针对清洁能源发电并网逆变器执行模型预测直接功率控制算法产生的延时问题,通过深入研究有限状态模型预测直接功率控制方法,设计模型预测协调控制策略,有效降低开关频率,实时更新功率器件开关状态,减小算法时滞。首先,在直接功率预测模...针对清洁能源发电并网逆变器执行模型预测直接功率控制算法产生的延时问题,通过深入研究有限状态模型预测直接功率控制方法,设计模型预测协调控制策略,有效降低开关频率,实时更新功率器件开关状态,减小算法时滞。首先,在直接功率预测模型基础上,对输出功率进行两步预测,实现延时补偿。其次,分析价值函数对控制品质的影响机理,通过增加开关次数附加项,设计优化的价值函数,实现并网逆变器的协调控制。为验证控制系统性能,设计5 k W实验平台。对比不同控制策略下的实验结果表明,所设计控制策略能够减小输出功率波动,降低开关频率,灵活调节输出功率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。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
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
针对如何减少三电平LCL并网逆变器电能损耗的问题,提出一种基于事件触发条件的有限控制集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)策略。首先,建立三电平LCL型并网逆变器并网电流预测模型。然后,根据控制目...针对如何减少三电平LCL并网逆变器电能损耗的问题,提出一种基于事件触发条件的有限控制集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)策略。首先,建立三电平LCL型并网逆变器并网电流预测模型。然后,根据控制目标构造FCS-MPC代价函数,并且根据系统的输入-状态稳定原理和事件触发控制的思想设计并网电流误差的事件触发条件和阈值,以减少逆变器稳定运行时的冗余开关操作,提高能量变换效率。MATLAB/Simulink仿真实验与硬件在环实验结果表明,所提出的控制策略能够保证并网逆变器稳定工作时输出电流质量前提下有效降低开关频率,设计的硬件在环实验系统可以被应用于电气工程及其自动化专业学生课堂与实验教学。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
文摘针对清洁能源发电并网逆变器执行模型预测直接功率控制算法产生的延时问题,通过深入研究有限状态模型预测直接功率控制方法,设计模型预测协调控制策略,有效降低开关频率,实时更新功率器件开关状态,减小算法时滞。首先,在直接功率预测模型基础上,对输出功率进行两步预测,实现延时补偿。其次,分析价值函数对控制品质的影响机理,通过增加开关次数附加项,设计优化的价值函数,实现并网逆变器的协调控制。为验证控制系统性能,设计5 k W实验平台。对比不同控制策略下的实验结果表明,所设计控制策略能够减小输出功率波动,降低开关频率,灵活调节输出功率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。
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。
文摘针对如何减少三电平LCL并网逆变器电能损耗的问题,提出一种基于事件触发条件的有限控制集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)策略。首先,建立三电平LCL型并网逆变器并网电流预测模型。然后,根据控制目标构造FCS-MPC代价函数,并且根据系统的输入-状态稳定原理和事件触发控制的思想设计并网电流误差的事件触发条件和阈值,以减少逆变器稳定运行时的冗余开关操作,提高能量变换效率。MATLAB/Simulink仿真实验与硬件在环实验结果表明,所提出的控制策略能够保证并网逆变器稳定工作时输出电流质量前提下有效降低开关频率,设计的硬件在环实验系统可以被应用于电气工程及其自动化专业学生课堂与实验教学。
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%。
