基于切换系统的独立微电网稳定控制设计

独立微电网是一个复杂的非线性系统,为解决典型光储柴独立微电网在能源约束下存在控制单元切换的问题,提出将非线性切换系统理论应用到主从控制下的主控单元切换问题上。首先,当主从控制下的储能系统和柴油发电机分别作为主控单元时,将它们视为两个子系统,建立非线性切换系统模型。然后,应用多Lyapunov函数法分析切换系统的稳定性,同时利用backstepping方法分别设计子系统的非线性控制器,保留系统的非线性特征。最后,采用美国国家能源实验室开发的仿真软件中的硬充电策略作为切换策略,保证切换过程中系统的稳定性。通过MATLAB仿真证明了所设计方法的有效性。

基于无扰切换的航空发动机性能与安全协调控制设计

为了提高发动机的转速调节性能并保证安全性,针对航空发动机控制系统,本文提出一种性能与安全协调切换控制策略,并设计一种无扰切换控制策略抑制切换造成的信号突变问题。首先,将发动机性能与安全协调控制问题描述成输出受限的状态跟踪切换控制问题,利用多Lyapunov函数方法分别设计性能回路和安全保护回路控制器。然后,为了避免切换导致控制信号突变对系统造成危害,提出一种基于可调插值函数的无扰切换控制策略,并给出无扰切换的稳定性充分条件。最后,将所提出的基于无扰切换的航空发动机性能与安全协调控制策略应用于航空发动机控制系统仿真试验中。结果表明,无扰切换策略的信号变化比直接切换的减少约21%,表明了所提方法的有效性。

基于动态相量法的地铁牵引整流机组谐波传递研究

牵引整流机组在运行过程中具有非线性时变特性,对谐波扰动的传递作用导致其交直流侧的谐波交互影响,成为威胁地铁牵引供电系统安全稳定的潜在隐患。为揭示牵引整流机组交直流侧谐波传递的内在机理,采用基于动态相量表达的电压、电流开关函数描述牵引整流机组的非线性时变特性,分析整流变压器不同连接方式对开关函数的影响,给出开关函数的各阶动态相量计算式。以调制理论为框架,采用基于动态相量的矩阵运算进行牵引整流机组谐波传递计算,包括交流侧谐波电压传递和直流侧谐波电流传递,模拟牵引整流机组谐波传递过程,明确了谐波频率的变换关系。通过与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态仿真结果进行对比,验证了该方法的正确性和有效性,可为滤波装置参数设计与谐波抑制策略制定提供参考。

低载波比牵引系统的感应电机特征根离散化模型研究

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题,该文提出了感应电机特征根离散化模型。通过构建感应电机的复矢量模型状态空间方程,将满秩的状态转移矩阵进行对角化,得到状态转移矩阵的精确离散化结果,该模型在低载波比时仍具有较高的离散化精度。同时,提出了一种基于伯德图的离散化误差定量分析方法,通过定量对比不同离散化模型和连续域模型之间观测变量的幅值和相位误差,从理论上证明了提出方法的优越性。最后,通过仿真和实验验证了上述感应电机特征根离散化模型在低载波比下均具有良好的稳态精度与暂态跟随性能。

脉冲恒功率负载直流系统的切换稳定性分析

带脉冲恒功率负载的直流供电系统(DC power supply system with pulse constant power load,PCPL-DCPS)运行过程随脉冲参数的变化包含多种不同运行状态。目前电力系统单模态大信号稳定性分析方法无法适用于中高频状态脉冲负载的稳定性分析。为此,提出了一种结合切换理论和混合势函数法的统一大信号稳定性分析方法。该方法以快慢切换驻留时间为界,划分了切换系统快慢切换稳定域,并以满足不同驻留时间为条件,提出不同域的大信号稳定性分析原则。以PCPL-DCPS为研究对象进行仿真试验,对比单模态稳定性判据和渐进稳定域域界,验证了快慢切换稳定域界划分和分析方法更合理,并进一步将切换系统稳定性与脉冲频率关联,得到了更为统一和直观的表达式。所述方法适用于全时段的切换电力系统,也可扩展应用到带脉冲负载的交流供电系统的稳定性研究中,进一步指导脉冲负载的峰值功率、脉冲频率等参数的选取。

变电站保护装置压板分析与投退注意事项

以某220 kV变电站运行人员因万用表档位选择不当导致的电气二次误操作事件为例,阐述变电站保护装置压板分类和主要功能投退方式,并对功能硬压板开入回路和出口硬压板开出回路的回路特点和电位开展具体分析,结合现场实际提出保护装置压板投退防误动预控措施。

电网电压不平衡对STATCOM的影响及抑制

采用开关函数法分析了不平衡电压对装置的影响,提出一种新的双环控制策略,抑制了负序电压对STATCOM的影响,对开关函数进行了改进,抑制了3次谐波电流,保障了装置的安全可靠运行。通过将STATCOM控制为受电压控制的电流源来补偿系统电压的不平衡,其补偿效果和控制参数紧密相关,合理选择公共连接点(PCC)处电压的相角可保证在STATCOM补偿性能最优的情况下补偿容量最小。仿真和实验结果验证了本文的控制策略及理论分析的正确性和有效性。

HVDC滤波换相换流器的阻抗频率特性

高压直流输电(HVDC)换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素,滤波换相换流器(filter commutated converter,FCC)是一种具有阀侧谐波抑制兼无功功率补偿功能的换流器,文章简要论述了FCC的接线方案和工作机理,并基于开关函数法对计及换流器换相过程影响下的FCC交、直流等值阻抗计算式进行了理论推导。以直流输电开发平台为例,对传统电网换相换流器(line commutated converter,LCC)与FCC的阻抗频率特性计算结果进行对比,仿真结果表明换流器的阻抗频率特性对交流系统的谐振频率有着不可忽略的作用,FCC在一定程度上提高了交流系统强度,改善了系统稳定性,有效降低了系统谐振频率下的交流等值阻抗,从而更好避免直流输电系统谐波不稳定现象的发生。

PWM逆变器的建模与双环控制策略

为准确分析有源逆变器的运行特点,根据系统控制策略的需要,在考虑了有源逆变器输出的基础上采用开关函数法建立了有源逆变器的开关周期平均模型。提出一种前馈加双环控制的控制策略,它的双环控制包括一个电感电流内环控制和一个瞬时电压外环控制。仿真结果显示该系统有很好的正弦波输出波形,快速的动态响应和高精度的输出电流。

并联混合型有源电力滤波器的建模

为准确分析有源滤波器的运行特点,根据系统控制策略的需要,在考虑了有源滤波器输出的基础上采用开关函数法建立了并联混合型有源电力滤波器的数学模型,这样可推导出装置在系统中电压与电流的关系用于控制信号的产生。实践表明通过采用这种方法建立的模型对有源滤波器的滤波效果比较明显。

大功率有源电力滤波器的建模与应用

为实现较好的滤波效果,确保系统安全稳定运行,针对大功率混合型有源电力滤波器的补偿电流是通过控制逆变器的输出电压来产生适当输出电流的情况,在考虑有源滤波器的输出滤波器的基础上,利用开关函数法建立了大功率混合型有源电力滤波器的数学模型,为将电流参考信号转化为电压参考信号进行控制提供理论依据。实验仿真和工程应用都表明根据系统数学模型所设计有源滤波器的控制器能达到较好的滤波效果。

具有输入时滞切换系统的稳定性分析与控制

研究了一类具有输入时滞的切换系统的稳定性分析和控制综合,提出了一种状态反馈控制器的设计方法.设计时,首先用还原法将具有时滞输入的切换系统转化为无时滞的系统,然后运用Lyapunov稳定性理论推出了系统在控制器的作用下稳定的充分条件,此条件可化为可解的标准LMI形式.最后,给出了一个例子阐明结果的可行性.

电网电压不平衡条件下微网恒功率控制策略研究

在基于平衡假设的前馈解耦恒功率控制是微网典型的控制策略,通过对该策略进行功率分析,并釆用开关函数法进行并网逆变器输出特性分析,针对电网电压不平衡条件下负序和3次谐波现象,在原有PQ控制控制结构基础上叠加一个前馈电压负序控制环,使微网并网逆变器产生一个与公共连接点不平衡电压中负序分量大小相等相位相同的电压,实现微网并网节点的三相对称控制,改进的开关函数调制法的采用抑制了3次谐波的输出。仿真和实验结果表明,改进的微网不平衡PQ控制策略提高了微网在电网电压不对称条件下的生存能力。

单相二极管箝位三电平电压源型换流器谐波分析

电压源型换流器(voltage source converters,VSC)正常工作时会产生谐波,对电网造成污染。因此,有必要建立其谐波分析模型,分析谐波产生机理和相互作用规律。本文首先分析了单相二极管箝位三电平电压源型换流器时域下的数学模型且建立不同调制方式下开关函数的动态相量模型,并将单相三电平时域模型转化为动态相量谐波分析模型;然后基于龙格库塔法解得不同调制方式下,交流侧电流和直流侧电压各次谐波含量;接着,通过仿真分析,验证了所提出谐波分析模型的正确性;最后,通过分析单相三电平电压源型换流器的动态相量模型,揭示了交流侧电流和直流侧电压谐波产生的机理和相互影响规律。

基于电流电压内在关系的SAPF的SVPWM控制算法的研究及稳定性分析

为了提高并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)的电流跟踪性能,提出一种基于SVPWM的并联型有源电力滤波器的电流跟踪控制算法。由于SAPF参考指令是电流值,而SVPWM参考指令是电压值,因此根据电流电压内在关系将SVPWM控制算法与SAPF的参考指令电流相结合,通过改变SVPWM调制方式减少功率器件的开关次数,从而降低功率器件的开关损耗,提高控制性能。并且通过构造Lyapunov函数,对SVPWM控制的SAPF的稳定性进行了分析。仿真和实验结果证明该算法简单,可以很好地跟踪指令电流,能实现对SAPF的实时控制,并且具有非常好的谐波补偿效果。SAPF在负载扰动下的补偿效果证明了关于SVPWM控制的SAPF的稳定性分析的正确性。

三相有源电力滤波器的建模与控制策略分析

为准确分析有源滤波器的运行特点,根据系统控制策略的需要,在考虑有源滤波器输出的基础上,采用开关函数法建立了并联混合型有源电力滤波器的数学模型.提出一种前馈加双环控制的控制策略,其包括一个电感电流内环控制和一个瞬时电压外环控制.试验结果显示该系统有很好的正弦波输出波形,快速的动态响应和高精度的输出电流.

电液位置系统的非线性校正与描述函数法分析

采用描述函数法,利用线性系统的理论和方法对电液系统进行频域分析,并且引入逻辑切换的非线性特性使其动态性能显著提高,和其它现代控制的状态反馈法相比,该方法具有简单、可行性高的优点。

基于反步法的一类非线性切换系统控制器设计

研究一类子系统是纯反馈非线性系统的切换系统控制器设计问题.基于多Lyapunov函数和反步法,提出一种状态反馈控制律及切换规则设计方法,通过递推设计可得到使非线性切换系统稳定的反馈控制律和切换规则.将所提出的方法应用于该类非线性切换系统含有不确定性的情形,仿真算例结果表明了所提出方法的有效性.

用FDTD方法模拟稳态电磁散射时开关函数的应用

在用时域有限差分(FDTD)方法模拟稳态电磁散射时,为了减小稳态建立过程中的冲激效应,缩短建立稳态所需时间,本文引入了开关函数,并给出几种开关函数下FDTD的稳态建立过程。

基于切换系统的微电网逆变器双模式控制设计

针对微电网并网运行与孤岛运行两种模式的切换稳定性问题,提出将非线性切换系统理论应用到微电网运行模式切换问题上。将并网运行模式和孤岛运行模式看作两个子系统,通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广,来建立微电网切换系统模型。考虑模型存在不确定参数问题,应用自适应Backstepping法分别设计了切换子系统的非线性控制器。同时,构造子系统的共同Lyapunov函数,通过设计合理的切换律,从而保证微电网运行模式切换的稳定性。与传统P/Q控制和V/F控制切换相比,该控制策略有效减小了两种运行模式切换过程中出现的振荡。MATLAB/Simulink仿真结果验证了设计的控制器和切换策略的有效性。