基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

基于参数辨识的三相电压型整流器VF-DPC策略

三相电压型整流器(VSR)虚拟磁链定向的直接功率控制(VF-DPC)对电感参数的变化较敏感。为此,提出了一种基于电感参数在线辨识的三相VSR的VF-DPC策略。首先,此处介绍了三相VSR的数学模型及最小二乘法参数辨识原理。然后,提出了一种基于最小二乘法的电感参数在线辨识策略。其次,针对常规虚拟磁链计算方法受纯积分运算影响的问题,提出了一种最小阶虚拟磁链观测器。最后,通过将辨识的电感参数输入到所设计的最小阶虚拟磁链观测器,可以大大提高虚拟磁链的观测精度,进而可提高三相VSR的功率控制精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

数值天气预报模式的行星边界层方案热力预报变量选择

在数值天气预报模式中,大气边界层湍流混合由行星边界层方案承担.传统的边界层方案多采用位温作为热力学预报变量,计算感热通量并获得位温的湍流倾向,多数边界层方案设计之初,也往往只考虑干边界层中的位温湍流混合.事实上,驱动边界层热对流的是浮力而非热力,前者还包含了水汽的作用,由虚位温表征.基于湍流可分辨的大涡模拟来评估传统边界层方案所参数化的感热通量在湿边界层中的适用性,重点关注方案中涉及逆梯度修正项的关键系数,同时也考察浮力通量的参数化评估结果显示浮力通量在干湿边界层中具备一致性,其模式系数不随水汽条件变化,因此,推荐以虚位温替代位温作为行星边界层方案热力预报变量.

Effects of Precipitation on Sonic Anemometer Measurements of Turbulent Fluxes in the Atmospheric Surface Layer

Effects caused by precipitation on the measurements of three-dimensional sonic anemometer are analyzed based on a field observational experiment conducted in Maoming, Guangdong Province, China. Obvious fluctuations induced by precipitation are observed for the outputs of sonic anemometer-derived temperature and wind velocity components. A technique of turbulence spectra and cospectra normalized in the framework of similarity theory is utilized to validate the measured variables and calculated fluxes. It is found that the sensitivity of sonic anemometer-derived temperature to precipitation is significant, compared with that of the wind velocity components. The spectra of wind velocity and cospectra of momentum flux resemble the standard universal shape with the slopes of the spectra and cospectra at the inertial subrange, following the-2/3 and-4/3 power law, respectively, even under the condition of heavy rain. Contaminated by precipitation, however, the spectra of temperature and cospectra of sensible heat flux do not exhibit a universal shape and have obvious frequency loss at the inertial subrange. From the physical structure and working principle of sonic anemometer, a possible explanation is proposed to describe this difference, which is found to be related to the variations of precipitation particles. Corrections for errors of sonic anemometer-derived temperature under precipitation is needed, which is still under exploration.

考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量DFIG功频响应特性建模

含有虚拟惯量控制的双馈风电机组的频率响应特性受风电本体和控制环节等因素影响,该文提出一种考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量双馈风电机组功频响应特性建模方法。首先,分析含虚拟惯量控制的双馈风电机组在受扰后的运行特性,基于小信号线性化方法分别建立风轮机、异步发电机及其轴系、转子侧功率环控制以及电流环控制的状态方程;基于定子磁链定向原理化简转子磁链-电流环线性化方程,利用状态方程建立考虑转子磁链-电流环控制的风电机组五阶闭环传递函数;通过频域法量化电流环作用的转子磁链频域响应,剖析所提模型与已有简化模型之间的区别,采用摄动理论分析电流环控制参数对所提模型有功功率-频率响应的影响。最后,在含双馈风电的5节点测试系统与某实际电力系统算例中对比时域仿真结果,结果表明:所提模型的功频响应精度高、适用性强。

基于磁通叠加原理的变刚度关节设计与特性研究

基于磁通叠加原理,提出了一种机器人变刚度关节,在减少了关节质量的同时增加了关节刚度的调整速度和运动范围。阐述了通过电信号直接调整永磁-电磁混合式变刚度装置中磁通量,实现刚度改变的工作原理,并以此原理设计关节整体机构。根据磁通连续性原理和虚位移法建立了关节刚度模型,并给出关节刚度随电流和关节位置的变化关系。以变刚度关节刚度模型为基础,设计了变刚度关节位置与刚度协调控制器,搭建了变刚度关节的原理样机。实验结果表明,基于磁通叠加原理的变刚度机器人关节可以实现关节刚度的快速调节,关节的位置和轨迹跟踪精度随着刚度的增加而增加,随着频率的增加而降低。

一种改进的高铁牵引变流器反馈线性化控制策略

针对车网系统存在的低频振荡现象,提出一种结合虚拟磁链和滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制策略,在减少传感器数量的同时,提高系统的鲁棒性。首先,该文分析现有积分器的缺点,提出改进的虚拟磁链观测器,在消除直流偏置影响的同时可以进行滤波;然后,阐述所提控制策略的推导过程,包括反馈线性化控制、滑模观测器、虚拟惯量控制以及虚拟磁链观测器的设计;最后,在Simulink和硬件在环仿真平台中建立车网系统仿真模型,将该文所提控制方式与传统dq控制以及基于滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制方式进行对比。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有更好的静态和动态特性,能有效地抑制低频振荡的发生。

单相CHBR改进型无网压传感器直接功率控制

以降低单相级联H桥整流器(CHBR)系统硬件成本、改善控制系统性能为目的,提出一种改进型无网压传感器直接功率控制方法。首先,建立单相CHBR的数学模型,并通过混合逻辑动态方法估算出网侧输入电压。针对已有虚拟磁链观测器存在的缺点,提出改进型的虚拟磁链观测器,并给出详细的频域分析过程。所提观测器可以有效地解决幅、值相位误差和直流偏置问题,并且能够有效地抑制谐波。此外,提出一种基于比例积分(PI)控制器的CHBR改进型直接功率控制(DPC)方法。相较于传统DPC方法,改进型DPC取消了旋转坐标变换,不需要网压相位信息,改善了系统动态响应速度。最后,在实验样机上对已有的虚拟磁链观测器方法、直接功率控制方法以及所提改进型控制方法展开对比实验研究,结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于数字孪生技术的牵引电机低转矩脉动虚拟控制方法研究

针对牵引电机存在的高转矩脉动问题,研究了基于数字孪生技术的牵引电机低转矩脉动虚拟控制方法:设备层获取物理实体牵引电机运行数据后,经通信接口将数据传输至数据层存储;软件层调用数据层中的数据,采用Unity 3D软件完成牵引电机由物理实体到虚拟的数字孪生,构建牵引电机虚拟机三维模型,并通过显示层虚拟仿真平台展示虚拟模型及相关数据,操控者从虚拟仿真平台观察、分析虚拟模型及相关数据后,利用连续型定子磁链轨迹的控制方法,在牵引电机转速增加的情况下,通过连续转换定子磁链轨迹来降低牵引电机的转矩脉动,完成牵引电机的低转矩脉动虚拟控制。试验结果表明:构建的牵引电机虚拟机模型与物理机实体结构相同,仿真度较高,可利用以虚控实,降低牵引电机的转矩脉动,消除转矩失控的情况,保障牵引电机的安全运行。

单相级联H桥虚拟磁链模型预测功率控制

由于借助交流电压传感器测量电网电压会带来硬件成本高、安装困难及可靠性低等问题,所以为实现无网压传感器,将虚拟磁链引入级联H桥整流器模型预测功率控制中。以单相七电平整流器为例,虚拟磁链空间矢量需通过电压矢量积分获得,这个积分环节通常用一阶低通滤波器,可消除纯积分环节带来的积分初值问题和直流偏置问题,但会存在由一阶低通滤波器带来的相位偏移问题,因此提出一种相位补偿方法并应用于一阶低通滤波器对电网虚拟磁链进行估计;针对H桥整流器模块间电压不均衡问题,采用基于电压反馈的直流电压平衡控制方法,调节占空比实现电压均衡。实验结果证明了所提出的虚拟磁链模型预测功率控制的正确性和有效性。

三相并网逆变器无差拍电流预测控制方法

针对三相并网逆变器的特点,采用一种新的无差拍电流预测控制策略。与传统不加补偿的无差拍控制器相比,可改善控制上的延时,在相同的采样频率下可使输出电流畸变减少,提高三相并网逆变器的性能。为进一步提高三相并网逆变器的可靠性和降低并网逆变器的成本,提出一种基于软件锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。将无差拍电流预测控制和无电网电压传感器控制相结合,为三相并网逆变器提供一种高性能的解决方案。最后实验验证了该方案的可行性和正确性。

一种采用虚拟磁链模型预测的新型PWM算法

针对变流器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM),基于虚拟磁链的模型预测,提出一种新型脉宽调制算法(novel algorithm of pulse-width modulation,NPWM)。建立由正弦调制电压和变流器输出电压构成的虚拟磁链模型,以磁链误差最小为优化目标建立价值函数,采用模型预测获取最优目标电压矢量。基于单一目标预测方法,提出一种多目标预测方案,确保在磁链误差范围一定的前提下降低器件平均开关频率,依据建立的价值函数分析算法流程。仿真和实验比较两种预测算法下NPWM调制和空间矢量脉宽调制的控制效果,验证两种预测方法下NPWM算法的有效性。

PWM整流器的改进虚拟磁链定向矢量控制

针对PWM整流器虚拟磁链定向矢量控制(VFOC)策略中存在因积分初始值选取不当造成的直流偏移问题,设计了改进的带饱和限幅反馈环节积分器的虚拟磁链观测器。对基于纯积分器、惯性环节以及所提出改进方法的3种虚拟磁链观测器进行了对比分析,并给出了基于改进VFOC的PWM整流器系统的仿真与实验波形。结果表明,所提出改进方法在任意交流电压初始相位情况下均很好地观测出了虚拟磁链,证明了所提出的改进控制策略的正确性和可行性。

中、小型土石坝渗流场三维有限元分析方法及应用

针对中、小土石坝工程的特点以及存在渗流安全的问题,采用改进的节点虚流量法,得到求解土石坝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序.依托某土石坝工程,建立三维有限元渗流场计算模型,对正常蓄水时该坝坝体和坝基的渗流场进行了仿真计算,得到了相应的水头分布、浸润线以及渗漏量,并对该坝设计防渗体系下坝区渗流场规律和特点进行了分析.结果表明,该方法对中、低土石坝渗流溢出点和浸润线定位合理、准确,能够很好地模拟坝区渗流场规律,可为中、低土石坝的渗流安全评价提供参考.

基于虚拟磁链直接功率控制的光伏并网逆变器控制策略研究

将基于虚拟磁链直接功率控制策略VF?DPC(virtual-flux-linkage direct power control strategy)应用于光伏并网电压源型逆变器。引入虚拟磁链的概念并用于计算瞬时有功和无功功率,结合空间矢量SVM(Space Vector Modulation)技术,构成固定开关频率三相并网逆变器DPC控制策略。该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计,降低了对控制器和A/D采样的要求。仿真和实验结果表明实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。

有自由面渗流分析中密集排水孔幕的数值模拟

为准确模拟有自由面渗流场中密集排水孔幕的渗流行为,提出排水孔连续剖分新模式,避免了排水子结构算法中排水孔与整体网格不连续带来的计算困难,并在顶排型排水孔孔端设置虚拟的"渗流开关器",来实现对其作用的甄别。当排水孔失效,"开关器"关闭时只需把孔内结点作为内部点,避免了对失效排水孔按边界再处理的麻烦。排水孔的连续剖分和"开关器"的设置,既可以精细的模拟每个排水孔的作用、解决自由面穿越排水孔问题,又使大规模密集排水孔的模拟大为简化。算例验证了该方法的准确性和实用性。

基于虚拟磁链的PWM整流器数学模型及仿真

分析了PWM整流器工作原理,建立了电压型PWM整流器在αβ,dq坐标系下的数学模型,并在此基础上,通过应用虚拟磁链概念,提出了三相电压型PWM整流器在αβ,dq坐标系下的虚拟磁链模型。此模型输出直流电压动态响应快,能够准确控制输入电流,使其畸变率较低。针对这些不同数学模型,运用MATLAB/SIMULINK开发了PWM整流器仿真模块,通过仿真对各个模型进行比较,仿真结果证明了虚拟磁链模型的正确性和优越性。

采用参数辨识及新型主动阻尼控制的LCL滤波脉宽调制整流器

采用LCL滤波器的脉宽调制整流器一般需要检测电网电压、电流及直流母线电压,为抑制谐振还需检测交流滤波电容支路电压或电流。过多的传感器增加了整流器成本,且检测所得电网电压实际易受电网内感抗干扰,影响整流器稳定运行。首先提出一种基于电网参数辨识的虚拟磁链定向控制方法。在整流器启动之前,采用遗传算法辨识电网感抗、频率、幅值和初始相位角等参数,以获得虚拟磁链及其初值的精确观测。为抑制LCL滤波器谐振,提出一种通过一阶高通滤波器回馈整流器侧电流高频分量的新型有源阻尼控制方法,建立频域模型,分析高通滤波器参数对谐振抑制效果的影响。所提控制策略只需检测直流母线电压及整流器侧两相电流,省去了电网电压传感器及交流滤波电容支路电压或电流传感器。仿真和实验分析证实了该控制策略有效性。

模块化多电平变流器的直接功率控制仿真研究

新型模块化多电平变流器(modular multilevelconverter,MMC)通常采用双闭环矢量控制策略,针对该方法存在的需调整控制参数较多、动态响应慢等问题,研究MMC的直接功率控制策略及电容电压平衡方法。首先,将现有的桥臂模块电压排序法与参考信号中叠加平均值控制量的方法进行综合,控制电容电压平衡;然后,在桥臂内电容电压相互平衡的基础上,利用双闭环PI调节器控制桥臂间各电容电压保持一致并跟踪给定,使电压波动范围明显减小,提高变流器输出波形质量;最后,将变流器虚拟磁链直接功率控制策略应用于MMC。研究该种拓扑结构下的功率估计方法,并利用Matlab对所设计系统进行仿真验证,结果表明所提控制方法正确、有效。