带CPL的直流微电网定频滑模稳定控制

恒功率负载(CPL)固有的负阻抗特性会影响直流微电网中DC/DC变换器的稳定运行,进而使直流微电网陷入不稳定状态。为此,提出了一种带CPL的直流微电网定频滑模稳定控制方法,借助非线性的定频滑模控制策略实现对DC/DC变换器环节的稳定控制,进而使直流微电网免受CPL的不稳定干扰。首先以Boost变换器为例,介绍了恒功率负载的不稳定负载阻抗效应,并推导了对应的Boost变换器离散时间模型,接着提出了基于电流模式控制的离散时间滑模控制方法,并通过额外增加一个外部电压环路确保了闭环系统的稳定性,最后借助仿真和样机实验对所提出的方案进行了验证。实验结果表明,所提出的带CPL的直流微电网定频滑模稳定控制方法可以实现启动浪涌电流限制和确保系统稳定运行,同时拥有良好的稳态性能和瞬态性能。     

应用于户用储能系统的电池功率自适应下垂控制

以户用储能系统为研究对象,采用下垂控制调节电池功率,即由逆变器控制直流母线,电池的双向DC/DC控制器根据母线电压调节电池功率,该控制方法的优势在于方便实现多直流源并联。双向DC/DC变换器的电路拓扑采用交错式双向Boost变换器,并给出了下垂控制器的具体设计方法。针对系统中普遍存在的因电压采样偏差(逆变器与DC/DC变换器的电压采样是独立的,存在偏差)导致的功率控制偏差问题,提出了两种电池功率自适应控制策略:电压补偿和功率补偿,并给出了具体的实施方法。最后设计了一台5 kW样机,分别实现了两种策略,并进行了对比分析,实验结果验证了所提出策略的有效性。     

双重化双向DC/DC变换器鲁棒反演滑模控制策略研究

摘要：由于双向DC/DC变换器在储能逆变系统中承担能量双向流动任务,因此,系统能量管理关键是对变换器控制策略进行有效选择。针对双闭环控制策略在双向DC/DC变换器动态性能、谐波抑制和抗干扰能力等方面的不足,提出了一种鲁棒反演滑模控制策略,建立了锂离子电池PNGV等效电路模型,搭建双重化双向DC/DC变换器主电路,最终利用实验平台对锂离子电池组在两种控制策略下的充放电情况进行对比分析,同时对鲁棒反演滑模控制策略下输入电压大幅扰动进行了研究。实验和仿真验证了所提出方法的有效性,在锂离子电池组充放电控制上鲁棒反演滑模控制策略相对于双闭环控制策略更具有优势,且该控制策略对于提高蓄电池的充放电效率具有普遍性。     

滑模变结构控制在三电平变换器中的应用研究

滑模变结构控制策略具有鲁棒性强、算法简单、动态品质好等优点，为此，本文首次将滑模变结构控制策略引入到三电平变换器中。首先介绍了直接滑模控制策略，然后给出了三电平变换器直接滑模控制策略的设计方法，最后对滑模控制三电平变换器进行仿真分析，并和PWM控制三电平变换器做比较，仿真结果验证了滑模变结构控制策略可以大大提高变换器鲁棒性和动态品质。     

一种引入电流前馈的DC/DC数字控制算法的设计与实现

根据BUCK DC/DC变换器工作原理推导出以电感电流为变量的一种易于实现的数字控制策略。将该方法以电流前馈方式与带滞环PID控制方法相结合,形成一种电流前馈控制策略。并以Buck DC/DC为例进行仿真与实现。仿真和实验结果表明:该控制策略能够使Buck DC/DC具有良好的输入电压调整特性及开关误差校正能力,符合动态性能要求较高的数字控制应用。与常规控制方法相比,具有算法实现简单,响应速度快,电压过充小,整定参数少的优点。     

DC/DC开关变换器滑模变结构控制的新方案

本文在滑模等价控制的基础上,考虑实际控制中的非理想切换条件,提出了一种适合PWM型DC/DC开关变换器的滑模变结构控制算法简单的新方案.该控制算法依开关工作周期,动态地对滑模误差进行修正,从而动态地补偿控制量的大小,将有利于近似地保证系统沿着切换面运动,并可以减少系统稳态误差,达到削弱乃至消除高频抖动的目的.以Boost变换器为例的仿真结果表明,本文的控制方案可以减少系统超调,缩短过渡过程时间,改善系统的动态品质,并有效地解决滑模控制中的高频抖动问题.     

基于滑模变结构控制的Buck变换器

为了实现对Buck变换器直流输出电压的精确控制,优化变换器的性能,提出了一种基于双滑模面控制的控制策略,建立了数学模型,并推导了变换器滑模面的存在条件。通过仿真实验表明,采用双滑模面控制滑模变结构控制的Buck变换器具有滑模控制快速响应、鲁棒性强等特点。     

直流微电网内DC/DC变换器非线性控制策略研究

针对直流微电网内储能DC/DC变换器的非线性特性和输出电压扰动较大等问题。基于精确反馈线性化理论提出一种新颖的非线性级联控制器。在所提出的控制策略中,外部电压采用鲁棒性强的PI控制器,内部电流环采用非线性控制。在此基础上,对所提出的级联控制器策略进行Matlab/Simulink仿真,实验结果表明,所提方法具有良好的动态响应和鲁棒特性,在负载出现波动的情况下输出母线电压仍能保持恒定运行,并极大地提高了直流微电网内储能变换器的抗干扰能力。     

Buck三电平变换器中滑模控制应用研究

滑模变结构控制具有鲁棒性强,动态品质好等优点。文中以Buck三电平为例论述利用滑模变结构的理论分析,设计了Buck三电平变换器的方法,详细讨论了滑模面的选取对系统性能的影响,并进行了等效控制、稳定性和存在性的证明。最后将滑模控制buck三电平与传统的PWM控制Buck三电平变换器进行了仿真分析和比较。研究结果验证了滑模变结构控制策略可以大大提高变换器的鲁棒性和动态品质。     

Boost变换器的PID型滑模控制

以实现Boost变换器良好的动静态控制特性为目的,研究了变换器的PID型滑模控制策略。给出了PID型滑模电压控制状态表达式,并建立了该滑模控制变换器系统模型;设计了滑模切换面函数形式,推导出系统等效控制表达式;采用光滑函数方法降低滑模控制系统的抖振现象,得出了增加去抖振措施的控制表达式;给出了滑模切换面参数的选择方法。通过仿真与实验,验证了基于PID型滑模控制的Boost变换器系统理想的启动和扰动调节特性。     

A fault-tolerant strategy based on SMC for current-controlled converters

The sliding mode control (SMC) is used to control variable structure systems such as power electronics converters. This paper presents a fault-tolerant strategy based on the SMC for current-controlled AC–DC converters. The proposed SMC is based on three sliding surfaces for the three legs of the AC–DC converter. Two sliding surfaces are assigned to control the phase currents since the input three-phase currents are balanced. Hence, the third sliding surface is considered as an extra degree of freedom which is utilised to control the neutral voltage. This action is utilised to enhance the performance of the converter during open-switch faults. The proposed fault-tolerant strategy is based on allocating the sliding surface of the faulty leg to control the neutral voltage. Consequently, the current waveform is improved. The behaviour of the current-controlled converter during different types of open-switch faults is analysed. Double switch faults include three cases: two upper switch fault; upper and lower switch fault at different legs; and two switches of the same leg. The dynamic performance of the proposed system is evaluated during healthy and open-switch fault operations. Simulation results exhibit the various merits of the proposed SMC-based fault-tolerant strategy.     

含多种分布式电源的微电网控制系统研究

针对微网的并网与离网运行方式以及两种运行方式之间的转换,提出一种含多种新能源分布式电源的微网控制策略,建立控制系统。采用直流与交流微电网混合方式对交流负荷供电,在交流侧,采用独立的公共DC/AC变换,连接到一条微网母线上。针对微网的并网运行模式,建立P/Q控制模型,离网运行模式采用V/f控制方法。采用风力发电、光伏发电、蓄电池储能3种微源作为组网单元,对3种微源进行并/离网切换及负荷切断/闭合运行控制,建立微电网系统仿真,初步验证系统可行性。     

A New Topology Pattern for AC-DC Mixed Microgrid

In order to realize the modular design of the microgrid, this paper proposed a new modular topology for the AC-DC mixed microgrid. In that topology, the AC microgrid unit and the DC microgrid unit were packaged together by the back-to-back converter. The battery-supercapacitor hybrid energy storage system was connected to the DC bus of back-to-back converter. By the reasonable design on the battery-supercapacitor hybrid system, the energy storage system could supply the rapid power and energy support for the microgrid spontaneously. The mathematical model and the control algorithm of that microgrid topology were studied. By the simulation analysis, it can be concluded that AC-DC mixed modular microgrid topology could operate steadily on both the grid-connected mode and the isolated mode. Furthermore, we can conclude by the simulation that the designed modular microgrid could operate uninterrupted when the microgrid topology switched from the grid-connected mode to the isolated mode. The seamless switching became the natural property for the modular microgrid. As a result, the modular microgrid topology can be considered as a usual power/load module to realize the friendly power interaction with the power grid.     

三相PWM整流器前馈与滑模变结构控制研究

在两相旋转坐标系下对三相电压型PWM整流器进行建模分析。针对双闭环PI控制策略抑制负载扰动及电网电压波动能力差,以及系统动态响应慢等问题,提出了负载电流前馈策略来提高系统抗负载波动能力。并且电流环采用基于PID趋近率的滑模变结构控制策略来满足前馈控制策略对内环响应速度的要求,并提高系统动态性能以及鲁棒性,PID趋近率可以有效抑制传统变结构的抖振问题。应用Matlab/Simulink软件进行仿真,并以DSP TMS320X2812为核心搭建优化控制器的三相VSR实验平台,进行仿真及实验验证。结果显示本文所提出控制方法可有效抑制负载变化、电网电压波动以及其它干扰所对直流电压稳定性的影响,具有很强的鲁棒性,动态响应速度快且性能稳定。     

Analysis and Experimental Study of Proportional-Integral Sliding Mode Control for DC／DC Converter

DC/DC converter using the proportional-integral (PI) sliding mode control (SMC)scheme is investigated, including the selection of the switching surface, the proof of the reaching condition and the existence condition of sliding motion. The sliding regime and the local stability are given. The implementation of the PI SMC is simpler than other SMC schemes and the steady-state error is eliminated. A prototype based on Buck converter is built up. The experimental results show that the dynamic performance and robustness to the parameter variations and external disturbances are improved.     

基于Buck-Boost逆变器的离散滑模控制仿真研究

为了获得比较理想的正弦输出电压，优化逆变器的动态性能，文中基于Buck—Boost逆变器．采用了离散滑模变结构的控制策略。Buck—Boost逆变器可以获得比直流输入电源高或低的交流输出电压，文中阐述了其工作原理．并结合状态方程，推导出滑模面的存在条件、到达条件和稳定条件，然后对电路参数、控制系数以及控制算法进行了设计。仿真结果表明采用离散滑模控制的Buck—Boost逆变器对系统扰动和负载变化具有很强的鲁棒性，系统具有良好的动态响应。     

直流微网母线电压纹波集中补偿自寻优策略

为抑制直流微网母线电压二次纹波,文中提出了一种直流有源滤波器集中补偿自寻优策略。在双向DC/DC变换器电压/电流双闭环控制的基础上,加入直流母线电压纹波控制,通过引入带通滤波器消除了传统控制方法中采用低通滤波器提取纹波时所产生的相位滞后问题。采用迭代自寻优方法获取重要控制参数阻抗系数K,实现直流有源滤波器对直流母线电压纹波变化的实时跟踪和集中补偿。在MATLAB/Simulink中搭建了含互联接口变流器、分布式电源、直流负荷、由DC/AC变流器接入的交流负荷以及直流有源滤波器的直流微网模型,建立了相应的实验平台。仿真和实验结果均验证了所提控制策略的有效性。     

滑模控制开关变换器的分析与实现

分析了滑模控制DC／DC变换器的滑模存在条件、到达条件及稳定性，通过选择适当的状态变量，建立系统状态方程模型。提出了一种实用性较强的双环控制方案，并以Buck电路为例，设计出滑模控制电路。实验结果表明，此控制方案是可行的，它可以有效地改善变换器的动态性能，提高其鲁棒性。