混合级联直流输电系统整流/逆变不同控制回路动态交互作用与稳定性研究

为了研究混合级联直流输电系统整流侧和逆变侧各换流器控制系统间的交互作用,文中首先建立混合级联直流输电系统的状态空间模型,并推导得到系统的多输入多输出传递函数模型。然后针对不同的研究目标,根据单通道分析设计理论建立等效单输入单输出反馈控制模型;在此基础上,分离出不同控制回路的耦合控制通道,定量评估系统强度、逆变侧交流联络线与控制参数等对控制回路间交互作用的影响。理论分析表明,当整流侧或逆变侧交流系统强度降低时,两侧控制回路间交互作用增强;当交流联络线长度缩短时,逆变侧电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平变换器(multilevel modular converter,MMC)控制回路间的动态交互增强,各控制环节参数之间存在相互制约关系。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,验证所建立单输入单输出反馈控制模型及上述理论分析结果的正确性。

电流截止负反馈无刷直流电动机可逆调速系统

提出了一种无刷直流电动机(BLDCM)速度负反馈和电流截止负反馈控制相结合的控制方法。介绍了工作原理,给出了PWM电流截止负反馈控制可逆调速系统应用实例电路和试验结果。分析表明:该方法实现电机的最大功率限幅控制,使开关器件电流上限实现极限利用,大大提高了调速系统功率电路的可靠性。

三相单位功率因数整流器的电流控制方法研究

在三相单位功率因数整流器中 ,实际电流能否跟踪参考电流将影响整个系统的控制性能。文章提出了一种适合数字化控制的电流控制方法 ,以李雅普诺夫直接法为基础 ,引入了反馈增益 ,用来抑制系统参数变化的影响 ,并比较了变反馈增益和定反馈增益的效果。仿真结果表明了该方法将有效地克服系统参数变化对控制性能的不利影响。

基于定量反馈理论的电压源换流器高压直流输电系统鲁棒控制器

PI控制是基于电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制器的主流,但面对系统的不确定性时,PI控制器表现出较弱的运行性能。针对这一问题,在传统矢量控制策略的基础上,结合定量反馈理论,提出了一种新的鲁棒控制策略。该策略在设计中可以考虑相位信息,直观地权衡控制器复杂性与性能指标,设计方法简单,易于工程人员现场调节和操作。在不同的运行条件下,用PSCAD软件对控制系统进行了仿真,并与PI控制器下的系统性能进行对比。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性和动态性。

永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究

永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。

电机式低压智能微型断路器控制系统设计

针对目前低压微型断路器不能远程分合闸的问题,设计了一种电机式智能微型断路器控制系统。介绍了设计该控制系统的必要性,提出了控制系统的整体设计方案和设计原理,对控制系统低功耗MCU设计、低功耗电源设计、状态反馈电路设计等关键技术进行了研究和实现,对系统的控制流程、状态检测及反馈流程进行了简要说明。功能验证试验表明,该智能微型断路器控制系统完全符合国内相关标准要求,能实现完整的分合闸控制和状态反馈功能,具有很强的应用价值和推广价值。

15kV高压直流电源的研制

传统高压直流电源主要采用工频调压器手动机械式调压方法来进行调压,具有误差大,效率低,实现不方便等缺点,为此研制了一台以DSP为控制核心的数字化高压直流电源装置。以直流输出电压和逆变交流电压作为电压反馈量,设计了直流电压外环和交流电压内环的双闭环控制器,以实现对直流输出电压的实时跟踪控制。实验结果表明,该装置可准确、方便快捷地在1.5～15 kV范围内调节直流输出电压,从而进一步验证了控制策略的正确性。

新型无刷直流电机速度闭环控制技术

针对无刷直流电机采用三相位置信号作为速度反馈造成控制精度较低的问题,提出了一种新的速度闭环控制方法.采用Buck全桥电路结构,通过控制Buck电路的输出电压,结合电机相电流正反馈补偿,实现了电机速度的闭环控制.分析了Buck电路输出电压换相脉动的原因,引入电流预测控制来预测电机换相时所需的电流,以此调整相应的给定电流来减少电压脉动.实验结果表明,采用该电压负反馈、电流正反馈方法能够有效实现电机的速度闭环控制,通过相电流预测法可以很好地消除换相期间输出电压的脉动.

一种永磁同步电机电流直接反馈矢量控制

为了避免经典矢量控制的复杂坐标变换,提出一种通过电流直接反馈而消去Clarke坐标变换的简化矢量控制方法,并在永磁同步电机(PMSM)的控制中进行研究。搭建简化的基于电机定子电流直接反馈的矢量模型(M2)和基于转子磁场定向电流直接反馈的矢量控制系统(M3)。通过仿真与经典矢量控制系统(M1)进行对比分析研究,仿真结果表明:M2和M3均具有经典模型M1的特性,而且M2在启动、变负载、变转速情况下均具有最快的响应速度,因而适合于对响应速度有严格要求的场合;M3的响应速度较慢,但其转速、转矩的动态超调最小,稳态性能也较好。综合以上分析可知,改进的电流直接反馈矢量控制较经典模型不仅略去了Clarke坐标变换,而且其速度和转矩响应均有所改善,使系统性能得到提高。

超级电容器在光伏并网系统功率控制中的应用

并网光伏发电系统输出功率的波动性和随机性给并网后系统稳定性、光伏发电消纳以及光伏电站电能质量等方面带来了负面影响,制约了光伏发电的发展。针对这一问题,将超级电容器作为功率调节装置,控制光伏并网系统按指定值平滑、准确地输出功率,使光伏发电具有可调度性。在分析了超级电容特性、系统构成和双向DC/DC变换器状态空间平均小信号模型的基础上,提出功率、电流双闭环反馈滞环电流控制策略,控制超级电容器吸收或补充输出功率的波动成分。在PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件中构建仿真模型,对提出的系统和控制策略进行了仿真分析,良好的仿真结果验证了方法的可行性。

混合多端直流输电系统附加控制器设计

针对包含混合多端直流的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出一种基于射影控制原理的控制器降阶设计方法。搭建混合三端直流输电系统,确定控制策略,利用总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统开环模型。得出系统状态反馈增益矩阵,保留闭环系统主导特征值,基于射影控制原理设计低阶输出反馈控制器,并基于线性矩阵不等式设计H_2/H_∞阻尼控制器进行比较。测试系统的特征值分析和时域仿真结果表明:射影控制器不仅阶数低,而且具有更好的阻尼特性和鲁棒性。

任意偏置点的电光调制器自动偏置控制方法

为了实现对双电极马赫-曾德尔电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制,采用在闭环控制基础上,引入一个可调移相器使不同直流偏置点处误差信号相同的方法,理论分析了可调移相器相移量与直流偏置相位的关系,仿真得到对于不同偏置点,当调制器直流偏置相位漂移达-0.15rad～0.08rad,移相器引入附加相位漂移-0.55rad～0.55rad时,经偏置控制后相位漂移被限制在-3.0×10-4rad～1.7×10-4rad范围内。结果表明,该方法有效实现了对电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制。

海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发

基于可关断电力电子器件和PWM技术,结合海上风电场长距离直流输电的特点,对海上风电柔性直流输电变流器进行了分析和研究。根据变流器主电路拓扑结构建立了系统在三相静止abc坐标系和两相旋转d-q坐标系下的数学模型;变流器控制系统采用双闭环控制,选取前馈解耦控制策略对电流内环的有功、无功电流进行解耦;同时引入电流状态反馈和网侧电压前馈补偿,提高了系统的动态性能和抗干扰能力;系统采用五段式空间矢量PWM调制方法,有效地降低了开关频率,减少开关损耗。仿真结果证明,该变流器适用于海上风电场柔性直流输电系统。

离散化状态反馈解耦控制的三相电流源型PWM整流器控制策略

三相电流源型PWM整流器(Current Source Rectifier,CSR)是一种多变量、强耦合的非线性对象,这种复杂对象的控制较为困难。三相CSR通常都采用双级环路控制结构的直接电流控制方式,但常用的直接电流控制方式都存在一些问题,本文提出采用离散化状态反馈解耦控制器对该对象进行控制,可以解决其控制问题。文中分析了三相CSR数学模型及直接电流控制原理,讨论了离散化状态反馈解耦控制方法,搭建了这种控制方法的仿真模型,仿真结果说明了本文所提方法的优势,其控制效果要好于传统的PID控制方法。

高压直流输电系统换流站鲁棒自适应输出反馈控制

针对高压直流输电系统,设计了一种鲁棒自适应输出反馈控制器。首先,将高压直流输电系统换流站动态模型转换成用输入-输出表示的非线性系统。然后,利用自适应非线性阻尼项来抑制系统的非线性动态不确定性和未知有界扰动,应用Lyapunov稳定性理论构造出控制器和自适应参数的表达式。Iyapunov稳定性分析结果表明,文中所提出的控制器保证了闭环系统的稳定性。最后,将设计的控制器应用到一个3机直流输电系统中,仿真结果表明,与传统的PI控制器相比较,文中控制器可大大提高系统的稳定性和鲁棒性。

用于生物阻抗测量的双反馈电流源研究

针对生物阻抗测量中电流源在较高频率时,恒流特性较差的问题,以及对其消除直流信号能力的要求,设计了双反馈电流源方案,基于第二代电流传输器(CC II)原理设计的电压控制电流源,通过增加直流反馈单元和输入缓冲,获得了良好的输出阻抗和抗直流特性,并通过使用直接数字合成(DDS)和乘法解调技术,实现了电流幅值的闭环控制,进一步提高了电流源的恒流特性。

大功率电机直接起动的逆变器控制模式切换策略

在冲击性负荷下(如短路故障)要保证逆变器可靠地运行,采用两种控制模式:正常情况下,逆变器输出恒定电压,工作于电压控制模式;异常情况下(如短路、冲击性负载),逆变器输出电流恒定,工作于电流控制模式。两种控制模式的切换成为逆变器可靠运行的关键技术之一。常用的切换策略:故障的负载电流值大于电流阈值和故障消除的负载电压恢复到额定电压进行模式切换。但是,为解决冲击性负载下可靠地保护,希望进入电流控制模式的电流阈值较低,而在特定的负载下安全地直接起动大容量电机(电机的起动电流一般是额定电流的几倍甚至上十倍),则希望电流阈值较高。针对二者矛盾,文中利用大功率电机起动与故障工况的差异,再引入电压阈值作为判断条件解决了电机起动误入电流控制模式的问题,两台400kV.A、50Hz的样机实验验证了该策略的有效性。

一种直流调速系统带宽参数化反馈控制

该文根据直流电机电枢回路组成和转矩控制规律,建立了直流调速系统模型框图和传递函数,并通过定义系统模型传递函数的增益尺度和频域尺度,设计一种具有前馈部分的比例-微分(PD)反馈控制器,同时利用闭环系统带宽参数化PD控制器增益。使用Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明,基于带宽参数化的控制器设计简单直观且调节方便,带宽越大,系统响应速度越快,抑制外扰效果越好。

一种新型磁链估算模型的直接转矩控制全速范围调速

提出了一种基于电流反馈观测器的磁链估算算法，不用进行高低速磁链切换，可抑制电机参数变化的影响，使得异步电机直接转矩控制可在全速范围内调速，仿真结果证明，此算法是有效的，具有工程实用价值。

一种数字式高精度直流电机调速系统的研究

分析了80C196KC单片机的功能特点并将其应用于直流电机调速系统中。从数字式直流调速系统的数学模型出发,选定电流、转速双闭环的数字PI控制方案,可实现直流电机的高精度调速。系统具有速度预置、速度实时显示等功能。