针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。该方法根据参考矢量的空间位置,让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线...针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。该方法根据参考矢量的空间位置,让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线评估。对于三电平三相逆变器,快速有限控制集模型预测控制方法使参与计算的电压矢量由27个减少到12个,大大提高计算效率。最后,建立起5 k W二极管钳位型三电平三相逆变器实验平台。对于传统有限控制集模型预测控制和快速有限控制集模型预测控制进行对比稳态和动态实验。实验结果表明:所提出快速有限控制集模型预测控制方法使系统具有良好的静、动态性能。展开更多
为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提...为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在Matlab/Simulink中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。展开更多
三有源桥(triple active bridge,TAB)变换器可以灵活连接多个电压等级,在直流微网、混合储能等领域受到广泛关注.模型预测控制是提升TAB变换器动态性能、实现端口解耦的有效策略.然而,由于TAB变换器功率传输模型复杂,采用连续集模型预...三有源桥(triple active bridge,TAB)变换器可以灵活连接多个电压等级,在直流微网、混合储能等领域受到广泛关注.模型预测控制是提升TAB变换器动态性能、实现端口解耦的有效策略.然而,由于TAB变换器功率传输模型复杂,采用连续集模型预测控制,代价函数求解极其困难,工程应用价值低.本文结合有限集模型预测控制,首次提出了一种应用于TAB变换器的移相离散集模型预测控制方法.该方法在每个控制周期内通过对有限个离散化的移相角组合进行局部寻优,继而滑动寻优窗口,最终实现全局最优控制.该方法既保证了优异的动态性能、解耦性能,又避免了复杂的非线性方程组求解,极大增强了控制策略的实用性.同时,本文还分析了移相离散集模型预测控制中权重系数、离散增益、预测范围的优化配置.最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性.展开更多
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free p...永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。展开更多
该文基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA),为永磁同步电机驱动提出一种扩张控制集模型预测电流控制策略(model predictive current control,MPCC)。由于在每个控制周期内只有8个基本电压矢量可供选择,传统有限控...该文基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA),为永磁同步电机驱动提出一种扩张控制集模型预测电流控制策略(model predictive current control,MPCC)。由于在每个控制周期内只有8个基本电压矢量可供选择,传统有限控制集模型预测电流控制(finite control set MPCC,FCS-MPCC)稳态性能较低。为此,文中采用具有818个可选矢量的ECS来实现更精细的电压输出。为减轻因电压矢量大幅增加而带来的计算负担,设计一种简化的最优矢量搜索策略,且可推广用于其他多目标成本函数。基于算法固有并行性,将所提ECS-MPCC方法在FPGA中进行实现,使电流环总控制时间缩短至0.59μs,从而可以消除计算延迟,提高电流环动态性能。最后,通过仿真和实验,验证所提ECS-MPCC策略的有效性。实验结果表明,与传统FCS-MPCC相比,ECS-MPCC的相电流总谐波失真降低77%。展开更多
基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通...基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。展开更多
变流器有限控制集模型预测控制(finite control setmodel predictive control,FCS-MPC)算法是一种变流器优化控制算法。该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活且无需PWM调制器和相关参数设计等优点,但仅可确保所选开关函数组合在一个...变流器有限控制集模型预测控制(finite control setmodel predictive control,FCS-MPC)算法是一种变流器优化控制算法。该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活且无需PWM调制器和相关参数设计等优点,但仅可确保所选开关函数组合在一个控制周期内的最优,这样将使得系统控制趋于保守,而影响系统控制性能。分析传统变流器FCS-MPC算法的保守性,提出一种在一个控制周期内同时考虑最优开关函数组合及次优开关函数组合,并确保在两个控制周期内所选开关函数组合最优的多步预测的FCS-MPC算法(finitecontrol set model predictive control with multi-step prediction,FCS-MPCMSP);进行采用该算法的两电平三相电压型逆变器在空载、带阻感性负载、带非线性负载及负载投入等工况下的仿真和实验。仿真及实验结果表明:采用该算法的三相电压型逆变器输出电压与给定电压的差值明显小于采用传统FCS-MPC算法的情况,改善了逆变器输出电压质量,从而验证了该算法的有效性及可行性。展开更多
逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control ...逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。展开更多
有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指...有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。展开更多
文摘针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。该方法根据参考矢量的空间位置,让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线评估。对于三电平三相逆变器,快速有限控制集模型预测控制方法使参与计算的电压矢量由27个减少到12个,大大提高计算效率。最后,建立起5 k W二极管钳位型三电平三相逆变器实验平台。对于传统有限控制集模型预测控制和快速有限控制集模型预测控制进行对比稳态和动态实验。实验结果表明:所提出快速有限控制集模型预测控制方法使系统具有良好的静、动态性能。
文摘为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在Matlab/Simulink中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。
文摘三有源桥(triple active bridge,TAB)变换器可以灵活连接多个电压等级,在直流微网、混合储能等领域受到广泛关注.模型预测控制是提升TAB变换器动态性能、实现端口解耦的有效策略.然而,由于TAB变换器功率传输模型复杂,采用连续集模型预测控制,代价函数求解极其困难,工程应用价值低.本文结合有限集模型预测控制,首次提出了一种应用于TAB变换器的移相离散集模型预测控制方法.该方法在每个控制周期内通过对有限个离散化的移相角组合进行局部寻优,继而滑动寻优窗口,最终实现全局最优控制.该方法既保证了优异的动态性能、解耦性能,又避免了复杂的非线性方程组求解,极大增强了控制策略的实用性.同时,本文还分析了移相离散集模型预测控制中权重系数、离散增益、预测范围的优化配置.最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性.
文摘永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。
文摘中低压直流配电系统中直流变压器(DCtransformer,DCT)常采用模型预测控制(model predictive control,MPC)来改善系统的动态响应特性,但其参数依赖性强与传输功率不均衡是限制MPC发展的关键性因素。为此提出了一种无模型预测控制(modelfreepredictivecontrol,MFPC)方法,其具备参数不敏感与传输功率自均衡的优势。首先,建立双有源桥(dual active bridge,DAB)的超局部模型,通过辨识模型中的集总扰动,来实时计算无源器件与未建模部分参数,提高了控制系统的鲁棒性。然后,将集总扰动与输入均压集成到输出电压的离散模型,在不增加额外计算量的情况下,提高了DCT在参数不匹配工况下的输出电压精度与功率均衡能力。最后,搭建了一套120V/600W的实验样机,验证了所提控制方法的有效性和优越性。
文摘该文基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA),为永磁同步电机驱动提出一种扩张控制集模型预测电流控制策略(model predictive current control,MPCC)。由于在每个控制周期内只有8个基本电压矢量可供选择,传统有限控制集模型预测电流控制(finite control set MPCC,FCS-MPCC)稳态性能较低。为此,文中采用具有818个可选矢量的ECS来实现更精细的电压输出。为减轻因电压矢量大幅增加而带来的计算负担,设计一种简化的最优矢量搜索策略,且可推广用于其他多目标成本函数。基于算法固有并行性,将所提ECS-MPCC方法在FPGA中进行实现,使电流环总控制时间缩短至0.59μs,从而可以消除计算延迟,提高电流环动态性能。最后,通过仿真和实验,验证所提ECS-MPCC策略的有效性。实验结果表明,与传统FCS-MPCC相比,ECS-MPCC的相电流总谐波失真降低77%。
文摘基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。
文摘变流器有限控制集模型预测控制(finite control setmodel predictive control,FCS-MPC)算法是一种变流器优化控制算法。该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活且无需PWM调制器和相关参数设计等优点,但仅可确保所选开关函数组合在一个控制周期内的最优,这样将使得系统控制趋于保守,而影响系统控制性能。分析传统变流器FCS-MPC算法的保守性,提出一种在一个控制周期内同时考虑最优开关函数组合及次优开关函数组合,并确保在两个控制周期内所选开关函数组合最优的多步预测的FCS-MPC算法(finitecontrol set model predictive control with multi-step prediction,FCS-MPCMSP);进行采用该算法的两电平三相电压型逆变器在空载、带阻感性负载、带非线性负载及负载投入等工况下的仿真和实验。仿真及实验结果表明:采用该算法的三相电压型逆变器输出电压与给定电压的差值明显小于采用传统FCS-MPC算法的情况,改善了逆变器输出电压质量,从而验证了该算法的有效性及可行性。
文摘逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
文摘有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。
