矢量的具体位置,从24组备选开关状态子集中确定最优子集,以此减少滚动优化的次数,提高寻优的效率。仿真结果证实了改进MPVC策略的有效性,且其具有较强的鲁棒性,较MPCC具有更佳的动态性能。

基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。

模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交流侧输出电流。推导了MMC离散数学模型,并构建无权重因子的代价函数,通过计算实际电流与参考电流包围的最小面积重新定义同一周期内两阶段开关信号的占空比,并引入一种附加冗余子模块的方法抑制桥臂环流,接着提出一种败者树多路归并排序算法均衡电容电压。在MATLAB/Simulink平台搭建三相23电平MMC仿真模型验证该策略的有效性。相比于两段式模型预测控制,所提策略的交流侧输出电流跟踪更加精准,谐波畸变率更小。

基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

基于改进模型预测控制的电气系统新能源功率波动平滑策略

针对新能源功率波动问题,制定了聚合温控负荷与微型燃气轮机共同抑制电气互联系统联络线功率波动的调控策略.首先,将波动功率进行经验模态分解,然后在建立聚合温控负荷双线性模型与微型燃气轮机数学模型的基础上,提出了基于Lyapunov函数的改进模型预测控制方法,采用改进模型预测控制分别设计了聚合温控负荷与微型燃气轮机的控制律,用于平抑波动功率的高频分量与低频分量.算例仿真表明:在满足聚合温控负荷温度舒适度约束,保持微型燃气轮机预设工作状态的条件下,提出的控制方法能够使它们的输出功率有效跟踪波动功率高频和低频分量;算法兼顾了用户舒适度与调节范围,达到了良好的联络线功率平滑效果.

弱电网情况下基于改进型有限集模型预测控制新型三相三电平整流器的研究

传统三相三电平整流器开关多、控制复杂、损耗大,为此提出一种新型三相三电平整流器拓扑。在弱电网中,电网电压不平衡现象不可避免,当电网电压不平衡时,传统的控制算法计算量大、控制复杂且电网电流畸变严重。为使新型三相三电平整流器在弱电网条件下正常运行,提出一种改进型有限集模型预测控制方法,实现电网电流的快速跟踪、谐波抑制及直流侧中点电压的平衡控制。首先分析了新型拓扑结构的工作原理及数学模型;然后构造了弱电网条件下新型三相三电平整流器的电流指令值;最后针对新型三相三电平整流器提出改进型有限集模型预测控制。仿真与实验验证了所提算法的有效性。

车辆轨迹模型预测控制器的算法研究

为提高无人驾驶汽车行驶控制中的跟踪精度和车辆稳定性,提出了一个改进的模型预测控制器(MPC)。首先,为解决高速转弯工况下轮胎侧偏刚度的强非线性特性导致的车辆失稳问题,建立了轮胎动态侧偏刚度估计器进行实时估计;在此基础上,利用改进粒子群算法对现有模型预测控制器的时域参数进行优化,以提高算法跟踪精度和稳定性;最后,为验证控制器的效果,选取合适的工况进行了联合仿真测试。结果表明,改进控制器在高速转弯的工况下,跟踪精度误差降为4.9%,横摆角误差降为2.6%,比传统模型预测控制器分别提高了67.8%和62.3%,比模糊控制算法优化的控制器分别提高了55.8%和58%。

基于扩张状态观测器的电机模型预测鲁棒控制

为了有效补偿阻尼摄动、未知负载以及电磁干扰对永磁同步电机的影响,并提高电机的控制精度,提出了一种基于扩张状态观测器的模型预测鲁棒控制方法。首先建立了带有阻尼摄动、未知负载以及电磁干扰等复合干扰的永磁同步电机模型,然后设计了扩张状态观测器来准确估计复合干扰,并引入复合干扰估计结果来改进传统模型预测控制的鲁棒性,最后提出了预测输出和代价函数,通过滚动优化后得到改进模型预测控制律,实现了对永磁同步电机的鲁棒控制。仿真结果表明:设计的扩张状态观测器能够快速准确估计出复合干扰,最大估计误差仅为0.2 r/min 2,且改进的模型预测控制方法能够准确跟踪指令信号,转速和加速度最大误差分别为0.3 r/min和0.3 r/min 2,在测试实验中的转速最大误差仅为0.5 r/min,可有效消除永磁同步电机的各种干扰的影响,从而大幅改善了对工件的加工精度。

混合动力汽车燃油经济性模型预测控制策略

为了实现对混合动力汽车实时的燃油经济性控制,提出了改进的马尔可夫模型预测控制方法。建立了混合动力汽车关键部件模型,从克服阻力和速度跟踪两个方面建立了车辆需求转矩模型,从而建立了混合动力汽车仿真模型;使用多步马尔可夫模型预测车辆状态;在模型预测控制目标函数中引入电量参考值,当电量大于参考值时使用模型预测最优控制策略,当电量低于参考值时,在目标函数中引入电量惩罚项,使用改进的模型预测控制策略。经仿真验证,在新欧洲行驶工况下,马尔可夫模型预测控制比恒值预测控制的油耗减少了4.27%,比规则能量管理策略减少了4.99%;在中国城市工况下,马尔科夫模型预测控制比恒值预测控制的油耗减少了8.32%,比规则能量管理策略减少了13.16%。

智能汽车换道避障路径规划与跟踪控制

为了提高智能汽车换道行驶的安全性,提出一种智能汽车换道避障的控制方法。基于驾驶员的换道行为数据,对实际驾驶员的换道行为进行分析,通过聚类分析得到不同车速区间下换道过程中的方向盘转角数据;借助商业场景软件PreScan对换道轨迹进行还原,对传统的模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法进行改进,以实际驾驶员的换道轨迹作为控制算法的输入,开发了一套仿驾驶员换道系统,并基于dSPACE仿真机柜搭建一套模型在环(Model In Looping,MIL)测试平台,对开发的仿驾驶员换道系统的策略与性能进行仿真测试。结果表明,仿驾驶员换道系统可以较好地避开障碍物完成换道操作,并且保持较好的安全性与稳定性。

改进 MPC 的无人驾驶汽车路径规划研究

课题组为探索解决多障碍物以及感知障碍信息不全环境下的避障问题,实现无人驾驶汽车安全、稳定行驶的路径规划,提出了一种改进模型预测控制(MPC)的避障路径规划方法。该方法忽略车身尺寸信息建立点质量模型,以前轮偏角为控制量,引入无人驾驶汽车速度因子作为动态权重系数,构建惩罚函数权重策略,建立带避障功能的汽车运动学模型。通过Matlab/Simulink、CarSim软件搭建模型预测控制平台,在预定“超车”工况中进行仿真试验。仿真结果显示,改进MPC的无人驾驶汽车其路径规划的避障轨迹更合理安全,并有较好的横向稳定性。该方法具有一定的借鉴意义。

机场航站楼安检资源运行策略优化

为了提升机场航站楼安检资源的利用率及整体的均衡性,结合安检资源运行特性及分布情况提出了基于改进模型预测控制(MPC,model predictive control)的安检资源运行策略优化方法。本文系统性地分析了机场安检流程及运行评估标准并给出优化目标,设计了面向安检队列状态辨识结果的资源运行策略优化框架,考虑到安检资源系统的演化态势及资源约束,构建了面向控制时域的安检资源动态优化模型并生成安检资源运行策略,采用中国某枢纽机场实际运行数据开展仿真验证。结果显示,优化后的队列长度均控制在优化目标范围内,且在旅客到达人数变化时表现出良好的跟踪能力。因此,优化后的安检资源运行策略能够满足离港旅客安检队列状态预测需求,保证了机场航站楼的安全及高质量运行。

改进MPC算法和直流母线谐波抑制对能馈型交流电子负载系统性能的优化

针对传统出厂电源测试精度低、负载类型单一、能量损耗大的问题,研究了一种由单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器和软开关移相全桥变换器级联组成的直流能馈型交流电子负载装置。针对前级采用的模型预测控制(model predictive control,MPC)算法存在的静态误差的问题,设计了基于内膜原理的电流补偿环节对其给定电流值进行修正,从而实现电流无静差跟踪;后级采用带陷波滤波器的母线电压外环并网电流内环的双闭环PI(proportional-integral)控制策略,抑制直流母线二次谐波对并网电流的影响。搭建直流能馈型交流电子负载仿真模型和实验平台,结果表明,所提改进MPC算法能改善前级单元输入电流的静态跟踪性能,陷波滤波器可以有效提高后级单元并网电流质量。