Improved Dynamic Response of DC to DC Converter Using Hybrid PSO Tuned Fuzzy Sliding Mode Controller

DC/DC switching converters are widely used in numerous appliances in modern existence. In this paper, the dynamic and transient response of phase shift series resonant DC/DC converter are improved using hybrid particle swarm optimization tuned fuzzy sliding mode controller under starting and load step change conditions. The aim of the control is to regulate the output voltage beneath the load change. The model of the hybrid particle swarm optimization tuned fuzzy sliding mode controller is implemented using Sim Power Systems toolbox of MATLAB SIMULINK. Performance of the proposed dynamic novel control under step load change condition is investigated.

考虑母线电压稳定的双向DC-DC变换器模型预测电流控制

针对氢燃料电池汽车在负载突变情况下动态响应慢、直流输出电压不稳定等问题,提出一种交错并联双向DC-DC变换器(BDC)方案及一种考虑母线电压稳定的改进模型预测电流控制方法。首先对BDC变换器工作原理进行详细分析,得出传递函数并对传递函数进行z变换。然后考虑系统电压、电流跟踪情况对成本函数进行优化设计,通过求解最优控制变量实现提高系统响应速度和降低输出电流纹波以及平衡母线电压的控制目标。MATLAB/Simulink仿真及45 kW样机实验对比显示,PI控制与所提出的控制方法响应时间分别为0.05 s、0.01 s,电压超调分别为12.5 V、1.5 V,表明所提出的控制方法能很好地改善系统动态响应和输出性能。

二阶滑模超螺旋算法的直流微电网阻抗观测与纹波补偿

在直流微电网中,直流母线电压二阶纹波分量会导致直流负载或直流能源受到干扰,严重时危害整个系统的电能质量。为此,在分析双向DC/DC变换器电压/电流双闭环控制的基础上,设计了直流有源电力滤波器的直流电压纹波控制,提出一种扰动跟踪的电网阻抗快速观测方法,采用二阶滑模控制的超螺旋算法设计了扰动步长的控制率,加快了阻抗系数的观测速度,实现了阻抗系数的快速动态观测,进一步实现了直流有源电力滤波器对所需补偿纹波电流的实时跟踪提取,有效抑制了直流微电网母线电压二阶纹波。最后,搭建了相应的直流微电网测试平台,验证了所提策略的可行性与有效性。

开关DC-DC变换器的自适应占空比跨周期控制方法

针对脉冲跨周期调制(PSM)开关DC-DC变换器输出电压纹波较大的问题,该文提出一种新型的自适应占空比跨周期(ADPS)控制方法。在ADPS控制的变换器中,轻载下,每个周期变换器控制脉冲的占空比与该周期开始时输出电压与参考电压误差的平方根近似成正比:负载越轻,变换器的输出电压纹波越小。研究表明,ADPS控制的DC-DC变换器不仅具有比PSM控制的变换器更低的输出电压纹波,同时具有优异的鲁棒性和瞬态响应能力。

变脉宽脉冲序列控制DCM Buck变换器

为解决脉冲序列(pulse train,PT)控制开关DC-DC变换器稳态输出电压纹波较大的问题,通过研究较大输出电压纹波的产生机理,提出了一种变脉冲宽度脉冲序列(variable width pulse train,VWPT)控制方法.该方法基于电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck变换器,根据负载功率的变化,采用数字控制方式动态调节高、低功率脉冲占空比,得到两个能量差异较小的驱动脉冲,实现对变换器的控制,以获得明显优于PT控制的输出电压纹波特性.实验结果表明,相比于PT控制,VWPT控制可以有效降低变换器的稳态输出电压纹波50%左右.

基于混合储能的新型双向DC/DC变换器控制研究

基于超级电容与蓄电池混合储能系统越来越多地应用于电动汽车领域,作为其中的能量控制元件——双向DC/DC变换器的研究也越来越受到重视。不同的双向DC/DC变换器影响系统的成本、效率和性能。选择一种新型非隔离型双向DC/DC变换器,其具有电压增益高、开关器件应力低及电流纹波小等特点,能够有效减小开关器件的损耗,提高系统能量传输效率。推导出相应模式下的控制器模型,并采用电压外环、双电流内环的控制策略,控制能量的双向流动。最后进行理论仿真以及实验验证,结果表明理论分析的正确性。

非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。

基于输入电压前馈的双向有源桥DC-DC变换器虚拟功率控制方法

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC—DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别针对输出电压开环和闭环控制情况,揭示输入电压脉动情况下输入与输出电压之间的定量关系。为了抑制输出电压脉动,提出一种基于的输入电压前馈的虚拟功率控制方法,并且选取虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制与之对比。在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对理论分析和抑制算法进行实验验证。实验结果表明:在输入电压脉动情况下,输入与输出电压之间的定量关系描述正确,并且传统电压闭环对输出脉动的影响很小,与虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制相比,所提出的输入电压前馈的虚拟功率控制方法能更加有效地抑制输出电压脉动,并且在输入电压突变和负载突变时也具有最优的动态性能。

基于零矢量的BLDCM DTC换相转矩脉动抑制方法

无刷直流电机直接转矩控制由于反电势非正弦以及两相导通模式,产生较大的换相转矩脉动.本文提出一种优化的无刷直流电机直接转矩控制电压矢量选择表,有效降低了换相转矩脉动幅值.通过数学推导对新定义的不同零电压矢量在换相过程所产生的换相转矩脉动进行对比分析.结果显示,通过上管和下管零矢量的组合使用,换相转矩脉动可以得到有效抑制.仿真及实验结果验证了理论分析的正确性.

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

基于改进型MPC策略的BLDCM转矩脉动抑制

针对无刷直流电机在运行过程中产生的换相转矩脉动,提出了一种基于改进型模型预测控制的控制策略。首先对无刷直流电机换相转矩脉动产生的具体原因进行分析,通过对电机位置传感器信号的检测来确定换相的起始时刻,然后利用推导得出的模型预测方程得到非换相相电流和电磁转矩下一时刻的预测值,并在代价函数中最小化上述两个参数预测值的误差平方以此来决定开关管的最佳开关状态,进而使非换相相电流不发生波动,以此来降低转矩脉动。通过仿真和实验得到:当电机负载转矩为1.5 N·m,以3000 r/min高速运行时,转矩脉动率降低约33%;当电机在400 r/min低速运行时,负载转矩为1.5 N·m,转矩脉动率降低了约23%。该控制策略在全速阶段都能够有效抑制电机运行过程中产生的换相转矩脉动。

送端交流不对称故障下LCC-MMC-HVDC穿越控制策略研究

混合直流输电系统将LCC-HVDC和VSC-HVDC进行优势互补,其发展面临的一个问题是:当送端交流系统发生不对称故障时,LCC-MMC混合直流输电系统将面临输送功率跌落甚至中断和直流侧二倍频波动的问题。首先阐述了LCC-MMC-HVDC的拓扑结构、数学模型和基本控制策略,在分析系统在送端交流不对称故障情况下暂态特性的基础上,提出集功率续传和二倍频波动抑制为一体的穿越控制策略:基于主动降压控制的功率续传策略通过改变逆变侧MMC运行点减小输送功率跌落幅度;三次谐波注入法增大了逆变侧直流电压的可调节范围;直流电压波动抑制策略中,逆变侧直流电压作为唯一控制变量,有效降低送端交流系统负序分量对系统逆变器及受端系统造成的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型,算例仿真结果验证了所提出穿越控制策略的有效性。

基于模型预测的VSC-MTDC协调控制策略

多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统主要应用于新能源发电并网和远距离输电。新能源发电具有波动性和不确定性,在使用传统下垂控制策略时,电压源型换流器(VSC)会因功率分配不均而过载、因直流电压偏差过大造成保护误动作、因通信延时而振荡,因此文中提出一种基于模型预测控制(MPC)的协调控制策略。该策略根据系统状态进行参数寻优,发送VSC功率基准,消除了下垂系数、线路电阻和系统拓扑对功率分配的影响,MPC的鲁棒性也提高了系统在通信延时情况下的稳定性。在Simulink中搭建四端VSC-MTDC模型,并设置不同的运行条件进行时域仿真,仿真结果表明该控制策略能够在系统发生扰动的情况下快速调节换流站功率,控制直流电压,并在通信延时发生时保证系统稳定性,从而提高电力系统对新能源发电波动性和不确定性的适应能力。

基于晶闸管的模块化组合式直流泄能装置及其协调控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高压直流输电技术(high voltage direct current,HVDC)受端交流系统故障引起的直流过电压问题,文中提出一种基于晶闸管的模块化组合式直流泄能装置拓扑及协调控制方法。该直流泄能拓扑包括模块化分布式泄能部分、限流电抗器和集中式泄能电阻3部分,对子模块工作模式进行设计,提出可避免直流泄能装置反复投切的弹性调节泄能的协调控制策略,推导直流泄能装置功率控制及其内部电气耦合关系,给出泄能装置元件参数的设计方法。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建MMC-HVDC及所提出的直流泄能装置模型,研究单相和三相接地故障下直流泄能装置的特性及直流过电压抑制效果。结果表明,所提直流泄能装置在协调控制策略下能够分阶段弹性调节泄能功率,有效抑制直流过电压,并有利于故障后的快速恢复。

交流系统故障时MMC-HVDC系统的控制策略

交流系统故障时,基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的控制策略研究具有很重要的工程意义。为了解决传统的串级PI控制策略存在的PI调节器数量多、控制参数调试困难、系统的稳定工作区域小等缺点,设计了新的控制策略。文章分析了交流系统故障时MMC的特性,设计了基于反馈线性化原理的正负序双电流控制策略,该控制策略在交流电网正常及故障状态下均具有良好的控制性能。进一步分析了在负序电流得到抑制的情况下,直流侧电压和电流产生二倍频波动的原因,并且设计了直流电压纹波抑制器(direct current voltage ripple suppressing controller,DCVRSC)。通过仿真软件PSCAD/EMTDC验证了文章设计的控制策略的正确性。结果显示,与传统的串级PI控制策略相比,本文设计的控制策略的参数调试简单,系统的稳定性高,直流电压的波动得到有效抑制。

一种双向隔离DC-DC变换器二次纹波电压抑制方法

针对双向隔离DC-DC变换器二次纹波电压抑制问题,提出一种基于该变换器大信号数学模型的反馈线性化二次纹波扰动前馈的移相控制方法。该方法以双向隔离DC-DC变换器大信号状态空间平均方程数学模型为基础,采用反馈线性化方法结合输出扰动量前馈移相控制,将非线性控制转换为线性控制,实现耦合控制变量的解耦,并推导出该方法下的控制规则。对控制规则进行详细推导,并根据控制规则设计基于可编程逻辑器件的控制核心。最后,通过小功率单相三电平二极管钳位AC-DC-DC变换器实验系统,验证了所提控制方法比传统PI控制和电压前馈控制具有更好的二次纹波电压抑制能力。

一种适用于航空DC/DC变换器短路限流的控制策略

针对航空变换器在负载短路时需要输出3倍额定电流的要求,提出了一种适用于航空DC/DC变换器短路限流的控制策略。在传统电压-电流双环控制DC/DC变换器的基础上,引入输出电压前馈控制,即将输出电压作为前馈信号,与电流控制器的输出信号相加共同作为调制信号与三角载波交截。通过合理设计前馈系数,保证电流控制器的输出电压在负载短路前后基本保持不变,旁路了PI补偿网络的延时影响,使得短路瞬间占空比即时修正,有效抑制了短路瞬间的电流冲击。小信号建模分析表明,输出电压前馈的引入基本不会影响原双环控制系统的稳态和动态性能。仿真和实验均验证了该控制策略的有效性。

基于复合控制的MMC-HVDC变流器环流抑制方法

为了有效抑制高压直流输电系统中多电平变流器桥臂环流和减少系统功率损耗,提出了一种基于复合控制的MMC-HVDC环流抑制方法。该方法利用PI控制动态响应快和重复控制能有效抑制周期次环流谐波的特性,基于内模原理构造了一个重复控制器,将PI控制器与重复控制器并联,构成MMC-HVDC复合环流控制器。利用MATLAB搭建仿真平台,仿真验证了所提出的环流抑制方法的可行性,结果表明所提出的环流控制方法相比传统PI环流控制方法具有更好的环流抑制效果。

基于电流预测控制的BLDCM换相转矩脉动抑制方法

现有无刷直流电动机换相转矩脉动抑制方法普遍存在模型复杂、过分依赖于电机本体参数导致计算困难的问题。从两相导通无刷直流电动机换相转矩脉动产生的根源出发,提出一种基于电流预测控制的无刷直流电动机直接转矩控制系统换相转矩脉动抑制方法。换相期间采用关断相和导通相脉宽调制控制策略抑制低速、高速范围的换相转矩脉动,换相计算需要的期望转矩由转矩控制环输出,通过转矩电流关系得出非换相相预测电流值。相比传统方法,该方法在电流预测过程中不需要经过复杂的公式变换,不依赖于难以测量的电感等电机本体参数,不需要进行估算,预测过程更为简单、高效,预测结果更为准确。仿真实验验证了该方法的有效性。

一种新型直流微电网DC-APF控制策略

针对直流母线电压存在的纹波分量会对整个直流微电网供电电能质量以及设备运行安全性造成影响的情况,提出了一种新型直流有源滤波器(DC active power filter,DC-APF)控制策略,抑制直流母线电压纹波。在分析DC-APF的多种模态工作基础上,对纹波检测和抑制方案进行了设计优化;提出了基于小波变换Mallat算法的直流母线电压纹波检测法;在传统PI与模糊PI控制的基础上,提出了改进的模糊自适应PI控制,实现对补偿电流的跟踪控制方法;在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建了含DC-APF的直流微电网系统模型。仿真结果表明,与传统的DC-APF控制策略相比,新型DC-APF控制方法可以实现对直流母线电压纹波的快速检测,具有良好的纹波补偿抑制效果。所提策略可提升DC-APF对纹波的检测性能和抑制效果,为直流微电网纹波检测与抑制提供新的思路。