适用于地铁能量回馈装置的模型预测控制算法

针对成都地铁10号线能量回馈装置采用的共直流母线并联逆变器,为改善传统基于PI控制器的控制算法的动态性能,给出了一种固定开关频率的模型预测控制算法。该算法通过针对逆变器建立的数学模型得到电流预测值,并将电流预测值代入到评价函数,使评价函数的偏导数为零得到对应的最优调制函数。为了消除由两个逆变器参数的差异而导致的零序环流,给出了一种基于PI控制器的环流抑制方案,并基于MATLAB/Simulink对算法的可行性及性能进行验证。

基于虚拟阻抗滑模控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的环流,增加了器件的额定容量和系统损耗,进而增大了系统成本。该文在对比各类环流抑制方法基础上,对MMC环流抑制机理进行归纳分析,为增强对环流二倍频的抑制效果,满足系统快速性、抗干扰性要求,提出一种基于虚拟阻抗滑模控制(virtual impedance sliding mode control,VI—SMC)的MMC环流抑制策略。通过建模分析和解耦控制,结合普通环流抑制策略和通用环流抑制策略,进行不同环流抑制模型下的对比研究。结果表明,VI-SMC环流抑制策略能显著降低环流二倍频分量,提高系统鲁棒性,有利于系统稳定、可靠、快速响应运行。

基于子模块电压波动估计的MMC双环二倍频环流抑制策略

模块化多电平变换器以其优越的性能在大功率电能变换领域得到了广泛应用和研究。推导了MMC子模块电容电压波动和桥臂投入模块数的表达式,针对MMC环流控制器性能分析的多样性、复杂性和电压波动的计算问题,提出一种基于子模块电容电压波动估计前馈+电压电流双闭环反馈的复合环流控制策略,有效结合前馈控制的快速跟踪性和反馈控制的闭环跟踪性能,同时优化计算环节。所提方法包括四部分:子模块电容电压的前馈估算;基于小信号模型的二倍频环流电压指令计算;投入模块数的计算;子模块电容电压的排序及其投切。其中二倍频环流电压指令通过电压电流双闭环控制器获得,并通过等效闭环阻抗分析其动态性能,选取达到最佳抑制效果时合适的控制参数。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

模块化多电平换流器PR环流抑制器优化设计

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)适用于高压大容量柔性直流输电,已经有部分工程采用MMC作为柔性直流输电系统换流阀。MMC换流阀内部桥臂环流直接影响其工作特性,而通过比例谐振控制器(proportional resonant controller,PR controller)可以有效抑制环流,但系统稳定性有待提高。该文对PR环流抑制器进行优化设计,通过在PR环流抑制器的基础上增加桥臂电流比例负反馈环节,提高系统的稳定性与环流快速抑制能力。该控制实现简单,同时可以增强上下桥臂子模块电容电压的自平衡能力。通过建立系统闭环传递函数对系统稳定性进行分析;同时,通过建立李雅普诺夫能量函数对附加控制的促进桥臂电容电压自平衡能力进行验证。最后,在PSCAD/EMTDC搭建的仿真模型上进行了仿真验证,仿真结果证明了优化PR环流抑制器的有效性,提高了控制器的稳定性,同时有效增强了上下桥臂子模块电容电压的自平衡能力。