自适应自抗扰比例积分控制下的高速铁路车网耦合系统低频振荡抑制方法

高铁车网耦合系统（electric multiple units-traction network coupling system,ETNCS）低频振荡易引发牵引封锁,严重影响高速铁路安全运行,因此研究低频振荡的机理及其抑制方法具有重要意义。该文首先建立了ETNCS阻抗模型,并利用幅相频特性曲线分析了低频振荡现象的产生机理,其中一个重要的因素是传统比例积分（proportional integral,PI）控制器无法对输入误差信号中的交流分量实施有效抑制。随后,为解决这一问题,提出一种自适应自抗扰比例积分（self-adaptive auto disturbance rejection PI,SAADR-PI）控制器。该控制器一方面继承了自抗扰控制器响应速度快、抗干扰能力强的优点,另一方面可通过fal函数自动调节PI参数使系统保持自适应能力,将其应用到瞬态直接电流控制策略中可提高系统的动态响应速度,增强系统的鲁棒性能。最后仿真和实验结果表明,基于SAADR-PI控制器的瞬态直接电流控制策略具有更好的控制性能,并能有效地抑制ETNCS低频振荡。

基于改进自抗扰的变流系统直流母线电压波动抑制策略

在直流母线电压波动的情形下,光伏并网变流系统易出现输入输出侧功率传输不平衡、运行不稳等问题,因此提出一种改进线性自抗扰控制策略。首先,建立变流系统物理模型和数学模型,并分析能量传输不平衡原理。然后,设计一阶线性自抗扰控制器取代传统比例积分矢量控制器。进一步,为加强扩张观测器扰动观测能力,引入新型参数解耦方法,形成解耦型改进自抗扰控制,提高系统的快速性和抗扰性。最后,依托频率响应特性曲线和多种模拟工况进行仿真验证。结果表明:相较于传统控制策略,改进线性自抗扰既具备优越的抑制直流侧母线电压波动的能力,又具有良好的扰动抵抗能力与短时暂态故障穿越能力,保证了系统的功率传输平衡与正常平稳运行。

非理想条件下基于SAADR-PI的MMC型电力电子变压器CCS-MPC控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在非理想工况下易发生故障及扰动,严重影响系统电能质量。针对传统控制方法在非理想工况下存在的动稳态性能差等问题,在MMC-PET整流级提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的连续控制集模型预测控制策略。首先,设计了自适应自抗扰比例积分控制器用于电压外环,解决了电压外环信号跟踪及扰动抑制能力差等问题。其次,电流内环使用连续控制集模型预测控制方法以提高系统的响应速度及稳态性能,引入改进型载波移相调制策略解决桥臂电流畸变问题。最后,在网侧负载突变、网压不平衡、输出级负载投入等非理想工况下对MMC-PET系统进行对比仿真和实验,验证了所提控制策略的优越性。

井下履带式探测机器人及其运动抗扰控制研究

井下履带式探测机器人作业环境复杂,需携带多种探测或救援装备并进行爬坡越障,易导致负载扰动,具有较强非线性和不确定性,此外,用于机器人动力驱动的永磁同步电动机(PMSM)本身是多变量、强耦合的非线性系统,目前常规的基于误差的比例积分微分(PID)控制器很难满足控制需求。针对上述问题,设计了一种四摆臂井下履带式探测机器人,并进行了爬坡越障性能分析,得出了平地直行和直行爬坡2种工况下机器人PMSM的转矩和转速;对PMSM进行建模分析,速度环采用自抗扰控制器(ADRC),电流环采用比例积分(PI)控制器,设计了ADRC+PI控制方案;采用磁场定向控制(FOC)技术对PMSM进行驱动,从而提升机器人在井下作业时的响应性能和抗干扰性能。对ADRC+PI控制方案和常规PI+PI控制方案进行仿真和对比分析,得到2种工况下PMSM的转速、转矩、相电流响应曲线,结果表明:在2种工况下,采用ADRC+PI控制方案时机器人PMSM的转速和转矩响应控制更精准,具有更小的超调量和更短的调节时间,应对外部突变干扰的能力更强,能有效提升井下履带式探测机器人的爬坡越障性能和作业稳定性。

LCL型并网逆变器的网压滤波前馈控制策略

LCL型并网逆变器的网压比例前馈策略因其实现方式简单、谐波抗扰能力良好而受到广泛应用,但是该策略在弱电网下的适应性较差,并网逆变器的前馈通道与电网阻抗产生交互影响,使得系统稳定性随着电网阻抗的增大而显著下降,恶化了入网电流质量。以改善网压比例前馈策略的适应性为目标,提出了一种基于多二阶滤波器的网压前馈控制策略,即在前馈通路上引入多个二阶滤波器,实现电网电压的选择性反馈。详细分析了该策略的输出阻抗特性以及谐波扰动的抑制情况,分析结果表明,该策略不仅可实现电网背景谐波的抑制,而且又不削弱系统在弱电网下的稳定性,从而提高了并网逆变器对弱电网的适应性。最后,仿真结果验证了该策略的有效性。

一种改进型UPQC拓扑混合无源控制

为了提高统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)的经济性和实用性,提出一种改进型UPQC拓扑结构,该结构可在保证电能补偿效果的基础上,可大幅降低对变流器补偿容量和公共直流侧电压等级的要求.通过分析UPQC补偿原理和建立数学模型,对其串联变流器和并联变流器分别进行控制.为加快系统能量收敛,利用注入阻尼的方法,设计了串联变流器电流内环无源控制器,电压外环使用了自抗扰比例积分控制,增强了系统的抗扰动能力,以实现对电网侧畸变电压的补偿;并联变流器采用双闭环控制,与无源滤波器共同完成对负载谐波电流的补偿.最后在Matlab/Simulink环境下仿真,结果验证了所提拓扑结构和控制策略的可行性.

基于SAADR-PI的NPC三电平容错光伏并网逆变器FCS-MPC策略

为使并网逆变器在故障重构后仍向电网输送高质量电能,针对中性点钳位三电平逆变器容错拓扑,提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的有限控制集模型预测控制策略。首先,在直流侧电压控制环节引入自适应自抗扰比例积分控制器,以提高系统动态响应速度,增强系统鲁棒性能;然后,利用基于参考电压构造代价函数的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪,并在代价函数中引入直流侧电容电压和开关频率约束项,以抑制中点电压不平衡问题,降低开关损耗;最后,在Matlab/Simulink中建立光伏并网系统模型并进行时域仿真。仿真结果表明,所提策略在稳态及光照阶跃变化时,直流侧电压调节具有更快的动态响应和更平滑的瞬态性能,且并网电流谐波含量低、波形质量好,可保证故障后依然能向电网输送高质量电能。

永磁同步电机电流谐波抑制策略

逆变器非线性、反电动势波形非正弦等因素会使得永磁同步电机绕组电流中包含5、7次谐波,从而导致电机转矩波动,并使电机产生振动和噪声,影响系统的控制性能。本文对电流谐波抑制策略进行综述,阐述其原理,并进行实验对比。