基于有限集模型预测的光伏并网逆变器控制优化研究

针对三电平三相四桥臂光伏并网逆变器在采用传统有限集模型预测控制方法时运算工作量较大的问题,提出了一种基于电压矢量分区预选的模型预测控制方法。建立了αβ0坐标系下含直流中点电压、并网电流的预测模型;提出了基于两步预测的目标函数和寻优算法设计,减少了采样和计算造成的延迟影响;将目标函数的电流约束转为电压矢量约束,并通过对电压矢量进行分层和层内扇区划分,减轻了运算负担。

神朔铁路万吨重载列车涌动有限集预测控制研究

神朔铁路是我国重要的重载货运线路,重载列车运行环境恶劣,操纵困难,列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题,文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征,搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型,通过仿真分析了重载列车无涌动和有涌动时的运行状态,针对重载列车的涌动问题提出了一种有限集预测控制方法,仿真验证了该预测控制能够减小列车涌动时的速度波动和最大车钩力。

基于无参数PMSM的自适应有限集模型预测控制

当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因此,该文提出一种基于无参数PMSM的自适应FCS-MPC控制策略,能够准确地实现预测控制而无需了解电机参数。针对PMSM多参数在线辨识时存在的欠秩问题,利用FCS-MPC固有的开关纹波能产生持续激励的特性,采用递推最小二乘法(recursive least squares,RLS)实现多参数辨识。此外,针对采用FCS-MPC时的逆变器死区时间补偿问题,提出一种考虑死区时间矢量的合成电压矢量输出方案,进一步提高预测控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与基于模型的常规FCS-MPC解决方案相比,所提方法能减小预测误差,并且对参数变化和模型不确定性具有非常强的鲁棒性。

集群化发展模式下风电场预测、规划及控制关键技术综述

随着我国风电行业的快速发展,规模化发展风电对能源转型的推进至关重要。然而,由于风电场所处的复杂环境和高昂的建设运营成本等因素,集群化发展模式下的风电场面临着一系列技术难点和挑战。因此,文中针对集群化发展模式下风电场的建设和运营,重点总结了相关的预测、规划及控制关键技术。文中围绕风电场集群的关键技术与研究思路进行了归纳总结;针对风电场集群的特点,包括风资源量化表征与预测技术、多风电场协同优化规划技术以及多风电场控制与运行技术进行了详细探讨,对于每个技术领域,分析了当前的研究现状和取得的成果;最后,阐明了风电场集群建设和运营关键技术领域的发展趋势,并指出了待解决的技术难点,通过总结这些技术的研究成果为我国风电的规模化、集群化开发提供参考。

负荷预测算法下光伏并网储能集群控制系统

光伏并网储能受到谐振影响,导致功率控制结果达不到理想状态。针对该问题,设计了负荷预测算法下光伏并网储能集群控制系统。在Linux编译环境下,装置两路RS485通信接口。设计充放电控制器,实现对电池的充放电控制,避免产生谐波。根据滤波差分方程,设计储能集群控制电路,实现平抑波动。构建光伏并网储能负荷预测模型,通过对光伏并网储能负荷分析,为集群控制提供数据支持。采用闭环集群控制方式,分析电压、电流与光伏电池之间线性关系。结合适应步长的负荷跟踪方法,调整系统控制灵敏度。系统测试结果表明,所设计系统与实际功率最大值相差3×10^(4) W,证实了系统设计方案的可行性。

模型预测轮廓控制的机器人群运动规划

针对传统机器人群在路径搜索阶段未考虑机器人动力学约束而导致狭窄空间场景中求解失败或无法得到最优解问题,采用一种基于模型预测轮廓控制的方法,同时优化机器人约束与时空域下的避障,获得机器人的轨迹序列并动态优化机器人的运动轨迹。采用模型预测控制实现单机器人的轨迹跟踪,使用自适应参数调节方法,提升整个系统应对不同环境的自适应性。仿真和实验结果表明,在狭窄空间场景,机器人群系统的轨迹耗时短、平均跟踪参考轨迹精度高,具有良好的动态避障、静态避障与轨迹跟踪性能。同时,模型预测控制算法具有精度高、数据稳定等特点,实现机器人群的快速决策路径和快速避障。

永磁同步电机新型有限集模型预测速度控制

为了保证传统有限集模型预测速度控制中速度采样频率和控制周期一致,使用预测-校正方法进行反馈速度的测量,并结合卡尔曼滤波器进行负载观测,根据控制周期合理安排速度和负载观测的时序。针对传统有限集模型预测速度控制的稳态误差和较大转矩脉动问题,提出一种比例-积分-微分型代价函数,其中积分项用于消除稳态误差,微分项用于抑制转矩脉动。仿真和实验结果表明,所提出的新型有限集模型预测速度控制方法和传统有限集模型预测速度控制方法相比,在稳态时具有更小的稳态误差和转矩脉动,相电流总谐波失真(THD)从65.35%减小到了21.54%;和传统有限集模型预测电流控制方法相比,在起动、加减速和负载突变时的响应速度均加快了0.2~0.5 s,具有更快的动态响应。

三端口柔性多状态开关有限集模型预测控制

柔性多状态开关(SOP)作为一种新型电力电子装置,可提升配电网运行的灵活性与稳定性。SOP通常采用双闭环控制策略,对于三端口SOP而言共需12个PI调节器,控制结构复杂。因此,本文提出一种基于有限集模型预测控制(FCS-MPC)的三端口SOP的内环电流控制方案。该方案无需PI调节器整定且控制灵活,易于实现。建立了三端口SOP的数学模型,分析其工作原理;接着分析了FCS-MPC和双闭环控制的工作原理;在稳态运行条件和动态运行条件下,用Matlab/Simulink对基于FCS-MPC的SOP的运行情况进行仿真,对比分析了双闭环控制和FCS-MPC时的负载电流响应速度。结果表明:FCS-MPC在电流波动时具有更快响应速度,在稳态时具有更好的稳定性和抗干扰性,验证了所提方案的优越性及有效性。

基于有限集模型预测控制的UPQC预测直接控制策略

针对统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)线性控制算法中存在的控制结构复杂、控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的UPQC预测直接控制策略。在分析UPQC直接控制系统构成基础上,基于FCS-MPC基本原理,实现了同步旋转坐标系下UPQC的有限集模型预测直接控制系统建模,有效简化了控制器结构,降低了控制算法的复杂度;基于UPQC系统有功功率平衡以及负载基波电压幅值恒定原控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有则,建立了适用于UPQC串联侧与并联侧预测直接控制策略的给定值产生机制;最后,采用Matlab/Simulink仿真软件将所提控制策略与传统线性控制算法进行了对比仿真,并基于DSP (digital signal processor)(10)FPGA (field programmable gate array)(10)TYPHOON HIL402实验平台进行了实验验证,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。

基于多变量校正的MMC快速有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。

电动汽车双向充电桩有限集模型预测控制研究

为提高电动汽车双向充电桩并网电流质量和抗干扰能力,并抑制其电流谐波,结合模型预测控制特性分析,提出了电动汽车双向充电桩的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法。首先,在同步旋转坐标系下建立了变流器的离散数学模型。然后,在传统模型预测控制基础上设计了输出电流的(k+2)时刻预测值,再将预测值和采样时刻的电流误差以及直流(DC)母线电压的误差作为价值函数的控制因子,寻求价值函数的最小解,以达到最优控制效果。仿真结果表明,相比传统比例积分(PI)前馈控制策略,FCS-MPC有效提高了DC母线电压的稳定性和抗干扰性,并将网侧电流控制在更低的总谐波失真水平下。考虑到组成价值函数控制因子的电压、电流、开关频率等物理量直观且易于采集,FCS-MPC方法可推广应用于同类的电力电子变换器。

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定,可选矢量范围具有一定局限性,输出电压的突然变化,会导致电流纹波较大。因此,提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压,同时为了获得更准确的电流预测,使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度,并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明,与传统的FCS-MPC方案相比,所提策略有效地减小了电流纹波,拓宽了电压矢量选择的范围,同时提高了电机鲁棒性。

一种改进的永磁同步电机有限集模型预测控制方案设计与实施

为了解决永磁同步电机有限集模型预测控制中存在的电流脉动大、开关次数多等问题,提出基于灰色预测补偿和动态代价函数的FCS-MPC改进方案,从提高参考电流预测精度和增强控制方案对PMSM不同工况适应能力2个方面进行改进。首先,在现有方案的电流环中引入灰色预测用来修正由于参数扰动对q轴参考电流预测值带来的误差;其次,根据PMSM的具体工况,设计模糊控制器获取相应的权重系数组合,用以构建不同控制侧重的动态代价函数,实现对PMSM的有效控制;最后,通过仿真和试验将所提方案与传统FCS-MPC方案进行对比,电流脉动分别降低76.9%和74.7%,开关次数分别降低18.8%和17.5%,转速上升时间分别缩短67.8%和38.1%。结果证明所提方案在降低电流脉动、减少开关次数、缩短响应时间方面的有效性。

光伏集群有功功率分层预测控制策略

针对光伏集群有功功率的波动性和随机性会显著影响电力系统安全稳定运行的问题,基于大系统分层递阶控制理论,提出光伏集群有功功率分层预测控制策略。该策略在空间尺度上分为3个层级:在日前集群跟踪层以跟踪日前调度计划为目标,建立光伏集群调度计划跟踪模型,并将优化后的调度计划值下发给子集群层;在子集群层中建立协调优化分配模型,同时将集群下发的控制指令合理分配给各子集群,并给出子集群内部电站的优化出力值;在实时电站控制层建立电站有功控制模型,该模型根据运行工况及所接收的优化出力值,自适应采取最大出力模式或跟随模式工作。最后,仿真结果表明所提方法在保证系统安全稳定前提下,能够提高目标区域内光伏消纳,且使得各个光伏电站有功出力更加平稳。

正十二边形矢量集的永磁同步发电机磁链预测控制

针对磁链预测问题,基于广义比例积分观测器原理设计磁链观测器,并基于此实现具有误差校正的磁链预测,提升磁链预测精度;针对备选电压矢量较少的问题,构造一种均匀对称分布的正十二边形矢量集,不仅增加可选矢量数量,而且矢量集的正十二边形分布特征有利于特定次开关谐波的消除。基于以上核心算法,最终为风电系统中PMSG设计FCS-MPFC方案,并通过实验验证所提方案具有较强的参数鲁棒性和较高的转矩控制精度。

直线电机进给系统轮廓误差预测控制方法及仿真研究

为提高永磁同步直线电机驱动的进给系统轮廓轨迹跟踪精度和系统的动态性能,提出了一种显式模型预测交叉耦合控制方法(Explicit model predictive cross-coupled control, EMPCCC)。该方法结合显式预测控制原理与交叉耦合控制思想,对单轴电流和速度信号进行多步预测,将轮廓误差作为反馈量来修正预测控制的给定轨迹,达到轮廓误差预测控制的目的。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,结果表明,所提EMPCCC方法能快速实现不同转速波形的无超调跟踪控制,且可以实时估计并补偿轮廓误差,提升不同轨迹的轮廓精度。

基于MPC-PIO的无人飞行器集群编队重构控制

针对存在各种障碍条件下的战场环境,为实现无人飞行器集群安全避障并进行快速精确打击,集群必须具备自主队形重构的能力。因此,建立了无人飞行器运动模型与领航跟随集群编队控制结构,并提出基于模型预测控制(MPC)框架的无人飞行器集群编队重构控制代价函数、避障代价函数及避碰代价函数,进一步运用鸽群优化(PIO)算法对重构问题进行优化求解。基于数值对比仿真实验结果,所提算法在集群编队跟踪误差和寻优速度方面表现出色。结果表明:所提算法能实现集群自主重构,并提高MPC方法的效率。

永磁同步电机预测控制参数畸变影响分析

当永磁同步电机(PMSM)预测控制系统在高温等复杂环境中工作时,受电机齿槽效应、边端效应、饱和效应以及外部干扰的影响,电机参数如定子电阻、d轴电感、q轴电感、永磁体磁链常会发生畸变。针对上述问题,建立了PMSM的有限控制集模型预测电流控制(FCS-MPCC)模型,对不同参数畸变的影响进行分析,计算给出由畸变导致的d、q轴预测电流偏差。对参数畸变范围进行分区设置并依次施加在模型中。在不同畸变程度下,实验分析不同参数畸变对PMSM动、静态性能的影响,包括d、q轴电流、预测电流偏差、电磁转矩以及转速。

感应电机损耗最小化预测控制策略研究

针对传统感应电机效率优化算法在复杂工况下存在鲁棒性和动态性能差的问题,提出了一种基于损耗模型控制算法的感应电机效率优化预测控制策略。搭建考虑铁损的电机功率损耗模型,包含铁损、铜损以及漏感等因素,提高了损耗模型的精度。采用模型参考自适应观测器估计损耗模型中的定子电阻,设计电流模型为参考模型,电压模型为可调模型。基于电机铁损模型构建连续集模型预测电流控制器,提升系统的动态性能。实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。

基于模型预测控制的源荷储低碳经济调度

为提高电力系统风电消纳的经济性以及实现低碳排放的目标,基于模型预测控制方法,构建了多时间尺度下含碳捕集电厂的源荷储低碳经济调度模型。源侧分析碳捕集电厂的运行机理及能量时移特性;荷侧根据需求响应时间尺度的差异性,调用不同响应速度的价格型、动态激励型需求响应资源分别参与日前-日内调度;储能快速调整充放电功率提高运行经济性,日前调度以运行成本和碳排放量最小为目标,通过协调调度源荷储资源优化系统各单元出力计划。日内调度在滚动优化平滑功率波动的基础上,以跟踪和修正日前调度计划为目标,实时应对风光和负荷的功率波动,通过算例验证所提方法可降低运行成本和碳排放量,实现对经济与低碳协同优化。