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UPFC的控制器研究及设计

UPFC的控制器研究及设计

作者：张花芝西南交通大学

学位级别：硕士

由于我国电网结构相对薄弱且布局不合理,尤其是农村,要对我国电网进行大规模的改造是不现实的,所以FACTS技术在我国有广阔的应用前景。而统一潮流控制器(UPFC)是其中功能最强大的一种,它具有调节线路参数、维持母线节点电压、调节线路... 详细信息

由于我国电网结构相对薄弱且布局不合理,尤其是农村,要对我国电网进行大规模的改造是不现实的,所以FACTS技术在我国有广阔的应用前景。而统一潮流控制器(UPFC)是其中功能最强大的一种,它具有调节线路参数、维持母线节点电压、调节线路潮流等诸多功能,所以对UPFC的研究是具有重要意义的。本文从含UPFC的潮流计算、控制策略及其应用等方面进行研究。本文首先介绍了UPFC的基本结构、工作原理,总结了UPFC的工作方式,建立了UPFC在三相静止坐标下的动、稳态数学模型等,并在前人的基础上,详细推导一种含UPFC的潮流计算方法。论文将内模控制应用到UPFC的控制中,设计了两种新型UPFC控制器。这两种控制器所采用的解耦方法不同,一种是采用状态反馈解耦控制来分别对UPFC串、并联换流器的控制器进行设计,这种控制是首先采用状态反馈加内模控制对并联侧电流环解耦、对串联侧电流环和电压环双环解耦,然后再利用内模控制对整个控制器进行设计;另一种是采用逆系统方法解耦控制,这种控制是首先采用逆系统方法对UPFC串、并联耦合的部分进行解耦,然后再利用内模控制来设计整个控制器。借助Matlab/Simulink仿真平台,建立了UPFC仿真模型,对UPFC在不同工作模式下的仿真结果进行分析。仿真结果分析表明,论文所设计的两种UPFC控制器的性能都优于经典PI控制器的性能,采用基于内模控制的逆系统方法解耦控制设计的控制器的性能稍微优于采用基于内模控制的状态反馈解耦控制设计的控制器的性能。最后以双回线路为例来研究利用UPFC抑制电力系统的低频振荡,设计了UPFC附加阻尼控制器。该控制器运用特征值分析法来分析在不同输入信号下UPFC阻尼系统振荡的能力。这些情况主要有：第一种是以系统振荡频率作为输入信号的附加阻尼控制器,第二种是以另一条线路的有功功率作为输入信号的附加阻尼控制器,第三种是两种附加阻尼控制器的组合形式。运用PSS的原理设计了该附加阻尼控制器。运用Matlab/Simulink分别对不含UPFC、无附加阻尼控制器的UPFC和含附加阻尼控制器的UPFC三种情况进行仿真,通过仿真结果分析表明,UPFC本身具有抑制系统振荡的能力,但其能力有限,而附加阻尼控制器能够提高系统阻尼,进一步抑制系统振荡,而且以组合的附加阻尼控制器抑制能力最强。

关键词：统一潮流控制器潮流分析内模控制状态反馈逆系统方法附加阻尼控制器

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高速无齿轮交流发电机励磁控制及其系统仿真

高速无齿轮交流发电机励磁控制及其系统仿真

作者：骆瑾华中科技大学

学位级别：硕士

交流励磁发电机(ACEG)是一种新型的发电机,既不同于传统的同步发电机,也不同于异步发电机;它运行于异步方式,但是具有同步发电机的特性,同时还有一些超越同步发电机的特性。由于交流励磁发电机的励磁电流是三相交流电,它的控制量有3个:... 详细信息

交流励磁发电机(ACEG)是一种新型的发电机,既不同于传统的同步发电机,也不同于异步发电机;它运行于异步方式,但是具有同步发电机的特性,同时还有一些超越同步发电机的特性。由于交流励磁发电机的励磁电流是三相交流电,它的控制量有3个:幅值、相位、频率,使得控制更加灵活,应用面也更广。本文主要把交流励磁发电机应用到军舰等具有高速原动机的舰船电力系统中,不仅简化了发电系统的体积,还能提高发电质量,有广阔的发展前景。文章首先介绍了交流励磁发电技术的发展、船舶电力系统的发展、船舶电力系统的构成和特点;接着介绍了矢量变换技术、推导交流励磁发电机的数学模型;然后针对舰船交流发电机的特点,提出一种多变量非线性系统的控制策略-逆系统方法;这种控制结构结构简单,易于实现,同时还克服了受线性化模型限制的缺点,也不需要进行复杂的变量替换。还介绍了用于励磁系统的变频器分类及选择原则,分析了PWM交-直-交电压变频器的工作原理,建立了变频器的数学模型;之后建立了包括励磁机、原动机、发电机、负荷系统的整体数学模型,并仿真研究高速无齿轮交流发电机系统的暂态及稳态特性,分析了功率流动;最后,分析了系统并网以及进相运行的一些问题。

关键词：交流励磁发电机数学模型逆系统方法 PWM交-直-交变频器仿真

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结构振动的逆系统预测控制

结构振动的逆系统预测控制

作者：廖林雨华中科技大学

学位级别：硕士

土木工程结构振动控制不同于传统的结构设计中仅依靠结构自身性能抵御外部激励的方法,而采用外加控制系统主动或被动地控制结构的动力响应。现代控制理论的引入,虽然能够从理论上解决系统的稳定性、可控性、可观测性等许多复杂的控制问... 详细信息

土木工程结构振动控制不同于传统的结构设计中仅依靠结构自身性能抵御外部激励的方法,而采用外加控制系统主动或被动地控制结构的动力响应。现代控制理论的引入,虽然能够从理论上解决系统的稳定性、可控性、可观测性等许多复杂的控制问题,但多数控制方法都要求受控对象具有精确的数学模型。而土木工程结构是高度非线性、强耦合、多变量、不确定的复杂系统,很难为其找到精确的数学模型。因此,急需一种不依赖受控结构精确计算模型的控制策略。本文首先对神经网络及逆系统控制进行研究,并将其理论成果应用于结构主动控制中,建立一种无需结构精确数学模型的逆系统预测控制器。在此基础上,将本文建立的神经网络逆预测控制器应用于高层建筑的结构振动控制中,通过数值仿真,模拟结构模型在两条地震波激励下,受TMD与HMD控制时的地震响应。最后,将几种目前常用的主动控制算法与逆系统预测控制算法进行对比,从结构地震反应峰值、最大层间位移角、最大基地剪力和最大控制力等几方面,分析其各自的优劣。结果表明,神经网络逆预测控制器对结构的地震反应有良好的控制作用,减振效果明显,优于单一的TMD控制系统。同时,几种主动控制算法的对比可以为类似高层建筑结构的主动控制分析和设计提供参考。

关键词：结构振动控制建筑抗震控制算法逆系统方法预测控制

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有源电力滤波器控制系统研究

有源电力滤波器控制系统研究

作者：黄重月江苏大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展,电力系统中的非线性负载越来越多,由非线性负载所产生的电压和电流谐波严重影响了电力传输系统中的电能质量。有源电力滤波器(APF)作为一种新型的谐波和无功补偿装置,与传统的无源LC滤波器相比,具有响应快、补... 详细信息

随着电力电子技术的发展,电力系统中的非线性负载越来越多,由非线性负载所产生的电压和电流谐波严重影响了电力传输系统中的电能质量。有源电力滤波器(APF)作为一种新型的谐波和无功补偿装置,与传统的无源LC滤波器相比,具有响应快、补偿效果好和能够实现动态补偿的优点,得到了快速的发展。本文介绍了有源电力滤波器控制系统构成,主要包含谐波电流检测和电流跟踪控制两个环节。介绍了基于瞬时无功功率理论的p、q和i、i检测法,在此基础上分析了一种改进型谐波电流检测方法。对并联有源电力滤波器的三角载波控制、电流滞环跟踪控制等电流控制策略进行了研究,通过理论分析比较了各自的特点。提出了一种基于逆系统方法的有源电力滤波器的反馈线性化控制方法。针对有源滤波器主电路在d-q旋转坐标系下数学模型的非线性特性,采用逆系统方法将其解耦为伪线性系统,并在该伪线性系统的基础上利用线性二次型调节器(LQR)设计了满足一定性能指标的控制器。并在此基础上分析了并联APF的能量转换,提出了一种基于功率平衡理论的直接电流控制,省略了谐波电流检测环节,通过将直流侧电容电压与其参考值之差经过PI调节器获得电网电流的参考值。在理论分析和仿真研究的基础上,设计了基于TMS320F2812控制的并联有源电力滤波器,对其软硬件构成进行了详细的介绍,对并联型有源电力滤波器进行了初步的实验研究。

关键词：有源电力滤波器瞬时无功功率理论逆系统方法功率平衡理论直接电流控制高速数字信号处理器(DSP)

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大功率异步电动机串级调速系统控制策略研究

大功率异步电动机串级调速系统控制策略研究

作者：冯阳西南交通大学

学位级别：硕士

我国能源资源不足,节能无论对国民经济的发展,还是对环境的保护都具有重大的意义。串级调速技术作为转子侧控制的一种高效、节能的控制方案,以经济可靠、结构简单、成本较低等优点为人们所熟知,尤其在风机和水泵等节能潜力巨大的大功率... 详细信息

我国能源资源不足,节能无论对国民经济的发展,还是对环境的保护都具有重大的意义。串级调速技术作为转子侧控制的一种高效、节能的控制方案,以经济可靠、结构简单、成本较低等优点为人们所熟知,尤其在风机和水泵等节能潜力巨大的大功率负载中,串级调速调速装置得到了较为广泛的应用。但传统的晶闸管串级调速系统的缺点,如较低的功率因数、较大的谐波含量等,限制了串级调速系统的进一步推广和应用。本文重点介绍了两种改进的串级调速系统,即电压型PWM串级调速系统和电流型PWM串级调速系统,它们通过对逆变器输出的幅值和相位同时进行控制,克服了以往串级调速技术的缺点,具有良好的性能。首先,本文对电压型PWM串级调速系统的工作原理进行了详细分析,分别为斩波器和PWM逆变器设计了控制策略。由于电压型有源逆变器在dq同步旋转坐标系下的数学模型具有耦合性和非线性等特点,设计了基于状态反馈解耦附加PI控制和基于状态反馈精确线性化解耦附加变结构控制两种控制方法。在Matlab/simulink软件中搭建了基于这两种控制策略的仿真模型,结果表明,无论哪种控制策略都能在实现调速目的的同时,提高功率因数和减少谐波成分。其次,在串级调速系统中,转子电流通过建立自己的磁场,会在电机定子侧感应出相应的非工频电流分量,本文详细介绍了定子侧感应电流的频率,使用基于瞬时无功功率理论的有源滤波技术来消除系统中出现的频率可变的谐波或间谐波问题。经仿真验证,该控制方法正确有效,能达到理想的效果。最后,本文研究了另外一种串级调速控制方案,即电流型PWM串级调速控制系统。考虑到电流型PWM逆变器的数学模型显示出的多变量、强耦合、非线性等特点,设计出了基于逆系统方法解耦附加变结构控制和双环解耦附加PI控制两种控制策略,并仿真比较了这两种方法。将变结构控制的电流型逆变器应用于串级调速系统中,仿真结果表明,同电压型PWM串级调速系统一样,电流型PWM串级调速系统同样具有良好的调速性能和高功率因数、低谐波含量等优点

关键词：串级调速系统精确线性化解耦方法变结构控制间谐波逆系统方法

直驱永磁同步风力发电系统并网运行控制策略研究

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直驱永磁同步风力发电系统并网运行控制策略研究

作者：刘向向西南交通大学

学位级别：硕士

随着全世界范围内的能源危机日益严重,人们逐渐将目光转向了新能源发电。风能作为一种清洁、环保、利用方便并且储存量巨大的可再生能源,受到了广泛关注,风力发电技术在世界各国得到了迅速发展。在各种变速恒频(VSCF)风力发电系统中,直... 详细信息

随着全世界范围内的能源危机日益严重,人们逐渐将目光转向了新能源发电。风能作为一种清洁、环保、利用方便并且储存量巨大的可再生能源,受到了广泛关注,风力发电技术在世界各国得到了迅速发展。在各种变速恒频(VSCF)风力发电系统中,直驱永磁同步风力发电机组具有结构简单、不需要升速齿轮箱、不存在电刷和滑环、机组运行的稳定性和可靠性较高等优点,成为了当前最主要的发电方式。本文在了解了风力发电的研究意义和国内外研究现状以及直驱永磁同步风力发电机的结构特点的基础上,以直驱永磁同步风力发电机为研究对象,对其三种并网电路的优缺点进行了比较,选择采用双PWM变流器作为它的并网电路。推导出了永磁同步发电机(PMSG)在dq坐标系下的非线性数学模型。采用逆系统方法、变结构控制理论以及转子磁链定向矢量控制相结合的方法设计了发电机侧变流器的变结构控制器;采用电网电压定向矢量控制方法设计了电网侧变流器的PI控制器。搭建了仿真模型,并通过仿真验证了该控制策略可实现发电机输出有功功率的准确控制、并网有功功率和无功功率独立调节、变速恒频发电运行以及双PWM变流器直流侧电压稳定控制。变结构控制与PI控制相比,动态响应速度更快、鲁棒性更好。考虑到风电场输出功率的波动性、间隙性严重影响了电网的稳定运行,为平抑其输出功率波动,提高其并网运行稳定性,选择了在风电场并网母线位置集中配置了钒电池(VRB)储能系统。采用双向AC/DC变流器作为VRB储能系统的功率调节器,并采用非线性控制方法、变结构控制理论以及电网电压定向矢量控制相结合的方法设计了VRB储能系统的闭环控制器。搭建了仿真模型,仿真验证了风速变化时,利用该控制策略,VRB储能系统能够通过快速充放电,平抑风电场输出的功率波动,并且变结构控制的效果优于PI控制;VRB储能系统输出的有功和无功功率可进行独立调节,系统动态性能良好。

关键词：风力发电直驱永磁同步发电机风电场逆系统方法状态反馈精确线性化变结构控制

混合有源电力滤波器拓扑结构及电流跟踪控制研究

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混合有源电力滤波器拓扑结构及电流跟踪控制研究

作者：王胡湖北工业大学

学位级别：硕士

我国的地域广泛以及能源分布的不均,促使高压直流输电技术得以广泛应用,同时由于该技术的基本原理在高压直流输电系统换流站的交流侧,存在诸多奇数频次的谐波,对系统造成了谐波污染。本文首先以高压直流输电系统的交流侧为滤波对象,提... 详细信息

我国的地域广泛以及能源分布的不均,促使高压直流输电技术得以广泛应用,同时由于该技术的基本原理在高压直流输电系统换流站的交流侧,存在诸多奇数频次的谐波,对系统造成了谐波污染。本文首先以高压直流输电系统的交流侧为滤波对象,提出了一种混合有源电力滤波器的拓扑结构。该结构将两种双调谐滤波器分别作为无源滤波支路与注入支路应用,以无源滤波器与有源滤波器的合理融合来减小有源部分的容量。从抑制与系统的谐振;控制策略的选择;抑制基波环流;谐波电流放大效应;滤波特性;外界干扰及参数摄动的影响;稳定性等角度分析了所提拓扑结构的优越性。仿真证明了所提拓扑结构具有较好的滤波性能。提升有源滤波器的滤波性能可以从电流控制策略方面着手,为此本文提出了一种基于逆系统方法的backstepping(反推)滑模控制策略。该策略采用逆系统方法对具有强耦合非线性特点的混合有源电力滤波器的仿射非线性模型进行了解耦,形成了两个独立的伪线性子系统。随后为增加控制系统的鲁棒性,设计了考虑系统建模误差和参数不确定性误差反推滑模控制器。通过对比仿真研究证明了本文所提控制策略进一步提高了混合有源电力滤波器滤波性能,实现了对谐波电流的精确跟踪并具有良好的动态响应性能。实验平台验证了所提策略的有效性。

关键词：混合有源电力滤波器谐波治理逆系统方法解耦反推滑模控制

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电力系统切换非线性励磁控制研究

电力系统切换非线性励磁控制研究

作者：王德真郑州大学

学位级别：硕士

安全稳定的电力供应是国民经济和社会发展的基础和保障。由于电力系统的高度非线性特性,线性化控制手段难以保证电力系统在大扰动下的稳定性,而电力系统中所包含的OLTC等切换装置的存在进一步增加了系统动态的复杂性和控制的难度。如何... 详细信息

安全稳定的电力供应是国民经济和社会发展的基础和保障。由于电力系统的高度非线性特性,线性化控制手段难以保证电力系统在大扰动下的稳定性,而电力系统中所包含的OLTC等切换装置的存在进一步增加了系统动态的复杂性和控制的难度。如何利用先进控制手段有效提高电力系统的稳定性已成为国内外控制界和工程界长期面对的研究课题。本文采用多种非线性控制方法对电力系统的切换控制问题进行研究,主要内容包括： 1、研究了切换非线性微分代数系统的Hamilton实现问题,讨论了串联、并联和反馈联接的切换非线性微分代数系统的Hamilton耗散性,利用切换子系统的Hamilton函数构成多Lyapunov函数,分析了切换非线性微分代数系统的稳定性,设计了镇定控制器。 2、将逆系统方法和Lyapunov函数方法相结合,基于分层设计思想研究了单机无穷大系统的高性能励磁控制问题。首先采用逆系统方法实现了系统的反馈线性化,然后基于Lyapunov函数方法对包含零动态的部分线性化系统设计了切换励磁控制器。由于考虑了零动态系统对稳定性的影响,本文设计的控制器能同时满足功角稳定和端电压调节的要求。 3、建立了包含OLTC、恒功率负荷和发电机动态的电力系统切换非线性微分代数系统模型,完成了其耗散Hamilton实现,利用该耗散Hamilton实现结构设计了镇定控制器。基于MATALB电力系统工具箱建立了包含OLTC和非线性负荷的电力系统仿真模型。仿真结果表明,所设计的非线性控制器能够更加有效地改善系统的功角稳定性和电压稳定性。本文所采用的逆系统方法和Hamilton函数方法能充分利用系统的结构特性进行控制器设计,而且设计过程简洁,物理概念清晰,是对电力系统稳定控制研究的有益的探索。

关键词：电力系统 OLTC 切换非线性微分代数系统逆系统方法 Lyapunov函数方法 Hamilton函数方法励磁控制

基于神经网络逆系统的智能汽车纵横向解耦控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2019年第10期46卷 26-35页

作者：梁艺潇李以农余颖弘郑玲重庆大学机械传动国家重点实验室

针对汽车纵横向运动中的耦合现象,以四轮驱动、前轮转向的智能汽车为研究对象,建立汽车纵横向动力学模型并通过Interactor算法对模型的可逆性进行分析.在已有的传统伪线性系统结构的基础上,根据智能汽车的特点,建立了可对接智能汽车上... 详细信息

针对汽车纵横向运动中的耦合现象,以四轮驱动、前轮转向的智能汽车为研究对象,建立汽车纵横向动力学模型并通过Interactor算法对模型的可逆性进行分析.在已有的传统伪线性系统结构的基础上,根据智能汽车的特点,建立了可对接智能汽车上层规划模块的伪线性系统.为了实现汽车纵横向运动之间的解耦,采用基于神经网络逆系统的解耦控制策略,构造神经网络并对其进行训练,并将神经网络逆系统与内模控制器组成闭环控制回路,对纵向速度和横摆角速度进行内模反馈调节,进一步提升控制系统的性能.仿真结果表明,所设计的基于神经网络逆系统的控制方法能实现良好的解耦特性,且相比于其他的控制方法,在各种输入条件下,都能实现对于期望速度和期望横摆角速度良好的跟踪性能,同时,质心侧偏角始终被控制在一个较小的范围内,这有利于智能汽车路径跟踪的精确性和行驶稳定性.

关键词：智能汽车纵横向解耦控制神经网络逆系统方法汽车动力学