270V高压固态功率控制器硬件短路保护电路设计

在电力系统中,许多电器设备运行在大电流的供电状态下,一旦发生短路故障,尤其是高压大电流下,将造成严重的损坏,因此短路保护应该工作稳定且快速。本文介绍了一种基于霍尔电流传感器、比较器以及分立元器件电路搭建的纯硬件短路保护电路,电路成本低,经验证,该电路可靠性高,响应速度快。本文对具体实施方法及参数计算进行了详细介绍。

高压DC-DC控制器高效功率管驱动电路研究

针对高压降压DC-DC(直流转直流转换器)输入电压范围宽的特点,设计了驱动电路通过钳位电路设定高压的驱动电压,同时通过源极跟随提供驱动功率管开启的驱动电流.电路集成于一款40 V 0.18μm BCD(双极型晶体管、互补金属氧化物半导体和双扩散金属氧化物半导体)工艺的高压降压DC-DC控制器芯片中,测试结果表明:在200 kHz开关频率下空载功耗为4 mA;驱动功率管开启电压最高为14 V,当输入电压小于14 V时能够提供接近输入电压的驱动压差;PMOS(P型金属氧化物半导体)功率管栅极电压驱动速率在40 V/μs以上,NMOS(N型金属氧化物半导体)功率管栅极电压驱动速率在60 V/μs以上.驱动电路具有高驱动速度和高驱动电压差,以降低开关损耗及导通损耗.

基于直流电流瞬时微分的特高压直流分层接入系统非故障层换相失败预防控制策略

在特高压直流分层接入系统中,由于层间耦合作用,某一层交流系统发生故障可能导致非故障层换流器发生换相失败。为此,考虑到故障过程直流电流的变化,提出一种基于直流电流瞬时微分的换相失败预防控制策略。该策略基于故障后直流电流的变化特性,得到换相电流时间面积控制中触发角修正量,代替原有换相失败预防控制,提高非故障层换相失败预防控制的启动精度;同时基于电流预测量和等效直流输入电阻动态调整低压限流控制器的指令值,提高其响应速度。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提控制策略进行验证。结果表明,该策略可降低高低端换流器同时发生换相失败的风险,改善故障后系统的运行性能。

适应高比例新能源电源外送的特高压直流控制器

特高压直流输送高比例清洁能源,系统扰动时的过电压问题是制约直流输送能力的关键因素。针对传统比例积分电流控制器的不足,提出一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法,并结合低压限流环节参数优化,明显改善了换相失败期间送端交流系统的低电压和过电压现象。该方法经过实时仿真试验以及现场调试验证,已应用于青海–河南等特高压直流工程中,有效地抑制了暂态故障下的交流过电压,改善了故障恢复期间直流系统性能,有效提升了新能源外送比例。

高压级联SVG电流PR控制策略

对SVG在出现无功阶跃扰动时的补偿控制进行深入研究。SVG在无功功率调节时,如果出现阶跃扰动,无功功率的调节会直接影响有功功率的调节,这是因为传统的旋转坐标系控制方法对于有功功率和无功功率的控制环路之间存在耦合关系。为此,文中引入了有功和无功的解耦控制。另外,无功的阶跃信号会引起直流母线电压的突变,故将直流分量引入装置侧输出电流的值,并将这个直流分量滤除,保证控制的稳定性。最后在仿真的基础上,以光伏电站为背景对所提方法进行现场验证,结果充分证明了该算法的有效性。

Buck型DC-DC变换器中单输入模糊控制器的设计与实现

提出了一种简化的用于数字控制DC-DC变换器的模糊控制算法——单输入模糊控制算法.通过在算法中引入符号距离法,将常规模糊控制算法中的2个输入简化为单个输入,从而使相应的模糊规则条数明显减少.在此基础上,采用FPGA设计了单输入模糊控制器,并进行了系统验证.测试结果表明,在输入电压为2.7～3.5 V、输出电压为0.8～1.5 V的Buck型DC-DC开关变换器中,系统的建立时间小于150 ms,稳态误差小于10 mV.与常规模糊控制器相比,这种单输入模糊控制器具有设计、调节和硬件实现简单等优势,因而有望在数字控制DC-DC变换器中得到广泛应用.

向无源网络供电的模块化多电平换流器型高压直流输电系统控制器设计

模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统向无源网络供电是MMC-HVDC技术的一个重要应用领域,因此有必要对向无源网络供电的MMC-HVDC系统的控制器进行设计,为此,基于MMC拓扑结构,推导了MMC数学模型,并由此设计了整流侧和无源网络侧的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性,且表明MMC-HVDC系统向无源网络供电是一种比较理想的输配电方式。

基于PI-D结构的高压直流输电定电流控制器设计

设计了一种具有PI-D结构的HVDC定电流控制器并提出了相应的控制器参数整定方法,在避免了控制器参数整定盲目性的同时提高了其控制性能。在传统PI控制器的反馈通路上增加了具有提高阻尼作用的微分环节,通过推导包含控制器参数的直流系统传递函数表达式绘制出控制参数变化时系统Bode图的变化规律,根据上述规律和系统的时域响应要求对控制器参数进行整定。通过上述方法设计了CIGRE HVDC标准模型整流侧的PI-D定电流控制器,同时设计了传统的PI和PID控制器进行比较。仿真实验表明,相对于传统PI和PID控制系统,采用PI-D控制器的直流系统具有更好的时域响应特性和抗干扰能力。

高压直流输电系统模糊自适应控制器的设计

提出了模糊和PI复合控制策略,即模糊自适应PI控制器,讨论了模糊和PI控制结合形式。结合典型12脉冲桥HVDC系统模型,采用Matlab在传统PI控制和模糊自适应PI控制下分别进行仿真。结果表明,与传统控制方法相比,发生单相交流线路接地故障时,由于模糊自适应PI控制器能在线调整PI参数,因而模糊自适应PI控制器能改善系统直流电流和直流电压的恒定性,并且具有更好的适应性和更强的鲁棒性。

高压直流输电系统非线性变结构控制器的设计

为了进一步改善高压直流 ( HVDC)输电系统的性能 ,采用在逆变侧定无功电流控制方式代替传统的定熄弧角控制 ,并将现代控制理论中非线性系统的状态反馈精确线性化方法与线性系统的变结构控制理论相结合 ,设计了非线性变结构控制器。仿真结果表明 ,所设计的新型控制器能够改善直流系统的性能 。

高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现

针对抑制由HVDC引起的次同步振荡问题,阐述了附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)的原理。对SSDC设计中的控制器结构、输入信号的选取、相位补偿和增益调整等方面进行了重点论述,分析了不同方案的优缺点。从工程应用的角度,提出了一种便于工程实现的SSDC设计方案。在此基础上,针对东北-华北联网的高岭背靠背换流站附近绥中发电机组的次同步振荡问题,设计了相应的SSDC。实时数字仿真(RTDS)和实际控制器的闭环试验验证了所设计的SSDC能有效地抑制SSO,并对HVDC的动态特性影响较小。

单神经元PID控制器在高压断路器运动控制技术中的应用

高压断路器直线伺服电动机操动机构采用直线电动机驱动断路器操作杆,带动机构运动,实现分合闸操作,具有良好的快速响应能力及控制性能。本文建立了直线伺服电动机操动机构控制系统仿真模型,详细分析了单神经元PID控制算法以及数学模型,并建立了以输出误差二次方为性能指标的单神经元自适应PID控制器模型。分别用传统PID控制与单神经元PID控制,对高压断路器触头运动特性控制过程进行了仿真。结果表明,单神经元PID控制器能够较好地实现触头速度的跟踪控制,使其按给定运动特性曲线运动,实现运动特性控制。证明了在配有直线伺服电动机操动机构的高压断路器触头运动控制系统中,单神经元PID控制是一种较理想、有效的控制方法。

高压直流输电智能控制器的设计

针对传统PI控制器鲁棒性差、自适应差的不足,通过应用智能控制理论设计出高压直流控制器—Fuzzy-PI控制器,并用改进的遗传算法来对Fuzzy的隶属度函数等参数进行优化,使Fuzzy-PI控制器具有更好的适应性和更强的鲁棒性。根据优化方案设计葛洲坝—南桥直流输电工程控制器,并通过仿真验证了其理论精确性,工程实用性。

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC),具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型,该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分,具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入,VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出,通过对系统频率响应的辨识,得到了两者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置技术,设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明,配备该阻尼控制器的VSC-HVDC能有效地抑制系统低频振荡,增加系统阻尼。

高压直流输电系统在线模糊神经控制器的研究

提出了一种适用于高压直流输电系统快速灵活控制的在线模糊神经直流控制器。由于是在线控制 ,所以这种直流控制器与传统的 PI调节器和离线式神经网络控制器相比更具鲁棒性和自适应学习能力 ;与只考虑电流误差的神经网络控制器相比 ,则具有更好的动态性能。通过 NETOMAC数字仿真实验证明了该控制器对交直流系统稳定有良好的效果。

基于cRIO控制器的高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统设计

为测试和验证高压共轨柴油机电控单元的控制策略,设计了一套基于cRIO控制器的ECU硬件在环仿真系统.系统采集高压共轨柴油机的执行机构信号,用DMA方式将数据送至cRIO0控制器,经燃油喷射和排气阀驱动数学模型计算,输出控制模拟曲轴电机转速和保证ECU正常工作的信号.系统还在NIPXI平台设计了ECU监测记录模块.系统的设计可节省高压共轨柴油机ECU测试试验费用和缩短开发优化周期.

基于PID控制和改进粒子群优化算法的特高压直流附加次同步振荡阻尼控制器设计

以高压直流输电系统快速可控为出发点,采用极大极小值原理和改进粒子群优化算法相结合的新方法,针对向家坝—上海±800 k V特高压直流输电系统送端可能发生的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立一种基于比例积分微分控制的UHVDC附加次同步振荡阻尼控制器(subsynchronous oscillation damping controller,SSDC)模型。对不同方式的时域仿真结果表明,该SSDC控制器能够有效抑制交直流互联电网送端系统汽轮机组的轴系扭振,可在相当大范围内保证系统的SSO稳定性,具有较强的鲁棒性。

高压直流输电系统控制器数字仿真实现方法

针对交直流系统稳定性研究的目的 ,将实际直流控制系统及换流过程进行简化、等效 ,构造出模块化、逻辑式直流控制器仿真模型 ,并配合一定的换流过程模拟方法来仿真实际系统的动态特性。该模型基本涵盖实际控制器的主要结构以及影响交直流系统动态特性的基本环节 ,具有结构明晰、可组合、易扩展、参数调试方便等多方面的优点。应用数字仿真软件NETOMAC实践该模型 ,在各种运行条件下均表现出与实际系统相吻合的动态特性。

基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器

鲁棒控制方法可用于高压直流附加阻尼控制器的设计,用以抑制交直流系统低频振荡,但目前普遍存在控制器阶数过高的问题,对实用性影响较大。为此提出对H2/H∞鲁棒控制器进行降阶的动态射影控制方法,并对降阶过程中产生的误差进行优化。首先利用总体最小二乘-旋转不变子空间(total least squares-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques,TLS-ESPRIT)方法对系统进行低频振荡特性辨识,在此基础上利用主模比指标选择合适的反馈信号;然后利用H2/H∞鲁棒控制理论设计状态反馈鲁棒控制器;最后应用动态射影控制进行降阶,同时利用共轭梯度法对由FH范数评价的误差系统进行优化,得到最优低阶输出反馈控制器。仿真结果表明基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器在不同扰动与故障下都能有效抑制系统的低频振荡,鲁棒性和控制性能强,同时控制器阶数低,适合于实际工程推广应用。

基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计

针对因故障扰动或负荷投切引起电力系统频率振荡的问题,提出一种基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计方法。利用TLS-ESPRIT算法辨识出系统的低阶线性化模型;基于二次最优型的变结构控制原理设计高压直流附加频率控制器,通过直流功率的快速调节来抑制交流系统中因功率不平衡引发的频率振荡;利用极大极小值原理和改进粒子群优化算法对控制器参数进行优化。在PSCAD/EMTDC中搭建某实际电网模型进行仿真验证,并与传统PI控制器进行对比分析。仿真结果表明所提控制器对不同故障引发的系统频率振荡都具有更好的抑制效果,能明显提升系统频率稳定性,且具有较强的鲁棒性。