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APF自适应模糊无源控制研究

为改进有源电力滤波器APF的电网电流补偿效果,基于APF的端口受控哈密顿(PCHD)数学模型,采用互联和阻尼配置无源控制(IDA-PBC)方法,设计了通过模糊控制实现注入阻尼在线调整的无源混合控制器。同时,为提高APF的直流侧电压控制能力,采用自适应模糊PI控制器,实现比例系数与积分系数的在线调整。利用所提出的控制器,可有效补偿电网电流,抑制负载电流谐波,使电网电流为近似正弦波;同时,获得更好的直流电压动静态性能。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建APF自适应模糊无源混合控制器的仿真模型,对APF的谐波补偿性能进行了仿真实验研究。仿真结果表明所提出的自适应模糊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。

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。

UPFC多通道高速控制系统关键技术研究

为了满足UPFC实际工程中高速、稳定的控制要求,基于自研的多通道总线技术控保平台,构造了UPFC在dq0坐标系下端口受控的耗散哈密顿(PCHD)模型,得到误差能量函数。从最本质的能量角度出发,采用注入虚拟阻尼的方法设计了UPFC的电流内环控制器,加快了误差能量的耗散,确保系统的稳定性。功率外环采用PI控制提供内环所需期望电流,提高了系统抗扰能力,实现了对有功和无功的解耦控制。最后结合工程案例,搭建了二十七电平UPFC的RTDS实验,验证了能量平衡控制的可行性和有效性。

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。