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基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

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电力系统及其自动化学报 2024年第4期36卷 141-149页

作者：王浩聂晶莹李斌康博阳张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454003 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室焦作454003

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表... 详细信息

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。

关键词：交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模电压稳定

不平衡电网下隔离型固态变压器非线性一体化控制

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电网技术 2022年第6期46卷 2317-2326页

作者：张国澎李子汉王浩杨明河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454003

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solid state transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承... 详细信息

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solid state transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承受的电压应力与交流侧的并网电流质量更加难以保障,影响着SST的运行安全与适用性。为此,根据SST前后级的非线性特性,建立三相电网不平衡条件下SST一体化仿射非线性模型。在此基础上,采用输入-输出精确反馈线性化的方法,实现前级电流环、前后级级间电压与SST直流侧电压的解耦,加强了前后2级功率传递的一致性,保障了SST交流侧并网电流的质量。为进一步提高系统整体的动态性能,将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,改善了系统对参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果验证了以上方法的正确性与有效性。

关键词：固态变压器不平衡电网前后级精确反馈线性化滑模控制

基于采煤机和刮板输送机能耗模型的速度协同优化控制

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煤炭学报 2022年第6期47卷 2483-2498页

作者：陈迪蕾郑征黄涛张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 河南理工大学河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室河南焦作454000 都灵理工大学能源系皮埃蒙特区都灵10129

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤... 详细信息

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤工艺特点,通过对刮板输送机在不同工艺阶段的煤量线密度、实时煤量及运行阻力的分析,建立了刮板输送机的能耗模型。为验证该模型的合理性,以山西某煤矿9105综采工作面双机系统作为研究对象,通过MATLAB仿真得到的双机基准速度及其同比率增加或减少时的系统能耗变化趋势与实际经验相符。为明确牵引速度、滚筒转速及刮板链速度变化对采煤机和刮板输送机能耗的影响,通过对45组不同速度协同组合下采煤机和刮板输送机的能耗变化情况进行仿真分析,得出双机能耗最速下降路径的速度协同组合方向。其次,在满足采煤量、速度要求、生产时间等约束条件下,以采煤机和刮板输送机协同运行时的总能耗最小为目标,建立了双机速度协同优化模型,提出基于双机能耗模型的速度协同优化控制方法。为突出协同优化控制方法的优势,以同一综采工作面为研究对象,通过仿真得到优化协同速度及相应的能耗,与基准速度下的能耗相比,在一个生产循环中,采煤机可节能4.47%,刮板输送机可节能11.71%,双机系统总节能可达10.9%,因此,所提出的协同优化控制方法能有效降低采煤机和刮板输送机双机系统的能耗。

关键词：速度协同优化控制能耗模型采煤机刮板输送机

LCL型并网逆变器新型电容电压有源阻尼策略

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太阳能学报 2023年第2期44卷 399-408页

作者：杨明宋明洋张国澎解宝河南理工大学电气工程与自动化学院(河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室) 焦作454003 光伏系统教育部工程研究中心(合肥工业大学) 合肥230009

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传... 详细信息

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传感器成本,将其优化为电容电压正反馈有源阻尼策略,在电容电压两端添加合适的正反馈阻尼环节,使得系统的有效阻尼区扩大为(0,0.477f3)。分析结果表明该策略使得并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性,即使谐振频率等于1/6采样频率时,系统也具有较好的稳定性。最后,以三相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了该策略的正确性。

关键词：数字控制弱电网并网逆变器有源阻尼有效阻尼区

隔离型交−直流固态变压器前后级一体化滑模控制

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浙江大学学报（工学版） 2022年第3期56卷 622-630页

作者：张国澎李子汉王浩郑征河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

为了提高固态变压器(SST)控制系统的动态性能和鲁棒性,提出SST前后级一体化滑模控制方法.根据SST前后级的非线性特性,建立整体仿射非线性的数学模型,采用输入−输出精确反馈线性化,实现前级电流环、前后级级间电压以及SST直流侧电压的解... 详细信息

为了提高固态变压器(SST)控制系统的动态性能和鲁棒性,提出SST前后级一体化滑模控制方法.根据SST前后级的非线性特性,建立整体仿射非线性的数学模型,采用输入−输出精确反馈线性化,实现前级电流环、前后级级间电压以及SST直流侧电压的解耦,加强前后两级功率传递的一致性.将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,进一步提高系统整体动态性能,改善系统对参数摄动的鲁棒性.仿真和实验结果表明,在外部发生扰动时,SST采用一体化滑模控制方法能够快速、有效地调整电网侧电压、两级间电压和直流侧电压的波动,改善前、后级功率传递的一致性,在发生参数变化时仍具有较强的鲁棒性.

关键词：固态变压器前后级精确反馈线性化暂态性能一体化滑模控制

三电平混合全桥DC-DC变换器全局电流应力优化与回流功率优化对比分析

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电力系统保护与控制 2023年第4期51卷 126-137页

作者：陶海军张金生肖群星张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室河南焦作454003

三电平双有源混合全桥(hybrid three level full bridge,H-TLFB)DC-DC变换器在双重移相控制下存在回流功率和电流应力较大的问题,为此提出电流应力优化控制和回流功率优化控制两种优化控制策略。首先分析变换器4种工作模态,推导不同模... 详细信息

三电平双有源混合全桥(hybrid three level full bridge,H-TLFB)DC-DC变换器在双重移相控制下存在回流功率和电流应力较大的问题,为此提出电流应力优化控制和回流功率优化控制两种优化控制策略。首先分析变换器4种工作模态,推导不同模态下电流应力、回流功率的表达式,通过对比求解全局内最小电流应力、最小回流功率对应最优移相比,并设计相应优化控制策略。然后基于相同传输功率段将两种优化控制策略进行对比分析,发现两种优化控制策略均可在全功率传输内对变换器进行优化。当1/2

关键词： H-TLFB DC-DC变换器回流功率电流应力优化控制

基于PLC的农机零部件加工中机床电气控制系统

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农机化研究 2022年第10期44卷 193-197页

作者：李磊张国澎河南工业和信息化职业学院河南焦作454000 河南理工大学河南焦作454000

分析了PLC控制器的结构和工作原理,并利用PLC控制技术实现了农机零部件加工机床电气控制系统软硬件设计及对加工机床进行精确控制。实验结果表明:主轴电动机在空载和有负载时电流波形正常,其电流形状和幅值具有较好的一致性,说明农机零... 详细信息

分析了PLC控制器的结构和工作原理,并利用PLC控制技术实现了农机零部件加工机床电气控制系统软硬件设计及对加工机床进行精确控制。实验结果表明:主轴电动机在空载和有负载时电流波形正常,其电流形状和幅值具有较好的一致性,说明农机零部件加工机床电气控制系统稳定性和可靠性较高。

关键词：农机零部件加工机床电气控制 PLC控制器

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

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电力系统保护与控制 2023年第16期51卷 94-103页

作者：王浩聂晶莹李斌张国澎韦延方王晓卫河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室河南焦作454003 西安理工大学电气工程学院陕西西安710048

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合... 详细信息

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。

关键词：交直流混合微电网互联接口变换器电压不平衡分数阶滑模控制正负序分离电压稳定

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级联H桥整流器谐波分析及混合控制

电力系统保护与控制 2023年第22期51卷 24-33页

作者：陶海军张晨杰赵蒙恩宋佳瑶张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室河南焦作454000

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略... 详细信息

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。

关键词：级联H桥整流器动态响应二倍频纹波混合控制 N次陷波滤波器