Fixed time integral sliding mode controller and its application to the suppression of chaotic oscillation in power system

Chattering phenomenon and singularity are still the main problems that hinder the practical application of sliding mode control. In this paper, a fixed time integral sliding mode controller is designed based on fixed time stability theory, which ensures precise convergence of the state variables of controlled system, and overcomes the drawback of convergence time growing unboundedly as the initial value increases in finite time controller. It makes the controlled system converge to the control objective within a fixed time bounded by a constant as the initial value grows, and convergence time can be changed by adjusting parameters of controllers properly. Compared with other fixed time controllers, the fixed time integral sliding mode controller proposed in this paper achieves chattering-free control, and integral expression is used to avoid singularity generated by derivation. Finally, the controller is used to stabilize four-order chaotic power system. The results demonstrate that the controller realizes the non-singular chattering-free control of chaotic oscillation in the power system and guarantees the fixed time convergence of state variables, which shows its higher superiority than other finite time controllers.

新型电力系统中异质调频机组分布式协同AGC方法研究

“双碳”目标的实施加速了新型电力系统发展。然而,新型电力系统的转动惯量和调节能力逐渐难以适应复杂多变的负荷变化。因此,开发更高效、更快速的调频资源参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)已成为刻不容缓之事。但是,不同调频机组之间的异质性显著,包括机组模型、容量和响应速度的差异,这对AGC提出了挑战。为了提升异质调频资源参与AGC的性能,该文提出了一种分布式协同AGC方法。首先,基于分布式固定时间一致性理论提出了一种分布式固定时间区域控制偏差(area control error,ACE)发掘算法。随后,各AGC机组根据获取的ACE信息设计独立的PI控制器参与频率调节。在ACE调节的最后阶段,根据各机组出力的标幺值,设计了分布式固定时间功率均分控制器,控制低速AGC机组承担更多的功率调整量,从而释放高速AGC机组的容量并为下一轮AGC服务做好准备。通过对包含5种不同调频单元的两区域电力系统进行仿真研究,验证了所提分布式协同AGC方法的性能。结果表明,所提方法可以有效地提高系统的调频性能,且能够在设计的时间内实现期望的有功功率分配。

计及故障持续时间的电力系统暂态稳定分布式控制

针对电力系统故障持续时间会影响暂态稳定控制的问题,本文提出了一种使系统在固定时间内恢复暂态稳定运行的策略.该策略通过电力系统通信拓扑建模方法为每个发电机建立“邻居发电机”,利用发电机本地信息和其邻居发电机的信息设计分布式控制器,通过控制储能装置作用于受扰动后的系统,使其在固定时间内恢复稳定运行.其次,此控制策略还解决了一些实际挑战,如控制器的输入延时、外部的干扰、储能装置的容量限制等.通过构建李雅普诺夫函数并利用图论知识对该策略展开了稳定性分析,推导出了稳定系统的时间界限.最后,将控制器投入新英格兰39节点测试系统中,并与其它控制器进行比较,仿真结果验证了在低容量储能装置限制下和抗干扰性上控制器性能的优势.

低压转运平车电气控制系统优化设计改进

基于电动转运平车的工作原理和工作环境的影响,结合某公司在线使用的电动转运平车电气系统存在的主要实际问题,通过对转运平车原有电气控制系统的重新设计,研发了50 t转运平车低压48 V蓄电池供电控制系统。经过现场的实际使用和验证发现,低压转运平车实现了无级调速、远程无线操控、自动定点停车,解决了在线使用的转运平车的设计缺陷,提高了转运平车的的使用寿命,降低了制造和维护成本。

自升式风电安装船多孔式固桩架建造变形控制技术

文中以某风电安装船项目为背景,对固桩架的建造进行了研究,针对固桩架的结构特性研发出多孔式固桩架焊接变形控制的关键技术,有效控制了焊接变形,加快了建造效率,减少了人工投入,为后续建造同类产品提供新的思路。

基于事件驱动的需求侧电池储能二次控制

为解决需求侧电力资源的灵活调控问题,提出一种基于事件驱动的分布式固定时间二次控制方案。该方案针对需求侧电池储能系统(BESSs),旨在调控其能级、功率和频率以实现对需求侧电网中频率和功率随机波动的补偿。考虑到需求侧仅有部分电池可以接收主电网信息,采用分布式控制算法调控每个电池的能级、有功功率和频率,实现了BESSs在固定时间内的能级平衡、有功功率共享和频率调节。此外,该方案引入了事件驱动机制,无需连续通信和频繁切换控制信号,从而显著降低了BESSs调控过程中的能量消耗。最后,仿真实验结果表明,提出的控制方案能够在较低的能量消耗下实现对需求侧电力资源的快速调控。

永磁直驱风电系统MPPT无模型固定时间滑模控制

针对永磁直驱风力发电系统在最大功率跟踪过程中因内部参数变化和外部扰动导致跟踪性能下降的问题,提出一种无模型固定时间积分滑模控制(model free fixed-time integral sliding mode control,MFFTISMC)方法。首先,构建了永磁同步电机转速环的新型超局部模型。基于该模型,结合固定时间理论设计了无模型固定时间积分滑模控制器,确保系统状态固定时间内收敛,利用Lyapunov函数证明了该控制器的收敛性。同时,为提高系统的抗干扰能力和跟踪性能,设计扩张扰动观测器(extended disturbance observer,EDO)对新型超局部模型中的未知扰动在线估计并以前馈补偿的方式补偿给控制器。最后,通过仿真对比,验证了该方法具有响应速度快、抗扰能力强的特点,能够在风速突变情况下快速实现最大功率跟踪。

含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究

鉴于含定速与变速机组的抽水蓄能电站安全、稳定、高效联合运行是充分发挥变速机组技术优势的关键,基于数值仿真方法,开展含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究。首先建立含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频仿真模型,然后分析定速与变速机组单独运行一次调频动态特性,最后分析定速与变速机组联合运行一次调频动态特性。结果表明,相同的调速器和变频器参数下,变速机组频率阶跃减的幅值越大,动态响应时间越长、速度越快;频率阶跃增幅值越大,动态响应时间越短、速度越快;定速与变速机组联合运行可提高定速机组的出力和有功功率动态响应速度及变速机组的出力动态响应速度,但对变速机组的有功功率动态响应速度的影响较小。

基于滑模预测的T型并网变换器控制研究

模型预测控制具有便于植入、可实现多目标跟踪等优点,但是传统的模型预测控制算法开关状态不固定,会降低电流跟踪精度,甚至产生较大的电流纹波.基于此,提出了一种基于模型预测直接功率定频控制(DPCMPC)和滑模(sliding-mode control,SMC)外环控制的双闭环控制方法.利用SMC外环得到系统有功功率的给定值,通过引入零电压矢量改善系统稳态性能,减小功率脉动.为验证理论分析的正确性,构建了完整的仿真与实验测试模型,结果表明该控制方法具有良好的稳态和动态性能.

基于固定时间滑模的直流微电网系统电压控制

针对含有恒功率负载的直流微电网系统,为了抑制恒功率负载的负阻抗性造成的系统直流母线电压振荡现象,采用固定时间滑模控制方法研究直流母线电压的控制问题。首先,建立含恒功率负载和储能单元的直流微电网系统的数学模型;其次,结合固定时间稳定性理论,设计积分型滑模面,在此基础上构造固定时间滑模控制器,通过对系统状态进行可达性分析,给出系统收敛时间上界的估计值;然后,通过对滑动模态进行稳定性分析,结合线性矩阵不等式求解得到控制器增益;最后,以含有2个恒功率负载和1个储能单元的直流微电网系统为例进行仿真实验,仿真结果表明,所设计控制器能够有效抑制恒功率负载扰动对直流母线电压带来的不良影响。

船机PMS控制技术及应用

本文介绍了功率管理系统的功能和特点,以及功率管理控制器在船机项目中的应用。

无线Ad hoc网络中的随机功率控制

由于能量的限制,无线Ad hoc网络面临网络生存时间、无线资源利用效率以及时延要求等方面的挑战.无线Ad hoc网络中的功率控制已经成为研究领域中的一个热点,其主要目的是降低网络在分发数据包中的能量消耗,降低网络中的通信干扰.为了节省网络能量消耗,提出了一种随机功率控制的方法,其核心是让节点的发射功率随机分布在一个功率区间.通过对随机功率控制和固定功率控制在成功传输概率和网络节能上的理论分析和数值计算比较发现,合理选择随机功率控制中的最小发射功率,可获得与固定功率控制相当的成功传输概率,并能节省网络能量消耗,延长网络生存周期.

变速定桨风力发电机组的全风速功率控制

针对变速定桨风力发电机组(wind energy conversionsystem,WECS),提出一种简单有效的全风速功率控制策略,不仅可实现机组在全风速范围内的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)、恒转速以及恒功率控制,还可实现3种工况之间的自然过渡。首先对其工作原理进行详细地分析,并建立一套实验平台,展开实验研究,验证该方法的可行性及存在的问题;随后,进一步提出一种软失速控制策略,对其工作原理和年发电量的损失情况进行详细分析,论证该方法的可行性和优越性,并展开实验研究。通过与全风速控制策略的对比分析发现,软失速控制策略能显著地降低机组在高风速区的瞬态载荷,延长其使用寿命,并能大幅地降低后级变换器和发电机的额定容量,控制成本。

TCIPC提高暂态稳定性的PI控制器设计

在研究可控相间功率控制器(Thyristor Controlled Interphase Power Controller,TCIPC)的基本结构和潮流控制原理基础上,建立了在dq0坐标下TCIPC支路电流、端口电压及控制的传输功率之间关系的数学模型;依据TCIPC功角特性说明了调节IPC电感支路参数可以控制联络线传输功率达到改善系统稳定性的机理;基于TCIPC的感抗参数与联络线传输功率的关系,以电流作为TCIPC晶闸管触发控制的同步信号,将感抗期望值作为该控制器的参考信号,设计了TCIPC触发角校正的PI定阻抗控制器;并搭建了带IPC简单系统模型进行仿真。仿真结果验证了该控制器的有效性,并说明通过对TCIPC感抗的控制,可以改善带IPC系统的暂态稳定性。

无线Ad hoc网络中功率控制方法性能分析研究

固定功率控制和随机功率控制策略对Ad hoc网络的连通性具有不同的影响。在理论推导的基础上进行数值仿真的结果表明,当网络中节点密度低时,固定功率控制策略的网络连通性较高;而当网络中节点密度较高时,线性分布的随机功率控制策略能提供较高的网络连通性。

基于固定开关频率控制策略的三相PWM整流器的建模与仿真

介绍了三相PWM整流器的数学模型,分析了固定开关频率控制策略的原理,同时利用电压电流双闭环构建了PWM整流器控制结构,并在Matlab软件中对固定开关频率控制策略进行了仿真。通过直流侧电压和交流侧电流波形验证了固定开关频率控制策略的可行性。最后分析了PWM整流器关键参数的设置对交流侧输入电流谐波含量的影响,给出了一个较为合理的滤波电感参数。

成碧220kV可控串补装置的运行与维护

我国第一套国产220kV交流输电线路的可控串联补偿装置(thyristor-controlled series compensator,TCSC)于2004年12月26日在甘肃陇南电网220kV成碧线投入运行。投运近两年来,经受了冬季低温和汛期大负荷的考验,整体运行情况良好。通过调研国内外TCSC的运行情况,对成碧TCSC与其它TCSC的运行情况进行了对比,指出补充和完善国产化TCSC的运行、检修、实验技术规范的必要性。提出提高TCSC装置电磁兼容能力,建立国产化TCSC的技术标准体系,解决装设TCSC装置线路的继电保护距离I段暂态超越或保护范围太短的问题及优化TCSC与电力系统稳定器、安全自动装置等设备的协调运行问题,并积极推广TCSC技术应用的建议。

基于Z源逆变器的风电系统全风速功率控制

为了充分利用风能并提高风电系统的稳定性,提出基于Z源逆变器的变速定桨风力发电系统全风速功率控制策略。通过调节直通占空比对电机转速进行控制,实现全风速范围内的功率控制。在最大功率点跟踪(MPPT)阶段,控制发电机转速在最佳值;在恒转速阶段,控制电机转速在其额定值;在恒功率阶段,引入气动功率外环,控制电机进入失速区运行,实现恒功率控制。最后在Matlab中进行仿真验证,仿真结果表明了所提控制策略的可行性与有效性,系统能很好地跟随风速的变化,实现了全风速范围内的功率控制。