Dynamic Balance Control Based on an Adaptive Gain-scheduled Backstepping Scheme for Power-line Inspection Robots

This paper presents an adaptive gain-scheduled backstepping control(AGSBC) scheme for the balance control of an underactuated mechanical power-line inspection(PLI) robotic system with two degrees of freedom and a single control input.First, a nonlinear dynamic model of the balance adjustment process of the PLI robot is constructed, and then the model is linearized at a nominal equilibrium point to overcome the computational infeasibility of the conventional backstepping technique. Second, to solve generalized stabilization control issue for underactuated systems with multiple equilibrium points,an equilibrium manifold linearized model is developed using a scheduling variable, and then a gain-scheduled backstepping control(GSBC) scheme for expanding the operational area of the controlled system is constructed. Finally, an adaptive mechanism is proposed to counteract the impact of external disturbances. The robust stability of the closed-loop system is ensured by Lyapunov theorem. Simulation results demonstrate the effectiveness and high performance of the proposed scheme compared with other control schemes.

FORWARD LINK PARTIAL-BALANCE POWER CONTROL ALGORITHM FOR W-CDMA COMMUNICATION

Balance power control is based on the idea of balancing Carrier to Interference Ratio (CIR) of all wireless links. Unbalance power control means that different traffics can achieve different CIR at receivers. This paper proposes a forward link partial-balance power control algorithm, which can provide necessary Quality of Service (QoS) for multimedia traffics in Wideband CDMA(W-CDMA) systems. The proposed algorithm is the integration of grading traffics priority and allocating and adjusting forward link power levels. For higher priority traffics, the unbalance power control is used. Whereas for lower priority traffics, balance power control is adopted. Computer simulation results show that the proposed algorithm can guarantee the special QoS requirements of the traffics with higher priority orders and maximize the CIR of the traffics with lower priority orders.

Frequency Control of Power System with Renewable Power Sources by HVDC Interconnection Line and Battery Considering Energy Balancing

Recently, introduction of renewable energy sources like wind power generation and photovoltaic power generation has been increasing from the viewpoint of environmental problems. However, renewable energy power supplies have unstable output due to the influence of weather conditions such as wind speed variations, which may cause fluctuations of voltage and frequency in the power system. This paper proposes fuzzy PD based virtual inertia control system to decrease frequency fluctuations in power system caused by fluctuating output of renewable energy sources. The proposed new method is based on the coordinated control of HVDC interconnection line and battery, and energy balancing control is also incorporated in it. Finally, it is concluded that the proposed system is very effective for suppressing the frequency fluctuations of the power system due to the large-scale wind power generation and solar power generation and also for keeping the energy balancing in the HVDC transmission line.

Power control and channel allocation optimization game algorithm with low energy consumption for wireless sensor network

In a wireless sensor network （WSN）, the energy of nodes is limited and cannot be charged. Hence, it is necessary to reduce energy consumption. Both the transmission power of nodes and the interference among nodes influence energy consumption. In this paper, we design a power control and channel allocation game model with low energy consumption （PCCAGM）. This model contains transmission power, node interference, and residual energy. Besides, the interaction between power and channel is considered. The Nash equilibrium has been proved to exist. Based on this model, a power control and channel allocation optimization algorithm with low energy consumption （PCCAA） is proposed. Theoretical analysis shows that PCCAA can converge to the Pareto Optimal. Simulation results demonstrate that this algorithm can reduce transmission power and interference effectively. Therefore, this algorithm can reduce energy consumption and prolong the network lifetime.

Model and Algorithm for the Optimal Controlled Partitioning of Power Systems

解列是电力系统在故障时结构完整性得不到保证的情况下分裂为2个或多个孤立稳定运行子系统的过程或操作。及时恰当的主动解列操作将能有效地避免因保护连锁动作使得电力系统被动解列而崩溃所造成的巨额经济损失。结合图论中的相关概念和输电网最优解列的物理过程，建立电力系统最优主动解列断面选择问题的完整数学模型，并基于含连通图约束的背包问题（connected graph constrained knapsack problem，CGKP）及其求解算法提出“搜索＋调整”的2阶段求解方法。为降低问题的复杂性，将完整数学模型分解成图的最优平衡分割问题和基于优化潮流的调节问题，并分2个阶段分别求解。其中，图的最优平衡分割问题又被分解成多个CGKP，利用基于含CGKP的图分割方法进行求解。所提出的主动解列策略具有较强理论基础，计算复杂度低，算例的计算结果证明了该模型及算法的正确性和有效性。

一种三相线电压级联单位功率因数整流器负载不均衡特性分析及电压均衡控制策略

该文对一种由三个三相单开关整流器线电压级联构成的三相单位功率因数整流器的负载不均衡特性和输出电压均衡控制策略进行分析和研究,首先详细阐述此类整流器在三个直流侧负载不均衡时,交流输入端电流能自动保持均衡的独特特性及相应工作机理;然后研究系统整体分层控制策略。在传统的基于电压外环PI控制、电流内环PR控制的上层控制基础上,针对各整流模块参数不一致及负载功率不一致引起的各模块输出电压不均衡问题,通过加入偏差因子调制波补偿的底层控制,实现了对每个模块输出功率的独立调节,进而实现了各整流模块输出电压的均衡控制。仿真和实验结果验证了所研究拓扑结构的优越性和控制策略的可行性。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

引入负载扰动观测的Boost变换器定频滑模控制

针对传统线性控制方法下Boost变换器存在系统动态性能差和对负载扰动鲁棒性不强的问题,从功率平衡的角度提出1种定频滑模电流控制方法。首先,利用负载电流观测值计算维持输出电压稳定所需的输入功率;其次,通过控制电感电流调整变换器输入功率,从而将系统的状态轨迹限制在对负载扰动具有不变性的滑模面上,保证系统大信号稳定并提升其动态性能;最后,基于等效控制原理,通过PWM技术实现等效滑模控制,避免了传统滑模控制中存在的抖振及开关频率不稳定问题。在Simulink中对Boost变换器负载阶跃变换的工况进行仿真,将所提方法与传统线性控制方法对比。结果表明,采用所提方法,系统的动态性能更好,且能保证系统在负载大范围扰动下的大信号稳定。

基于CNN和LSTM混合网络的直流充电桩功率模块优化

直流充电桩内部功率变化动态性过强,不易捕捉及计算误差过大,提出基于CNN和LSTM混合网络的功率模块优化方法。根据充电桩电路工作原理,得到电路内部各项参数间存在的直接关联,根据该点采用三相电网平衡原理设计电力稳定控制函数,计算满足电压、电流以及功率最稳的调节比例系数,并作为调节点,建立CNN和LSTM混合网络多层次模型,计算有序、无序充放电过程的电力负荷变化,利用调节比例系数按照充电、放电所需功率需求完成优化。实验结果表明,所提方法的充电桩功率稳定,对充电桩的电压偏移量实现有效改善。

配电网多端柔性互联协调控制策略

随着社会经济的快速发展和新型电力系统建设的加快推进,柔性互联逐渐成为配电网网架升级和灵活调控能力提升的重要技术手段。针对多端柔性互联系统的功率控制需求,提出了一种面向工程应用的功率协调控制策略,包括在部分馈线重载时合理分配功率的重载限制控制,以及在所有馈线重载时优化潮流分布的功率均衡控制。基于所提策略开发了柔性互联协调控制装置并应用于实际工程。基于电网真实数据的案例分析和工程实测数据验证了所提策略能够应对不同负荷/电源特性的配电网柔性互联场景,有效解决配电网中馈线重载和光伏倒送的问题,提高配电网的供电效率和安全性。

基于自适应特性的直流微电网双因子下垂控制策略研究

分布式电源DG(distributed generator)出口线路参数不一致及其出力随机扰动引起了直流微电网负荷功率分配精度下降与网侧电压波动。针对上述问题,计及DG运行暂稳态工况,提出1种基于自适应特性的双因子下垂控制策略。首先,稳态运行时考虑线路阻抗的影响并引入电压调节系数,建立双因子下垂系数稳态分量,在阻抗值未知的情况下即可实现负荷功率的精确分配,同时抬升网侧电压,减小与额定电压的差值;其次,暂态过程中考虑DG出力随机扰动的影响并引入分布一致性迭代算法,建立双因子下垂系数自由分量,可在维持DG均衡出力的情况下快速抑制功率扰动与网侧电压波动,提高系统的稳定性;最后,在PSCAD中搭建直流微电网模型,仿真结果证明了所提策略的有效性。

新能源经柔直送出系统的VSG控制及故障穿越策略

对于新能源经柔直送出系统,新能源控制器与柔直控制器参数匹配不佳会引起次/超同步振荡问题。为此,采用了基于VSG(虚拟同步发电机)控制的开环策略,取消了传统闭环控制方式下的内、外环及锁相环节,优化了柔直的阻抗特性,降低了与新能源的次/超同步振荡风险,同时适应孤岛与联网的运行方式。针对开环控制自身特性存在双极功率不平衡及故障后短路电流过高的问题,相应提出了双极功率平衡及故障穿越策略,并基于RTDS仿真验证了所提VSG控制及故障穿越策略的有效性。

基于二阶一致性算法的电池储能系统SOC均衡及功率分配策略

为延长电池储能系统的整体寿命,需保持储能系统中各单元的荷电状态(state of charge,SOC)均衡。为此,提出一种基于二阶一致性算法的改进下垂控制策略,通过指数函数嵌套变化系数,实现不同容量储能单元快速SOC均衡。在SOC均衡的基础上设计二次控制策略,在一定通信时延下实现频率、电压恢复和有功、无功功率合理分配。最后,以4台储能单元组成的电池储能系统为算例进行仿真,验证了所提控制策略的有效性,SOC能够快速收敛达到均衡状态,频率、电压能够恢复到额定值,有功、无功功率能够按照相应下垂系数比例进行分配。

基于超级电容储能的汽轮发电系统频差功率协调控制

由于孤岛运行的汽轮发电系统输出功率调节响应较慢,带脉冲功率负载会造成输出电能频率和电压较大的凹陷和超调,甚至导致系统不稳定。本文将超级电容储能应用于汽轮发电系统,组成汽轮机-超级电容混合发电系统。继而提出混合发电系统的频差功率协调控制方法。通过超级电容储能单元的高功率动态响应弥补汽轮机输出功率动态响应低的问题,使系统实时处于瞬时功率平衡状态,保证输出电能频率和电压的平稳,增强汽轮发电系统对脉冲功率负载的适应能力。最后建立仿真模型对所提控制算法的有效性进行验证。

模块化多电平电池储能系统功率控制与均衡策略研究

大量可再生能源接入电网会影响电网的稳定性和电能质量。电池储能系统作为可再生能源与电网间传递电能的接口,具有平抑功率波动、调频调压、提高电网运行稳定性的作用。基于模块化多电平变流器(modular multi-level converter,MMC)的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)有利于削弱电池不一致性所引起的短板效应,通过功率控制实现电池模块间的均衡。该文分析了MMCBESS的拓扑结构;针对MMC-BESS的直流侧、交流侧建立数学模型,通过控制能量的流动,提出一种对直流侧和交流侧的功率控制策略,以解决相间SOC均衡、桥臂SOC均衡、子模块间SOC均衡的问题,避免电池过充、过放,提高电池利用率;通过仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究

直流潮流控制器是实现多端直流电网稳态潮流调节的关键装备,针对现有直流潮流控制器的局限性,通过在环形支路中串入输出直流电压可调节的级联子模块的方式,设计了一种新型多端口直流潮流控制器。首先,对所提控制器的拓扑结构和工作原理进行了阐述;然后,介绍了其控制策略和参数选择方法;最后,通过一个具有八条直流线路的五端直流电网的电磁暂态仿真案例对直流潮流控制器的性能进行验证。结果表明:所提控制器能够同时调节同一直流母线所连接的多条直流线路上的潮流,具有模块化和易扩展的优势。

基于分布式电源接入的储能变流器中点电位控制方法

以提升储能变流器的输出电压质量,研究基于分布式电源接入的储能变流器中点电位控制方法。构建分布式电源接入的储能变流器的数学模型,利用帕克变换矩阵,将储能变流器输出的三相瞬时值信号变换至dq两相同步旋转坐标系下。采用内外环结合的方式,设计平衡控制器。选取PID控制算法作为平衡控制器的内、外环控制算法,分别控制储能变流器的电流与电压,生成最终的储能变流器中点电位控制指令。利用正弦脉宽调制技术,依据控制指令驱动储能变流器功率器件的开关,实现储能变流器的中点电位控制。实验结果表明,采用该方法控制储能变流器的中点电位,直流侧电压与设定值差值仅为2 V,直流侧电流未出现明显的波动。

大型燃煤火力发电机组调峰优化控制技术

调峰优化控制可以使得电网的源荷供需处于平衡状态,对提高火力发电机组调峰的稳定性至关重要。为此,提出一种大型燃煤火力发电机组调峰优化控制技术。构建爬坡压力缓解的目标函数,通过对火电机组、失负荷、储能以及光伏发电进行约束,以缓解爬坡压力。构建火力发电机组调峰优化控制的目标函数,结合火力发电机组在运行功率、功率平衡、启停机时间等方面的约束,实现了大型燃煤火力发电机组的调峰优化控制。实验结果表明,文中技术能够缓解大型燃煤火力发电机组的爬坡压力,优化了响应速度。通过所提技术的调峰优化实现了火力发电稳定运行,顺利完成调峰任务。

一种单相级联光伏逆变器分散式控制策略

级联逆变器能够提高效率和节省成本,因此在光伏并网发电系统中的应用日益广泛。为了实现不同发电能力或容量的逆变器串联,并使得各单元能够独立完成最大功率点跟踪,提出了一种能实现MPPT的单相级联光伏逆变器的分散式控制策略。通过把传统下垂控制表达式进行改进,将每个光伏单元输出的实际功率跟踪于最大功率点功率,电压幅值正比于最大有功功率,从而使得各单元的输出电压频率、相位自同步且无需通信,输出电压幅值可调且与自身实际功率容量成正比。最后基于Matlab/Simulink平台搭建了三台光伏单元级联并网仿真模型,结果验证了所提方法的可行性与有效性。

基于一体化高频变压器的电力电子变压器拓扑及其控制策略

现有的电力电子变压器(power electronic transformer, PET)拓扑所需高频变压器数目较多,体积大,为了解决该问题,采用一种高功率密度的PET结构,其仅需一台高频变压器可实现PET的高度集成。为保证所提拓扑稳定运行,通过分析模块化多电平变换器子模块电容电压波动机理,提出了模块化多电平变换器在超高调制比下降低子模块电容电压波动的方法;同时,针对模块化多电平直流变换器中桥臂间均压控制存在内移相角与桥臂间交换功率的相关性受功率移相角影响的问题,在考虑控制安全运行域的基础上,提出了桥臂电感的参数设计方法,可以降低该控制的复杂度。并在MALTAB/Simulink中搭建了仿真模型,以此验证了文中所提出的方法可以降低电容电压波动以及全工况下实现电压均衡。