基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

SPWM-H桥变换器中分岔与混沌的自适应载波调幅控制

本文以单相正弦脉宽调制(SPWM)H桥变换器为研究对象,应用分岔图和时域波形图,研究调制过程中载波调幅系数的变化对系统动态行为的影响,并对其进行系统稳定性的数学解析,在此基础上,提出一种自适应载波调幅控制方法,该方法能够依据变换器各参数的变化实时调整载波调幅系数,以保证系统的稳定运行。最后,建立基于DSP相关实验,在系统混沌时加入文中提出的方法,通过实验验证该方法的有效性。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

基于变量反馈的电力系统混沌振荡控制

混沌运动是一种普遍存在的现象，表现了系统内部的复杂性、随机性和无序性。电力系统也存在混沌现象，对系统的稳定运行是有害的。采用变量反馈控制法（VFC）控制互联电力系统由周期性负荷扰动引起的混沌振荡，根据混沌运动对初值敏感依赖性，仅采用单一状态变量反馈就能有效地抑制系统的混沌振荡，使系统从混沌或不稳定状态进入稳定的运动状态。该方法具有良好的稳定性和轨道跟踪能力，不改变被控系统的结构，不需要使用除系统输出或状态变量以外的任何有关被控系统的信息。在仿真分析时比较了反馈控制器投入前后的系统动态行为，得到的结果与理论分析相一致。     

H桥变换器的Washout滤波器混沌控制方法

为了对H桥变换器工作过程中出现一系列复杂行为进行有效控制,将Washout滤波器混沌控制技术引入到H桥变换器中,分别对H桥作为直流斩波器和逆变器时出现的混沌现象进行控制,同时分析了系统参数未受扰动和受扰动时的混沌控制效果。根据引入混沌控制后系统的离散迭代模型得到了系统的Jacobian矩阵,并推导了Washout滤波器混沌控制的控制系数的限定条件。数值仿真结果表明,该方法能够对H桥变换器两种工作形式中出现的混沌行为进行有效控制,并且在系统参考受扰动时也能表现出一定的鲁棒性和抗扰性。     

基于随机扩频的Buck-Boost变换器分岔与混沌现象的仿真分析

Buck-Boost变换器中存在着电磁干扰过大,以及电感电流与输出电压的波纹过大的问题,通过引入随机扩频技术减小这些问题的方法已经得到广泛应用,但引入该方法后仍存在复杂的分岔与混沌现象。在对随机扩频技术进行分析后与建立了基于随机扩频技术的Buck-Boost变换器的精确离散迭代映射模型;研究了采用随机扩频技术后的Buck-Boost变换器中的非线性现象,通过运用MATLAB软件进行编程绘制了电感电流随电路参数变化的分岔图,证实了其中存在复杂的非线性行为,研究了随机扩频技术中各电路参数对Buck-Boost变换器中非线性行为的影响规律;研究表明运用参数微扰法可以抑制其中的分岔与混沌现象。为Buck-Boost变换器电路设计提供了理论基础。     

七阶混沌振荡电力系统的自耦PD控制

为了抑制七阶电力系统中的混沌振荡,根据自耦PID控制理论提出了一种简单的混沌控制方法。该方法首先将七阶混沌系统控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将每个子系统已知和未知动态分别定义为一个总扰动,进而将三个子系统等价映射为一个三阶线性扰动系统和两个二阶线性扰动系统。据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统。根据自耦PID控制理论,分别设计了一个扩展自耦PD控制器和两个自耦PD控制器。最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的有效性,每个状态变量均能由混沌振荡状态恢复到稳定运行状态,且控制信号光滑。因此该方法在电力混沌振荡控制系统领域具有良好的实际应用前景。     

电流模式Buck-Boost变换器的混沌控制

针对电流模式Buck-Boost变换器存在的分岔与混沌现象,提出一种改进型指数延迟反馈控制法,建立了被控系统的离散迭代映射模型,对变换器在该控制策略下的控制特性进行了分析,得到了使系统稳定运行时调整系数的取值范围。最后通过仿真和实验对上述理论分析进行了验证。结果表明,改进型指数延迟反馈法能有效抑制电流模式Buck-Boost变换器运行中出现的分岔与混沌现象,从而可确保变换器实现稳定运行,具有较好的应用价值。     

新能源发电系统用多相耦合交错型双向DC-DC变换器及控制研究

本文重点研究新能源发电系统用双向DC-DC变换器及其控制策略,提出一种多相耦合交错型磁集成Buck-Boost变换器应用于新能源发电系统中储能系统能量双向传递。首先对多相磁集成双向DC-DC变换器进行耦合电感研究,分析两相耦合Buck变换器等效电感并给出电感耦合设计准则;针对电感耦合交错型变换器的多开关状态、高阶化及电感电容复杂扰动的特点提出一种平均值电路法建立其小信号模型,并推导出状态变量到控制变量的传递函数;根据变换器开环稳态特性,进行补偿网络设计,提出基于趋近律的自适应电流控制策略并设计基于电流环补偿控制器。最后通过仿真和实验表明,本文提出的控制方法较传统PI控制可同时改善系统稳态及暂态性能。     

短轴颈轴承中刚性转子混沌运动的控制

提出了适合于控制具有多重参数高维非自治复杂混沌系统的参数自适应控制算法。利用系统的动态行为反馈于参考模型,且自适应控制律包含了误差信号的导数项,使得自适应控制律的收敛性得到很大的改善,有效地控制具有复杂行为的非线性系统,特别是具有混沌行为的非线性非自治系统。以短轴颈轴承中刚性转子系统为对象,针对其参数变动而引起系统的振荡或混沌行为,采用参数自适应控制方法对转子系统进行有效的控制,从而实现系统的稳定运行。文中还讨论了不确定噪声扰动对系统稳定性的影响。     

风力发电中Buck-Boost变换器参数设计的动力学建模方法

以DC-DC Buck-Boost开关变换器在变速恒频风力发电中的实际应用为研究背景,给出了对Buck-Boost变换器进行动力学建模与应用经典电路分析相结合的变换器母线电容参数设计方法.首先基于Buck-Boost变换器拓扑结构建立精确的数学模型,再根据此模型参数摄动的动力学仿真来判断应用经典电路分析法所获得的变换器参数的可行性,进而给出合理的参数取值.仿真与实验结果验证了所提出的Buck-Boost变换器参数设计方法的正确性.     

光伏微逆变器中Boost变换器的混沌现象分析与控制研究

由于光伏并网微逆变器中Boost变换器存在着混沌现象,易造成微电网系统的不稳定。故引入两级式微逆变器,通过建立Boost变换器模型分析混沌现象产生机理,参考电流参数是造成混沌的重要因素。提出一种基于参数共振微扰法的Boost变换器混沌动力学控制方法,以参考电流作为微扰参数,推导出最优控制计算公式。通过实例验证,参数共振微扰法可以有效抑制Boost变换器的混沌现象。结果表明该控制算法对研究光伏微逆变器具有有效性和可行性。     

基于不稳定周期轨道的参数扰动法在Boost变换器混沌控制中的应用

电力电子变换器是典型的非线性系统,分岔与混沌等非线性动力学现象的存在限制了变换器的工作范围,并对变换器性能产生了不良影响。因此,在对Boost变换器进行非线性动力学分析的基础上,通过采用一种基于不稳定周期轨道的参数扰动法,对处于混沌态的变换器进行控制,使重新工作于周期-1态。MATLAB数值仿真结果证明控制方案的有效性,在不改变主电路参数的前提下,可以扩大DC-DC变换器的稳定工作空间,提高变换器的增益,降低输出电压和输入电流的纹波,使变换器的性能得以提升。     

基于扩张状态观测器的DFIG网侧变换器滑模控制

针对双馈风力发电机网侧变换器因负载变化和滤波参数摄动导致控制效果不佳的问题,提出一种扩张状态观测器（extended state observer, ESO）与滑模控制相结合的网侧变换器双闭环控制策略。内环采用以功率为状态变量的基于ESO的滑模直接功率控制,外环采用以电压平方为状态变量的基于ESO的滑模控制;应用ESO对系统状态变量与包含系统未建模动态、负载变化和滤波参数摄动等集总不确定项进行估计,即可无需系统的精确数学模型设计滑模控制方法,实现网侧变换器在复杂环境下的鲁棒控制,理论分析了ESO和滑模控制的稳定性。此外引入功率差前馈环节,减小负载变化时外环滑模控制非线性带来的冲击。最后通过负载变化和滤波参数摄动两个算例仿真,结果表明,与传统矢量控制和滑模控制相比,所提控制策略在复杂环境下具有更强的鲁棒性。     

强耦合条件下非接触滑环工作特性分析与控制

非接触滑环系统中旋转变压器工作气隙一般小于10 mm,耦合系数一般大于0.5,属于强耦合条件。在此工作条件下,非接触滑环系统对耦合系数变化敏感度较小,但变换器中谐波含量较大,导致基波近似分析方法误差增加。为此,文中推导出串/串补偿时非接触谐振变换器原、副边电流精确的表达式。此外,为消除3次谐波,采用无中线的三相星形结构。建立了三相系统的数学模型,研究了三相系统的控制策略,并指出采用不对称控制方式调宽时,实现软开关的调节范围比对称控制方式更大。最后,搭建了一台200 W的原理样机,实验结果验证了理论分析的有效性与正确性。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

The stability of a chaotic PWM boost converter

A novel chaotic pulse‐width‐modulation (PWM) boost converter has been previously proposed to reduce electromagnetic interference (EMI) in DC–DC converters, where the circuit design and simulations have been conducted, but the problems such as the mean value estimation of state variables for circuit parameter design, the ripple estimation of the input current and the stability analysis have been remained to be addressed in this paper. Here, a mean value estimation method is first proposed, which is used to estimate the mean values of state variables of chaotic PWM boost converters for facilitating the circuit parameter design and selection of circuit components. Although ripples are slightly increased, caused by adopting chaotic carriers, the DC–DC converter with reduced EMI is still stable under the chaotic PWM control. This work provides a theoretic verification of the effectiveness and practicability of the proposed chaotic PWM DC–DC converters. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.