基于PCHD模型的MMC-APF无源控制策略

由于无源滤波器只能消除特定次谐波,传统有源电力滤波器耐压水平较低,使其只能应用在低压配电网,同时由于电平数较少导致补偿精度受限。文中选择基于(Modular Multilevel Converter,MMC)的有源电力滤波器为研究对象,同时利用MMC-APF的无源性提出一种基于端口受控耗散哈密顿(Port-controlled Hamiltonian with Dissipation,PCHD)模型的非线性无源控制策略(Passivity-Based Control,PBC)。通过MMC-APF系统的数学模型推导出基于PCHD的无源模型;利用互联法和阻尼分配法设计了相应的无源控制器;通过子摸块电容、环流控制、无源控制得到系统调制信号。仿真结果表明,设计的基于PCHD模型的PBC策略能够将系统控制在较低的谐波标准下,相较于传统PI控制策略具有更好的谐波补偿性能和更快的响应速度。

不平衡电网下MMC的PCHD模型无源滑模控制策略

电网电压不平衡时,以模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)作为换流装置的直流输配电系统会出现交流电流不对称、有功无功二次脉动等问题。为此,提出一种基于端口受控耗散哈密顿(port-controlled hamiltonian with dissipation,PCHD)模型的无源控制(passivity-based control,PBC)和滑模控制(sliding-mode control,SMC)的混合控制策略,设计出了PCHD模型下MMC控制系统的无源滑模变结构控制器规律,并通过仿真验证了所提方法较PI控制、无源控制等方法具有更加良好的控制效果。

基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制

基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。

PCHD模型的TNPC-UPQC无源混合控制

为改进UPQC的控制性能,建立并分析了TNPC-UPQC的端口受控哈密顿(PCHD)数学模型,利用该模型和UPQC的无源性,采用基于互联和阻尼配置无源控制(IDA-PBC)方法,设计了无源混合控制器,对UPQC进行控制.利用本文提出的无源混合控制器,可有效补偿负载电压和电网电流,使负载电压或电网电流为近似正弦波.在MATLAB/simulink仿真平台上搭建TNPC-UPQC无源混合控制器的仿真模型,对TNPC-UPQC的谐波补偿性能进行了仿真实验研究.仿真结果表明本文提出的无源混合控制策略是可行的.

电网不平衡电压下基于PCHD模型的MMC-HVDC无源控制策略

文中针对模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电(High-voltage direct current)系统的变流站级控制,提出一种电网不平衡电压下基于端口受控耗散哈密尔顿(Port-controlled Hamiltonian with Dissipation,PCHD)模型的无源策略(Passivity-based Control,PBC)。文中针对系统的数学模型,通过功率表达式,得出三种控制目标,针对每种控制目标得出相应的电流参考量;通过基于PCHD模型的无源控制理论,推导出系统能量函数和相应的无源控制器;针对三相不平衡电网中产生的负序分量的情况,文中系统加入正负序分离思想,进一步提高了系统的控制精度;通过Matlab/Simulink仿真平台,搭建了不平衡电网电压下的MMC-HVDC系统,并在三种控制目标下验证了所提控制策略的有效性和优越性。

基于PCHD模型的二次型Boost变换器无源混合控制

为了提高二次型Boost变换器的性能,根据二次型Boost变换器的拓扑结构,建立了基于端口受控耗散哈密顿(port controlled hamiltonian with dissipation,PCHD)模型,提出了无源控制和PI控制相结合的无源混合控制策略。基于PCHD模型,采用互联和阻尼配置方法,设计了无源电流控制器;为了消除系统稳态误差,设计了电压外环PI控制器以提供无源电流控制器期望电流给定。仿真结果表明,无源混合控制的二次型Boost变换器有良好的静态和动态性能,所提的控制策略是可行的。

电容中点式三相四线制SAPF基于PCHD模型的无源控制策略

针对三相三线制并联型有源滤波器（SAPF）在电网不平衡时需对正、负、零序分量进行分别控制等缺点,选择电容中点式三相四线制SAPF为研究对象,同时利用其无源性提出一种基于端口受控耗散哈密顿（PCHD）模型的非线性无源控制策略。首先,根据被控对象在dq0坐标系下的数学模型得到其PCHD数学模型;然后,采用互联和阻尼分配（IDA）法设计了SAPF的无源控制器;最后,根据直流侧的总电压和差压对补偿电流有所影响,设计了基于PI控制的SAPF外环电压控制器。仿真及实验结果表明,所设计的基于PCHD模型的电容中点式三相四线制SAPF能够实现电网平衡/不平衡情况下的电流低谐波、直流侧电压稳定及中点电压平衡;同时,与传统的双环PI控制策略相比,具有较好的补偿效果和响应速度。

柔性直流输电系统含有积分稳定环节的无源控制系统设计

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统具有非线性、强耦合、多输入等特点,其控制系统往往难以在消除稳态误差的同时,依然保持全局渐近稳定。基于VSC-HVDC输电系统的端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型,提出了一类具有积分稳定环节的互联和阻尼配置的无源(IDAPB)控制方案的设计方法,并依据控制原理给出了3种具有典型性的控制方案及其控制参数的取值范围。对于其中性能最优的指数稳定型IDA-PB控制方案,利用积分稳定性定理,在其控制器中加入积分稳定环节,使得系统在受到大干扰或是系统参数无法精确预知时,具有良好的稳态、暂态特性的同时,依然保持全局渐近稳定。控制系统的设计过程中,无需求解偏微分方程,大大简化了计算量。PSCAD/EMTDC环境下的仿真表明,与传统比例—积分(PI)控制相比,IDA-PB控制策略能显著提高系统稳态、暂态性能,响应速度快、跟踪精度高,且对参数变化不敏感,有优良的鲁棒性及全局稳定性。

基于PCH理论的无速度传感器电机调速控制

从能量角度入手,利用能量成型理论实现对交流异步电机的高性能控制,端口受控哈密顿控制理论就是其中的一种,其在电机控制中的应用可以取代传统矢量控制的思想。先建立其交流异步电机的耗散哈密顿数学模型,再以端口受控哈密顿控制理论实现电机调速控制。为了转速反馈的准确性,加入了转速估算环节,充分利用被控系统已有的结构,直接比较给定的电磁转矩和估算的电磁转矩,运用PI闭环控制构造出转速信号。在Simulink中搭建仿真模型进行实验,仿真结果表明,此控制方法对交流异步电机速度控制具有较好的静、动态性能和鲁棒性。

VSC-HVDC型并网风电场的无源控制研究

对于采用柔性直流输电(VSC-HVDC)并网的风电场系统,基于其换流器在d-q旋转坐标系下数学模型,建立换流器的端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型,采用互联与阻尼配置(IDA-PB)的控制理论,利用注入新的阻尼矩阵的作用,设计换流器的IDA-PB控制器。最后在不同的运行条件下,通过MATLAB/SIMULIK软件对所设计的控制器进行仿真验证,结果表明其具有较强的鲁棒性和良好的动、静态性能。

无需解偏微分方程的PWM整流器IDA-PB控制

根据端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统模型方程,建立了PWM整流器在同步旋转dq坐标系中的PCHD数学模型。采用IDA-PB控制思想,利用注入新的阻尼耗散项的作用及系统功率守恒原理,无需求解偏微分方程就可推导出PWM整流器的IDA-PB控制规律。同时证明了PWM整流器的稳定性。根据所设计的控制规律对系统进行仿真和实验,实验结果表明采用注入阻尼耗散项的IDA-PB控制方法,系统具有良好的动、静态性能以及较强的鲁棒性。

基于哈密顿理论的电压型PWM整流器无源控制

为了提高电压型PWM整流器的性能,提出了基于哈密顿理论的无源控制策略。根据电压型PWM整流器主电路拓扑结构,建立了端口受控的耗散哈密顿(PCHD)系统模型。基于PCHD模型,采用能量成型的方法,设计了PWM整流器无源控制器。该控制器能够使整流器能量函数最小值稳定在期望的平衡点,从而提高了整流器的稳态性能和抗负载扰动能力。仿真结果表明该控制策略的可行性。

基于受控耗散Hamiltonian系统模型的光伏准Z源T型三电平并网逆变器控制策略

基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的无源控制策略无需对受控对象进行线性化处理,它从能量成型与注入阻尼方面讨论受控对象的稳定性,简化了控制系统的结构。首先,利用状态空间法推导出准Z源T型三电平逆变器数学模型;其次,结合无源PCHD模型的控制规律选取能量函数与注入阻尼,并进行控制系统的设计。该控制策略不但使系统具有优良的动、静特性,且逆变器输出电流谐波低、经济性高;最后,仿真和硬件实验验证了基于PCHD模型的无源控制策略的正确性和有效性。

基于变阻尼调节器与负载观测器的永磁同步电机无源控制

为了改善永磁同步电机(PMSM)系统的收敛性能,减小系统在负载变化情况下的超调量,研究分析了PMSM的阻尼配置以及负载观测问题,设计了一款转矩观测器以及变阻尼调节器。依据PCHD模型结构原理,推出了PMSM系统的PCHD数学模型。采用无源控制的互联和阻尼配置方法,推出了基于PCHD的PMSM控制系统反馈镇定。为了促使系统加速收敛,利用转矩观测器以及变阻尼调节器,推导出定子电压静态平衡点,使得转速能快速的跟踪给定。仿真验证了基于PCHD模型的PMSM无源性控制策略的变阻尼调节器以及负载转矩观测器具有较好的速度和转矩跟踪性能。

基于端口受控耗散哈密顿系统模型的模块化多电平变换器无源反步环流抑制方法

模块化多电平变换器(MMC)应用于大功率可再生能源发电并网时,由于存在可再生能源的随机性波动、系统参数摄动和本身的非线性特性,采用传统矢量控制方法实现MMC环流抑制难以确保系统全局稳定运行和强鲁棒性能。针对这一问题,提出基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的MMC无源反步环流抑制方法。在构建基于PCHD模型的MMC全局能量函数基础上,设计无源性控制器,通过能量函数整形,修正闭环系统的能量耗散和能量流动方式,使系统能量在期望平衡点取最小值,以实现系统全局渐进稳定。结合反步控制方法,消除不确定扰动与MMC系统参数摄动引起的跟踪误差,从而实现系统内、外扰动情形下环流二倍频分量的快速平抑。基于Matlab/Simulink的仿真结果与基于dSPACE的实验结果表明:所提无源反步环流抑制方法具有形式简单、无奇异点、暂态性能好的特点,同时能够确保系统全局稳定与强鲁棒性。

基于MMC-PET的永磁同步电机无源性控制驱动系统研究

为了改善传统的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)不适用于高电压、大功率电力系统的不足,提出将模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)应用于PET的输入级,以提高PET的电压和功率等级;输出级由三相全桥逆变器组成,且在输出级连接永磁同步电机,并提出基于(port controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)模型的无源性控制(passivity-based control,PBC)策略,可进一步应用于列车牵引、风力发电等系统。最后在仿真实验平台进行了电机空载运行、恒速运行、变速运行和负载转矩突变4种不同工况情况的实验分析,结果表明所提控制策略具有鲁棒性强和动态性能好等特点。

三电平UPQC的变阻尼无源混合控制策略

为改善统一电能质量调节器(Unified power quality conditioner,UPQC)的谐波补偿性能,基于UPQC的端口受控的耗散哈密顿(Port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)数学模型,利用该模型和UPQC的无源性,设计变阻尼无源控制器,电流内环采用变阻尼无源控制,电压外环采用变积分系数的非线性自抗扰-PI(Active disturbance rejection-proportional integral,ADR-PI)控制。与传统的PI恒阻尼无源控制策略相比,采用的变阻尼无源混合控制策略补偿后的负载电压和电网电流总谐波畸变率更低。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了TNPC-UPQC的变阻尼无源混合控制系统的仿真模型,对UPQC的谐波补偿性能进行了仿真研究。仿真结果表明,采用的变阻尼无源混合控制策略是可行的。

直流能馈型交流PEL的仿真研究

针对逆变电源的带载测试,研究了一种直流能馈型交流电力电子负载(Power Electronic Load,PEL)。该PEL由PWM整流器和移相全桥电路级联组成。首先介绍直流能馈PEL的拓扑结构,接着对负载模拟部分进行建模,在此基础上,建立PCHD模型,通过IDA-PBC控制规律设计无源控制器,能量回馈单元采用双环PI控制,最后搭建PEL的仿真模型,在仿真中验证其性能,该PEL的负载模拟具有稳态误差小、响应速度快、THD小的特性,回馈的电能直接用于逆变电源,能量利用率高。