Adaptive rotor current control for wind-turbine driven DFIG using resonant controllers in a rotor rotating reference frame

This paper proposes an adaptive rotor current controller for doubly-fed induction generator (DFIG), which consists of a proportional (P) controller and two harmonic resonant (R) controllers implemented in the rotor rotating reference frame. The two resonant controllers are tuned at slip frequencies ωslip+ and ωslip-, respectively. As a result, the positive- and negative-sequence components of the rotor current are fully regulated by the PR controller without involving the positive- and negative-sequence decomposition, which in effect improves the fault ride-through (FRT) capability of the DFIG-based wind power generation system during the period of large transient grid voltage unbalance. Correctness of the theoretical analysis and feasibility of the proposed unbalanced control scheme are validated by simulation on a 1.5-MW DFIG wind power generation system.

宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制

针对传统变频(PFM)控制的LLC谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC谐振变换器的变频-移相(PFM-PS)混合控制策略。首先,分析三电平半桥LLC谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线。其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比。通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率。最后,通过仿真和输入500~800 V/4.5 kW实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性。

超声波钻谐振控制算法设计及试验验证

为解决小天体表面引力小及温差变化大难以实现锚固的问题,提出以超声波钻作为锚固工具并采用模糊控制和恒流控制相结合的策略,实现了低钻压力和高低温环境条件下的超声波钻钻进锚固。压电驱动的超声波钻将高频电能转化为高频机械振动,驱动钻具高频破碎岩石,具有极低钻压力的显著优势,尤其适用于弱引力小天体的钻进锚固作业。针对超声波钻的驱动,对超声波钻的谐振控制算法进行研究。首先,建立超声波钻换能器的等效电路模型,在等效模型基础上研究换能器的阻抗特性、负载特性、温度特性和滞后特性。其次,根据超声波钻的工作特性研究谐振频率识别算法、谐振频率跟踪算法和恒电流控制算法,针对谐振频率跟踪算法研究了基于递归最小二乘估计的频率跟踪算法和基于模糊控制的频率跟踪算法,并对实际控制效果进行对比分析。最后,进行常温常压和高低温环境下钻进试验,试验结果表明,在不同温度环境和不同的钻进对象条件下,所设计的谐振控制算法能够实现对超声波钻的稳定驱动。研究结果表明,所提出的模糊控制和恒流控制能够有效的在低钻压力以及不同温度下实现有效钻进。

机械谐振系统实验平台动力学特性及实验方法研究

为了改善自动控制原理及相近课程的教学效果,促进一体化课程建设,研制了机械谐振系统实验平台。首先,建立了实验平台的数学模型,详细分析了所提出的机械谐振系统的非线性动力学特性,讨论了实验平台系统的L_(2)稳定性和李雅普诺夫稳定性;其次,介绍了实验平台的软硬件组成及其实际应用方法;最后,用仿真实验和物理实验对机械谐振系统实验平台进行了验证。结果表明:通过机械谐振系统实验平台,能直观地展示二阶系统的时域响应特性与频率响应特性,以及PID、LQR和基于李雅普诺夫函数的抑振控制器的控制特性。所设计的机械谐振系统实验平台能够更好地辅助完成控制工程相关课程的教学任务,并为控制工程科研工作提供技术支持。

不平衡电网下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机控制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed reluctance generator,BDFG)在风力发电领域有着广阔的应用前景。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的无刷双馈风电系统具有一定的电网频率支撑能力,但在电网电压不平衡工况下运行性能较差。提出了一种不平衡电网工况下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机策略,来降低不平衡的电网电压对BDFG系统的影响;其核心思想为使用原有BDFG-VSG来控制正序分量,在功率绕组正向同步旋转坐标系下使用基于降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)的直接谐振控制调节负序分量。详细分析了电网电压不平衡对BDFG各电量的影响,据此提出了5种可供选择的优化目标,最后通过仿真验证了该策略的有效性。所提出的策略可抑制不平衡电网工况下BDFG的各电量中的负序分量或二倍频分量,无需计算负序电流的参考值,对电网具有友好性。

基于储能PCS并联的微网谐振抑制及稳定控制

微网系统中的储能电力电子接口变换器通常呈并联结构,且通过LCL滤波器连接到公共母线。LCL滤波器自身具有谐振问题,特别是在储能PCS并联系统中,频域分析结果中存在额外的正向谐振尖峰和反向谐振尖峰。此处在分析微网中带有LCL滤波器的储能并联逆变器系统谐振特性的基础上,采用基于双二阶滤波器的主动阻尼方法,在不引入额外的传感器和控制闭环的情况下,对并联系统中多对不稳定极点同时进行调整。该方法通过在控制系统中添加两对零极点,改变根轨迹的走向,使得多对不稳定极点均移动到z平面单位圆之内,因此系统稳定性得以保证。基于dSPACE1103搭建的实时硬件在环实验平台验证了理论分析结果。

基于双补偿下垂—MQPR的直驱式风电机组并网控制

为了实现直驱式永磁风力发电系统安全稳定并网,提出一种基于双补偿下垂与多重准比例谐振(multiple quasi proportional resonance,MQPR)相结合的并网控制策略。该策略源于传统下垂控制,在电压控制环节引入直流电压补偿量,能快速调节直流母线电压达到稳定;在电流控制环节引入电容电流补偿量,能有效减小滤波电容造成的电流误差影响;同时,设计出MQPR控制器替代内环电流的PI控制器,可以滤除系统中多次谐波电流。通过建立仿真模型,与双闭环PI和传统下垂控制策略进行对比,验证所提控制策略的有效性。

应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)采用无差拍预测电流控制(DPCC)时,性能易受电机参数失配及死区效应的影响,该文提出一种基于广义比例积分(GPI)观测器的鲁棒谐振预测电流控制(RRPCC)方法。首先,分析PMSM参数失配将产生非周期扰动及逆变器死区效应会导致周期扰动,进而建立带有非周期和周期性扰动的PMSM精确数学模型;其次,基于内模原理,将包含扰动频率的谐振多项式嵌入电流预测模型,可有效地抑制周期性扰动;最后,采用GPI观测器估计由参数失配引起的集总扰动,并通过前馈补偿消除非周期扰动。实验结果表明,该方法能提高系统面对非周期及周期性扰动时的鲁棒性。

基于基准频率自适应谐波准谐振控制器的宽变频逆变电源控制研究

360~800 Hz宽变频交流电源系统是多电飞机电力系统的主要发展方向之一。为实现宽变频中频逆变电源在包括带整流型非线性负载等工况下的宽范围谐波抑制,保证其任意基准频率下的输出电压质量,提出一种基于频率基准自适应谐波准谐振控制器的控制策略。基于滤波电感电流反馈,设计了包含数字控制延迟补偿的有源阻尼方案,以抑制输出滤波器的谐振尖峰,对电压控制器的被控对象进行校正使系统得到简化;设计并采用积分与准比例谐振相结合的基波追踪控制器以消除基波频段的稳态误差;提出基准频率自适应的补偿角度设计方法以实现谐波准谐振控制在电压环控制带宽之外的谐波抑制。在理论分析的基础上,搭建了一台300~800 Hz/600 W单相逆变器样机并进行实验测试,结果表明,采用该控制策略的逆变器能够实现宽基波频段内任意基准频率下的宽范围谐波抑制,且具有良好的稳态和动态输出特性。

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

基于等效阻抗渐变变压器的宽带压控振荡器

设计了一种基于65 nm CMOS工艺的毫米波宽带压控振荡器(VCO)。分析了应用于宽带VCO的宽带化技术。针对高频相位噪声性能恶化这一问题,提出并设计了一种等效阻抗渐变变压器,以优化VCO高频段相位噪声。该压控振荡器输出信号频率为20.4~40.2 GHz,覆盖24~26 GHz、38~39 GHz两个5G毫米波通信频段。全频带内,相位噪声小于-102 dBc/Hz,品质因子大于180.9 dBc/Hz。

航空发动机电子控制器的高强辐射场干扰及防护

针对航空发动机电子控制器(EEC)易受高强辐射场(HIRF)干扰问题,以ZF-M600型EEC为研究对象,通过三维电磁仿真软件CST对EEC建模并进行平面波辐照仿真,模拟HIRF对EEC的干扰效应,仿真结果表明,HIRF可以通过孔缝耦合进入EEC内部并在腔体内部产生谐振,谐振频率处电场强度显著增加。依据RTCA DO-160G在400 MHz~4 GHz开展EEC辐射敏感度试验,试验结果表明:EEC失效频点为2.40 GHz和3.48 GHz,敏感模块为模拟量输入输出模块,敏感现象为模拟量数据丢失。EEC失效频点与谐振频率接近,说明EEC失效与腔体谐振有关,在EEC内部贴装吸波材料并进行仿真,分析吸波材料的放置方式和厚度对EEC谐振电磁干扰强度的影响,仿真结果表明,贴装吸波材料可以有效抑制谐振电磁干扰。

多谐振控制的同步磁阻电机鲁棒预测电流控制系统转矩脉动抑制方法

为抑制同步磁阻电机的转矩脉动并提高系统的鲁棒性,文中提出了一种基于多谐振速度环控制与自抗扰电流环的复合控制策略。由于同步磁阻电机的磁阻变化不均匀,从而导致电机电感随着磁饱和与交叉耦合效应变化,一方面,电感参数的变化会给电流环控制带来影响;另一方面,电感参数的变化还会引起转矩的脉动。因此提出基于多比例谐振的速度环控制策略,以抑制同步磁阻电机的转矩谐波。基于超局部模型的无差拍电流预测控制,利用改进的锁相环观测器对下一拍的电流和扰动进行预测,在电机参数变化时可以很好地实现电流的跟踪,从而提高系统的抗干扰能力。

采用金豺优化的LLC谐振变换器自抗扰稳压控制

为解决LLC谐振变换器采用传统PID控制时抑制负载冲击能力差的问题,提出采用金豺优化算法(golden jackal optimization,GJO)的改进线性自抗扰控制方法。该方法基于状态空间表达式,结合降阶模型中的参数信息,改进扩张状态观测器的系数矩阵。利用频域拟合的方法获得线性自抗扰控制器参数初值,避免了繁复的人工调参过程。使用GJO算法对线性自抗扰控制器参数寻优,进一步改善控制器性能。实验结果表明,相较于PSO-PID控制器,GJO-MLADRC控制器有效提高了LLC谐振变换器在系统扰动较大的情况下的动态性能,在负载突增、突降2种工况下,调节时间分别缩短了1.5、1.0 ms,输出电压最大波动量分别减小0.10、0.05 V,改进后的LADRC控制策略有效地抑制了恒压模式下负载波动对输出电压的扰动。

致密砂岩储层可动流体分布特征及主控因素

针对鄂尔多斯盆地富县地区长8储层流体分布差异显著、孔隙结构复杂、渗流能力相对薄弱等问题,选取研究区5块典型岩样开展测试分析,利用铸体薄片、扫描电镜(SEM)、X衍射黏土矿物分析(XRD)、恒速压汞实验,对可动流体主控因素进行分析。研究表明:致密砂岩储层中可动流体饱和度为26.31%~50.61%,平均值为35.15%;可动流体孔喉半径为0.10~0.50μm;T_(2)截止值为6.69~49.90 ms,可动流体最小孔喉半径为0.16~0.36μm。储层渗透率较孔隙度对可动流体的控制更强;中值半径、最大孔喉半径、平均孔喉半径与可动流体均具有正相关性,中值半径影响较大;长石含量越高,越容易形成长石溶孔,可动流体饱和度越大;I类和Ⅱ类储层中高岭石含量较高,呈分散质点式填充孔隙,Ⅲ类储层中伊利石和伊蒙混层含量较高,呈搭桥式分割孔隙,是堵塞孔喉的主要原因。该研究成果可为提高致密油藏采收率提供参考和借鉴。

基于双重约束的并网逆变器电流自动化控制方法研究

为降低并网逆变器逆变的并网电流畸变率,提出基于双重约束的并网逆变器电流自动化控制方法。以典型的三相LCL并网逆变器为例,分析其运行状态;并确定并网逆变器在进行逆变转换时,谐波对于逆变器并网电流的影响,计算并网逆变器环路增益函数;采用输出电流直接前馈的改进阻尼控制方法实现电流自动化控制,并引入全局-局部稳定双重约束原则,确定最佳的谐振抑制参数,提升电流的控制效果。测试结果显示,该方法的并网逆变器的电流畸变率均低于5%,电流跳变过程中,可在0.2 s内有效控制跳变电流结果。

CLLLC谐振变换器的分级寻优模型预测控制

针对CLLLC谐振变换器提出了一种基于分级寻优模型预测的混合控制策略。通过结合变频控制与移相控制的优点,在实现软开关的同时,能拓宽变换器的电压增益范围。该策略不仅减小了普通有限集模型预测控制(MPC)策略的计算量,还改善了PI控制存在的电压超调大和动态响应慢的问题,在稳态性能相近的情况下提升了变换器系统的动态性能。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验证明了分级寻优MPC策略的有效性。

基于双闭环控制的三相四线制逆变器控制研究

三相四线制逆变器具有更好的不平衡负载驱动能力,被广泛用于不间断电源等领域。对于这种离网模式下的逆变器而言,通常使用电压电流双闭环控制模式对输出进行控制。提出一种无需坐标变换的电压电流双闭环控制,实现输出三相之间完全解耦。由于准比例谐振(Quasi Proportional Resonance,QPR)控制对交流信号的控制效果更好,因此电压外环采用QPR控制,电流内环采用比例控制。实验证明了所提控制方法的有效性。

定频PWM控制混合桥双LLC谐振变换器研究

针对宽输出电压应用中传统频率控制LLC谐振变换器工作频率范围宽且存在较大循环电流的问题,提出1种定频PWM控制混合桥双LLC谐振变换器。根据原边侧结构的不同,所提变换器有3种拓扑结构形式,分别为半桥-半桥双LLC谐振变换器、半桥-全桥双LLC谐振变换器、全桥-全桥双LLC谐振变换器。其中,原边侧结构并联输入,2个变压器二次侧串联输出。相较于传统频率控制LLC变换器,3种拓扑形态始终在谐振频率点工作,缩小了开关频率范围;在PWM控制策略下,可以分别实现2倍电压增益、3倍电压增益和4倍电压增益以适应宽电压场合;电路中循环电流损耗低,软开关性能良好。Simulink仿真和实验结果验证了所提方案的可行性。