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四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略

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电工技术学报 2022年第10期37卷 2572-2583页

作者：吴岩王玮曾国宏吴学智唐芬国家能源主动配电网技术研发中心(北京交通大学) 北京100044

四开关Buck-Boost变换器具有多种工作模式,适用于宽电压范围变换的场合,如何选择适合的工作模式以及实现平滑的模式切换是其需要解决的关键问题。该文提出一种四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略,根据电压变换需求确定了... 详细信息

四开关Buck-Boost变换器具有多种工作模式,适用于宽电压范围变换的场合,如何选择适合的工作模式以及实现平滑的模式切换是其需要解决的关键问题。该文提出一种四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略,根据电压变换需求确定了四种工作模式,在传统Buck和Boost模式的基础上加入两种扩展模式,消除Buck和Boost模式在输入电压和输出电压接近时存在的控制死区,利用模型预测控制方法的预测机制实现各工作模式的电流预测控制,同时,根据下一控制周期内不同工作模式的占空比预测结果,选择最适合的工作模式。仿真和实验结果表明,所提控制策略可以有效地选择四开关Buck-Boost变换器最适合的工作模式以及实现较平滑的模式切换,而且具有良好的动态响应性能。

关键词：四开关Buck-Boost 多工作模式模型预测控制模式切换

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双绕组永磁同步电机的模块化对等控制

航空学报 2022年第8期43卷 531-544页

作者：曾国宏董玉昆吴学智罗晓赵敏如北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京100044 北京航天万源科技有限公司北京100176 北京电动车辆协同创新中心北京100044

无人飞行器对电机的驱动提出了很高的可靠性要求,采用具有冗余容错结构的双绕组电机是一个有效的保障手段。当驱动器发生故障时,电机的可靠控制受到影响。因此提出以三相绕组为单元的模块化对等控制策略,为每台单元电机分别配备独立的... 详细信息

无人飞行器对电机的驱动提出了很高的可靠性要求,采用具有冗余容错结构的双绕组电机是一个有效的保障手段。当驱动器发生故障时,电机的可靠控制受到影响。因此提出以三相绕组为单元的模块化对等控制策略,为每台单元电机分别配备独立的控制器,构成控制器和电机绕组双冗余的结构。利用转速下垂控制实现控制模块的协调工作,并可以调节斜率实现不同单元电机输出功率的分配。为了提高转速控制精度和功率分配精度,采用二次调节控制方法。通过对下垂控制和二次调节系统的模型进行分析,验证了系统的稳定性。利用仿真和实验验证所提方法的有效性,实现两台单元电机协同运行,完成转速调节和功率分配。

关键词：模块化电机驱动双绕组永磁同步电机转速下垂功率分配二次调节

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两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

电力自动化设备 2023年第4期43卷 30-38页

作者：孙瑞东曾国宏王静吴学智张子超刘琦远北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京100044 深圳供电局有限公司广东深圳518000

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引... 详细信息

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：两级式单相逆变器低频纹波电流二倍频电流二次功率解耦负载扰动抑制虚拟阻抗

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基于Sepic变换器的组件式MPPT技术

电网技术 2014年第10期38卷 2784-2788页

作者：曾国宏王冰清北京交通大学新能源研究所北京市海淀区100044

光伏组件失配情况下,一般采用组件式DC/DC功率变流器保证系统的功率输出最大。通过对比分析不同的功率变流器拓扑、控制的复杂性以及模块的工作效率,确定由Sepic变换器作为DC/DC功率变流器的结构,该结构开关器件少,驱动控制及调制方法... 详细信息

光伏组件失配情况下,一般采用组件式DC/DC功率变流器保证系统的功率输出最大。通过对比分析不同的功率变流器拓扑、控制的复杂性以及模块的工作效率,确定由Sepic变换器作为DC/DC功率变流器的结构,该结构开关器件少,驱动控制及调制方法都较简单,通过控制电压的升降变换保证组件的最大功率输出。针对DC/DC功率变流器的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制,提出了一种双闭环控制策略,使用电压外环、电流内环进行控制;基于系统的小信号模型分析,实现了控制参数的设计;最后通过仿真验证了双闭环控制的有效性。

关键词： Sepic变换器小信号模型组件式MPPT 双闭环控制策略

可实现二倍频功率解耦的单相UPQC控制策略

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电力电子技术 2022年第9期56卷 101-104页

作者：刘琦远曾国宏王静孙瑞东国家能源主动配电网技术研发中心(北京交通大学) 北京100044 深圳供电局有限公司广东深圳518000

在采用高频DC/DC隔离的单相统一电能质量调节器(UPQC)中,系统运行时串并联侧单相变换器与各自直流母线存在二倍频的功率交换,造成直流母线的电压波动而影响系统的补偿效果。此处通过对串并联侧功率关系的分析,提出了一种基于负载电流前... 详细信息

在采用高频DC/DC隔离的单相统一电能质量调节器(UPQC)中,系统运行时串并联侧单相变换器与各自直流母线存在二倍频的功率交换,造成直流母线的电压波动而影响系统的补偿效果。此处通过对串并联侧功率关系的分析,提出了一种基于负载电流前馈的DC/DC控制方法,利用DC/DC将串联侧的二倍频功率传递至并联侧,可使串并联侧的二倍频功率部分或完全抵消,降低两级直流母线的电压波动,达到减小母线的电容值、提高功率密度的目的,同时还具有响应速度快、稳定性强的优点。利用软件仿真和系统实验,验证了该控制策略的可行性和有效性。

关键词：统一电能质量调节器二倍频功率解耦

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制

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中国电机工程学报 2023年第17期43卷 6786-6795页

作者：杨安娜吴学智王静祁静静刘议泽刘京斗曾国宏国家能源主动配电网技术研发中心(北京交通大学) 北京市海淀区100044 深圳供电局有限公司广东省深圳市518000

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型... 详细信息

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。

关键词：单相电流源逆变器多电平不对称电感电流低频纹波功率前馈

基于有源滤波器和斯科特变压器的同相牵引供电系统

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北方交通大学学报 2003年第4期27卷 84-90页

作者：曾国宏郝荣泰北方交通大学电气工程学院北京100044

提出了一种采用斯科特变压器和平衡变换装置的铁道牵引供电系统同相供电方案.平衡变换装置由两个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器两副边绕组的不平衡电流.无论负载实际的特性如何,经过变换之后在变... 详细信息

提出了一种采用斯科特变压器和平衡变换装置的铁道牵引供电系统同相供电方案.平衡变换装置由两个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器两副边绕组的不平衡电流.无论负载实际的特性如何,经过变换之后在变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载.文中分析了系统的结构和工作过程,提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法.以一列满载运行的机车为对象,进行了供电系统的软件仿真研究,仿真结果证实了该系统的正确性.

关键词：电气工程牵引供电系统有源滤波器平衡变换同相供电斯科特变压器

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基于负载转矩前馈补偿的PMSM控制策略

电力电子技术 2023年第6期57卷 28-31页

作者：陈加乐曾国宏祝天岳胡芳俊北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京100044 中国船舶工业系统工程研究院北京100094

针对负载转矩扰动引起的永磁同步电机(PMSM)控制性能下降问题,提出一种基于滑模负载转矩观测器的负载转矩前馈补偿控制策略。以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,实现负载转矩的实时辨识,然后将辨识结果前馈补偿至转矩电流环... 详细信息

针对负载转矩扰动引起的永磁同步电机(PMSM)控制性能下降问题,提出一种基于滑模负载转矩观测器的负载转矩前馈补偿控制策略。以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,实现负载转矩的实时辨识,然后将辨识结果前馈补偿至转矩电流环,从而提高系统控制性能。实验结果表明,观测器能够快速且准确地辨识负载转矩,负载转矩的前馈补偿抑制了负载转矩扰动造成的转速波动且缩短了转速恢复时间,提高了系统的动态性能和鲁棒性。

关键词：永磁同步电机负载转矩扰动前馈补偿

抑制电流纹波的模块化多电平直流变换器移相调制策略

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电力系统自动化 2021年第21期45卷 206-214页

作者：陈天牧曾国宏王静王思锐北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京市100044 深圳供电局有限公司广东省深圳市518001

模块化多电平直流变换器在采用传统载波移相脉宽调制时,如果各模块的输入及输出电压不一致,就会在电感上产生更大的电流纹波,增大电感的损耗,同时也不利于滤波器件的优化设计。针对这种情况,文中通过对电流纹波的频域分析,揭示了传统移... 详细信息

模块化多电平直流变换器在采用传统载波移相脉宽调制时,如果各模块的输入及输出电压不一致,就会在电感上产生更大的电流纹波,增大电感的损耗,同时也不利于滤波器件的优化设计。针对这种情况,文中通过对电流纹波的频域分析,揭示了传统移相调制技术存在的问题,并确定了电流纹波幅值、各模块输入/输出电压与载波移相角之间的关系。以电流纹波中开关频率次谐波幅值最小为目标计算各模块的载波移相角,根据不同的工况调整移相角的算法,进而实现了一种电流纹波抑制的调制策略。对三模块级联的模块化多电平直流变换器进行了软件仿真和实验测试,仿真和实验结果都表明在各模块输入及输出电压不相等工况下,所提控制策略能够有效地抑制电流纹波,从而验证了所提控制策略的正确性和实用性。

关键词：模块化多电平直流变换器载波移相脉宽调制电流纹波频域分析开关频率