MPPT Design Using PSO Technique for Photovoltaic System Control Comparing to Fuzzy Logic and P&O Controllers

The Maximum Power Point Tracker (MPPT) is the optimum operating point of a photovoltaic module. It plays a very important role to obtain the maximum power of a solar panel as it allows an optimal use of a photovoltaic system, regardless of irradiation and temperature variations. In this research, we present a novel technique to improve the control’s performances optimization of the system consisting of a photovoltaic panel, a buck converter and a load. Simulations of different parts of the system are developed under Matlab/Simulink, thus allowing a comparison between the performances of the three studied controllers: “Fuzzy TS”, “P&O” and “PSO”. The three algorithms of MPPT associated with these techniques are tested in different meteorological conditions. The obtained results, in different operating conditions, reveal a clear improvement of controlling performances of MPPT of a photovoltaic system when the PSO tracking technique is used.

面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略

针对工程机械在复杂工况下能源利用率不高的问题,提出了一种液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略。首先,在装载机功率与力学平衡的基础上,构造了基于牵引性能理论的装载机动力传动系统仿真平台,并通过装载机循环工况采集到的实验数据验证了其有效性和可靠性;其次,基于发动机与液力变矩器台架实验,研究了ZL50型装载机的牵引特性,对比了其在起步、举升、铲掘、匀速4种不同牵引阶段的动力性能,分析了液力变矩器的闭锁点对装载机动力性、平顺性和经济性的影响;最后,提出了面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略,并对优化前后的装载机效能进行了对比分析。研究结果表明:在相同的V型循环工况下,采用所提出的控制策略,装载机等油耗输出能量从372.69 kW·h·mL^(-1)提高到420.51 kW·h·mL^(-1),整机效能提高了约12.8%。所提策略可为大型工程机械传动效率低、燃料消耗大、污染排放严重等问题提供解决方案。

基于MMC的分布式储能系统及其快速SOC均衡控制策略

提高基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分布式储能系统(distributed energy storage systems,DESS)的能量利用率,解决储能子模块(energy sub-module,ESM)荷电状态(state of charge,SOC)均衡问题至关重要。针对现有的SOC均衡控制策略的不足,提出内外分层的快速SOC均衡控制策略。外层针对桥臂间或相间的SOC差异,通过改进MMC模型预测控制(model predictive predictive control,MPC),配合自适应均衡系数,快速调整功率差额。内层引入自适应虚拟电阻法,根据ESM的SOC情况确定主导ESM,自适应调节各单元的虚拟电阻,产生相应的电压梯度,结合MMC排序算法使ESM按照各自SOC进行功率分配,从而实现ESM的SOC快速均衡,提高DESS能量利用率。通过在Matlab/Simulink构建仿真模型,证明了所提控制策略的有效性和可行性。

基于可编程序控制器和变频器的多段速控制系统

基于可编程序控制器和变频器设计了一套多段速控制系统。在分析多段速控制系统控制要求的基础上,进行可编程序控制器与变频器的硬件接线,分配可编程序控制器的输入输出地址,配置变频器的参数。设计多段速控制系统的时序图和顺序功能图,采用定时器指令为主体编写梯形图。通过调试确认,所设计的多段速控制系统能够满足控制要求,运行稳定可靠。

船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制

船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压非理想的相位差而诱发电流冲击,进而导致岸电与船电电源切换失败。因此,该文首先提出船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制策略,其实施于锁相环确定的船电两相同步旋转坐标系中,可在无预同步的前提下完成岸电变流器无冲击自整步并入船电系统,同时通过幅频电压-矢量电流级联闭环完成对船舶岸电变流器输出电压幅值和频率的有效调控。然后,建立构网型电流矢量控制数学模型,并基于此分析控制带宽对控制系统相位稳定裕度、电压跟踪能力以及对负载电流的抗扰能力。最后,通过Satrsim MT 8020硬件在环测试,验证了所提构网型电流矢量控制策略的有效性。

船舶动力推进系统加速性能控制方法改进

针对船舶动力推进系统加速性能控制方法实施改进优化。首先,设计船舶动力推进系统加速性能控制模型,通过推进电机推力控制与桨距的调节共同实现推进系统的加速性能控制。船舶集控室将加速命令传输至VDF中央处理单元后,推进变频器内的PLC软件获取获取控制命令,利用模糊控制器控制加速电机转速。针对控制偏差问题,采用遗传算法改进模糊控制器,通过准确控制电机产生的推力实现加速性能控制;VDF中央处理单元获取控制信息后,将螺距控制信息传输至CPP处理单元,由此实现对螺距的控制。实验结果显示,该方法能够有效实现研究对象的加速性能控制,控制响应时间在1 s内,且在联控模式控制过程具有较强的抗干扰性。

电力汽车储能系统控制技术研究

本文基于电力汽车混合储能系统,结合其控制技术予以深入分析,根据其不同特性开展此次设计分析,储能系统硬件设计中主要涉及CAN通信电路设计等;此次设计中的复合储能系统内主控制芯片选择型号为DSPTMS320F2812的芯片,在软件设计中包含超级电容电压采集程序设计等多个环节。实验测试发现,在各种模式开展放电试验过程中,对电机转速予以有效控制能够使超级电容以及蓄电池分别转换为相应工作模式,最终验证了此次系统设计特性。

基于多电平变流器模块的直流输电系统控制

为了保证直流输电系统在发生三相短路故障时输电电压的稳定性,有效控制输电系统的运行,该文提出了基于多电平变流器模块(modular multilevel converter,MMC)的直流输电系统运行控制方法。利用反并联二极管与并联电容来设计多电平变流器模块,获得交流等效电感,保证换流站交直流量与有功功率相同,明确换流站内功率情况;将该模块与前馈解耦补偿项相结合,运用PI获得电流内环运行控制器的输入值,实现电流解耦,增强直流电压的稳定控制,提高输电系统抗扰动性能;通过修正与控制环节获得对应参考值,以及最佳运行控制结果。通过实验表明:设计的模块既能保证输电系统在正常工作状态下平稳运行,也能在发生故障时将影响控制在安全范围内,保证电力系统输电稳定。

面向新型电力系统的柔性直流换流器统一控制架构

新型电力系统的发展对柔性直流输电技术提出了更高需求,随着异构串联型直流换流器拓扑架构的提出,柔直换流器已在拓扑层面实现结构统一。然而,在控制层面,传统柔直换流器控制虽然具备功率解耦控制能力,但交流电压、直流电压和子模块电容电压之间存在紧密耦合,难以发挥柔直换流器全控型器件运行灵活性高的优势。首先,基于现有直流换流器控制架构,提出控制自由度的概念,并引入调制比的表征方法,构建模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多自由度控制体系;然后,通过分析MMC换流器内部的电压耦合机理及其与调制比的关系,系统地揭示了现有MMC换流器的各种控制策略之间的关联性,形成具备“功能统一、结构统一”的MMC换流器的4自由度统一控制架构。并针对柔直系统中不同控制目标的MMC换流器分析4自由度控制架构的应用及其控制潜能;最后,在单端MMC物理动模实验系统中对MMC换流器4自由度控制在典型应用场景下的性能进行实验验证。

构网型变流器的现状与发展趋势

随着新能源和电力电子的发展,新型电力系统呈现典型的“双高”特征,但同时也带来低惯性、弱稳定性等问题。构网型(GFM)控制技术可实现变流器自主地建立频率和控制电压,改善对外部电压源的依赖性,提高系统稳定性。对构网型变流器的现状与发展趋势进行综述。首先,对跟网型(GFL)控制技术与构网型控制技术进行对比分析,指出构网型控制技术是解决新型电力系统稳定性的有效途径;然后介绍现有的构网型控制技术,分析构网型控制技术在各领域的应用;最后指出构网型控制技术应用于变流器时所面临的挑战。

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

制氢变流器弱电网并网稳定性分析

该文针对弱电网下大规模可再生能源制氢系统稳定性进行研究。基于制氢电解槽的负载特性建立基于三电平拓扑结构的制氢变流器模型以及对应的控制策略。并基于系统模型建立制氢系统在弱电网下的小信号模型,以分析大规模电解水制氢系统的稳定性与相关因素的关系,包括锁相环带宽、交流电流环带宽、电网强度等。搭建2 MW制氢变流器的弱电网模拟实验平台,验证弱电网条件下不同控制参数对制氢变流器稳定性的影响,得到了与理论分析一致的结果。

带恒功率负载多电平Buck变换器逆解耦自适应滑模控制

针对带恒功率负载(CPL)多电平Buck变换器的强耦合问题及负阻抗特性引起的不稳定问题,提出一种逆解耦自适应滑模控制策略。建立带CPL多电平Buck变换器的非线性数学模型,基于逆系统方法证明系统的可逆性,并推导逆系统表达式,将模型线性化解耦为多个伪线性子系统,抵消负阻抗特性的影响。通过选取线性滑模面和指数趋近律以减弱滑模抖振,并将自适应机制引入到滑模控制中,进而为线性子系统分别设计自适应滑模控制器,进一步提高系统控制性能。基于李雅普诺夫理论对控制系统的稳定性和鲁棒性进行验证。与现有控制方法进行比较,仿真结果表明,所提控制策略具有更强的鲁棒性和优越性。最后,搭建原理样机进行实验对比,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于DAC阵列的光交叉芯片控制驱动系统

为标定光交叉芯片驱动电压,控制光交叉芯片实现光路由功能,提出并搭建了基于多通道DAC(Digital to Analog Converter)阵列的控制驱动电路系统。系统主要由控制系统模块、多路驱动电路模块及上位机控制模块构成。控制电路和驱动电路具有调校简单、可双极性输出、输出路数多、加电精确度较高的特点,解决了当前驱动电路工作繁琐、加电极性单一、加电路数少、精度差的问题。上位机控制模块除了可控制驱动电路施加控制电压外,还可接收来自数据采集装置采集到的光功率信号作为控制驱动系统的反馈信号。通过分析控制电压与光功率之间的关系,可得到最佳的光交叉芯片控制驱动电压。系统测试实验结果表明,该系统能提供高精确度的双极性驱动电压,有效地对光交叉芯片进行驱动。可在较短的时间内标定出光开关的控制电压,完全可以满足有源光交叉芯片控制中对驱动电压的需求。该系统在光交叉芯片控制方面具有一定的应用价值。

转炉吹炼水冷活动烟罩对烟气逸散控制机理的数值模拟

为了研究转炉铜锍吹炼过程中水冷活动烟罩对烟道内含硫烟气逸散的控制效果,构建了基于RANS方法的多组分流动传热的数值仿真模型,研究了不同转炉角度、不同烟罩限位和长度下的转炉烟气污染控制机理和效果评估。结果表明:转炉烟气的控制机理主要为水冷活动烟罩的遮挡作用和底部进气的气封作用。烟道出口的抽吸作用使气流向上流动,气封能力随着进出口压差减小而下降。延长烟罩可以增强封挡效果和二氧化硫以及三氧化硫的富集效果,工艺烟道内二氧化硫的浓度从7.8%提升至9.8%,三氧化硫的浓度从1.1%提升至1.4%。此外,由于高温区域主要集中在转炉出口附近,峰值温度约为1473 K,因此需要加强相应结构对高温酸性气体冲刷的防护。

基于终端滑模自抗扰的混合储能系统功率控制

为提高混合储能系统对直流微电网母线功率支撑的双向调控性能,针对混合储能系统,提出一种基于非奇异终端滑模自抗扰技术的双向功率控制方法。分析建立采用双向半桥DC/DC变换器的并网接入系统数学模型;设计超级电容端电压稳定附加功率补偿控制结构;利用基于趋近律的非奇异终端滑模自抗扰技术和基于扩张状态观测器的系统不确定及扰动项在线估计,设计混合储能双向功率调节非线性控制器。通过仿真测试,并与传统线性控制器性能对比,验证所提方法的正确有效性。

冶金起重机起升电控系统检测研究

冶金起重机工作环境恶劣、工作量大,对起重机的电控系统损害较大。同时,由于环境的恶劣也造成了检验检测的困难。基于此,研究了一种冶金起重机起升电控系统检测技术和检测方案,通过测定起重机起升时的实时电流和电压来计算起重机电机的相关参数,并生成功率与负载曲线、功率与起重机操作曲线来判断起升电控系统能否正常工作。

矫直机配套电气系统的研究分析

为进一步提升矫直机对钢铁板材的矫直效率和矫直质量,在对矫直机基本结构和原理概述的基础上,对矫直机电气系统的控制器、变频器进行选型并完成相关接线线路的设计;并重点针对矫直机压入系统完成了位移检测传感器、压入控制方式、控制器和软件流程的设计,为后续矫直机电气控制系统的自动化改造奠定了基础。