变结构控制理论及在电力系统中的应用

介绍了变结构控制的基本概念,变结构系统中切换曲面的设计方法,变结构系统的品质和趋近律以及非线性系统的变结构控制理论。最后介绍了非线性变结构控制理论在电力系统中的应用。     

基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器

有源电力滤波器(APF)在工程应用中易受自身参数变化和外界扰动的影响,提出了一种基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器控制策略。在对APF状态空间描述的基础上,设计了适用于APF的全程滑模变结构控制方法。对APF分别采用定常滑模变结构和全程滑模变结构控制方法进行仿真,仿真结果表明全程滑模变结构控制方法能有效地缩短系统状态到达滑动模态的时间,具有更强的抗元件参数变化和抗外界干扰能力,鲁棒性强,同时响应快速,控制性能优于定常滑模变结构控制方法。     

水下机器人基于sigmoid函数的软变结构控制

针对水下机器人滑模变结构控制系统抖振问题,利用具有光滑性和饱和性的sigmoid函数,提出一种水下机器人软变结构控制策略.利用Lyapunov稳定性理论,讨论控制受限情形的水下机器人软变结构控制系统的稳定性,构造基于sigmoid函数的软变结构控制器,给出水下机器人软变结构控制的具体算法.将基于sigmoid函数的软变结构控制策略用于水下机器人仿真实验研究,实验结果验证了该方法的可行性和有效性.与线性控制、饱和线性控制和基于变饱和函数的软变结构控制3种控制方法进行对比仿真分析,分析结果表明,基于sigmoid函数设计的软变结构控制系统调节精确度高、响应速度快,有效地削弱了系统抖振,具有良好的动态性能.     

矢量控制系统中的模糊滑模变结构速度控制

针对滑模变结构控制的抖振问题,提出一种用于感应电机矢量控制系统的新型滑模变结构速度控制方法。该方法采用了模糊控制,解决了滑模变结构控制中的抖振问题,而且模糊控制可以显著提高速度控制的稳态精度。仿真实验结果表明模糊滑模变结构速度控制器能够使系统获得较好的动态和静态性能,其设计方法简单,控制器易于实现。     

变结构控制在高精度转台系统中的应用

根据变结构控制的不变性特点,通过分析高精度转台速度稳定性能的影响因素和实际工作情况,提出采用基于变结构控制的控制方法来提高转台系统的速度稳定性。该方法采用指数趋近律规则,构造出基于变结构的控制方式。通过变结构控制在转台系统分别以15″/s、0.1°/s、100°/s的速度转动时的应用及实验结果,表明本文提出的变结构控制可以有效的克服力矩波动等因素对高精度转台速度稳定性的影响,并提高转台的速度稳定性能。     

光伏并网逆变器滑模变结构控制研究综述

文章对光伏并网逆变器的滑模变结构控制策略进行了分类;同时对并网逆变器离网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,单相逆变器并网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下电流滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下的直接功率滑模变结构控制研究现状分别进行了分析。总结了光伏并网逆变器滑模变结构控制策略的滑模面设计、控制律求解、系统抖振以及到达滑模面过程中的稳定性等关键技术的研究方法和思路,并对光伏并网逆变器滑模变结构控制的未来研究方向提出了一些建议。     

非线性变结构控制理论及在电力系统中的应用

系统地介绍了变结构控制的基本概念，包括各种形式的趋近律，切 换函数的设计方法，非线性系统的变结构控制理论。最后简要地介绍了非线性变结构控制 理论在电力系统中的应用方法。     

基于分段滑模控制的位置伺服系统

针对永磁同步电机伺服系统在运行过程中参数变化及负载扰动等问题,分析了滑模变结构控制器设计的原则和方法。将滑模变结构控制与矢量控制相结合,设计了适用于矢量控制位置伺服系统的分段式滑模变结构控制器。试验结果表明分段式滑模变结构控制伺服系统符合定位过程中时间最优化的原则,响应迅速,鲁棒性好。     

一种带有解耦干扰补偿器的离散变结构控制方法

提出了一种带有解耦干扰补偿器的离散变结构控制方法．通过设计解耦干扰补偿器将离散变结构控制系统的控制项和系统的不确定项分别控制，在设计过程中采用了变速趋近律的离散变结构控制方法，并分别对调节和跟踪系统进行讨论．实现了离散变结构控制系统的控制项和不确定项的解耦鲁棒跟踪控制．仿真结果表明了该方法的有效性．     

高压直流自适应变结构控制器设计

当系统运行工作点没有发生变化或者变化较小时,基于总体最小二乘-旋转不变技术TLS-ESPRIT(totalleast squares-estimation on signal parameters via rotational invariance technique)辨识方法设计的新型高压直流(high voltage direct current,HVDC)附加变结构控制器相比现有变结构控制具有更好的控制效果,但是在系统发生较大扰动导致运行工作点发生变化时,基于实际系统设计原则的现有变结构控制器控制效果往往优于新型变结构控制器。为进一步优化控制器,以控制目标的峰值偏离理想值的程度作为切换判据,设计可以灵活在新型变结构控制和现有变结构控制之间切换的自适应变结构附加控制器,在系统运行工作点没有发生变化或者变化较小时使用新型附加变结构控制器,发生较大变化时自动切换为现有附加变结构控制器。以4机2区域系统为例,仿真结果表明,自适应变结构附加控制器结合了新型变结构和现有变结构控制的优点,具有更好的鲁棒性和控制效果。     

基于电压下降方式的VSC-MTDC控制方式研究

电压源换相高压直流输电是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。首先对VSC-HVDC的内外环控制进行分析,确定内外环控制方式,然后对多端柔性直流输电(VSC-MTDC)的控制策略进行研究,采用电压下降的控制方式对五端直流系统进行建模,利用PSCAD/EMTDC仿真软件进行仿真模拟。结果表明采用电压下降控制方式的VSC-MTDC具有良好的系统协调性,具备利用上层控制可以快速自动调节功率分配的特性,并且具有良好的扩容性。     

基于锁相环的并网VSC暂态失稳机理与控制方法

针对基于锁相环（phase locked loop, PLL）的电压源变流器（voltage source converter, VSC）面临的暂态失稳问题,考虑功率环的影响,对跟网控制型VSC的暂态失稳机理与控制方法进行了全面研究。首先,通过对PLL和功率环进行建模,推导VSC的暂态失稳边界;其次,以电网电压跌落为例,揭示同时考虑功率环和PLL影响时VSC并网系统的暂态失稳机理;然后,提出一种基于d轴重定向的自适应无功控制方法,该方法同时改善VSC功率外环和PLL同步环的暂态稳定运行边界,有效提高基于PLL的VSC并网系统的暂态稳定性;最后,通过硬件在环实验对所提出的暂态失稳机理和控制方法进行实验验证。研究结果表明,功率外环存在时VSC失稳的本质原因是功率环失稳,而非PLL同步失稳。     

电压源变流器死区效应分析及抑制策略

死区效应是引起电压源变流器非线性特性的主要因素之一,会导致变流器运行性能变差。深入分析了死区效应对变流器的具体影响及传统死区补偿方法存在的问题,提出一种基于新型无差拍控制的变流器重复控制策略,用于抑制死区效应。详细阐述了所提方法的控制结构和原理,对其死区补偿性能和稳定性进行了深入分析。所提方法能有效消除死区效应引起的电流谐波,并能校正输出电流的偏差,使其精确跟踪指令电流。相比于传统死区补偿方法,所提方法不需要额外的硬件检测电路或复杂的电流极性检测算法。实验结果验证了所提方法的正确性和优越性。     

基于虚拟电阻的P-V下垂系数计算方法

现有研究有很多针对多端柔性直流下垂系数的计算方法,但是鲜有基于虚拟电阻的下垂系数计算方法。参考I-V下垂控制策略,提出了一种基于虚拟电阻的P-V下垂控制策略。首先,在放射型直流电网中,分析了换流站直流端口电压与公共母线电压之间的关系。通过设置虚拟电阻得出换流站桥臂电压和直流端口电压的关系,并根据P-V下垂控制策略,推导出基于虚拟电阻的P-V下垂系数计算方法。随后,分析了该下垂系数计算方法存在极限运行状态下无法计算的问题,并提出了对应的解决方法,完善了控制策略。最后,在仿真软件中搭建了一个6端放射型柔性直流电网仿真模型,分别对比例下垂控制、自适应下垂控制和基于虚拟电阻的下垂控制策略进行仿真验证。通过对比发现,提出的基于虚拟电阻的P-V下垂控制策略有直流电压偏差较小、功率分配较为合理的特点。     

全滑模变结构控制系统

提出了一类具有全程滑动模态的变结构控制系统，使系统在响应的全过程都具有鲁棒性，克服了传统的变结构控制中到达模态不具有鲁棒性的缺点，提供了非线性系统切换函数设计的一种有效方法。文中给出了详细设计步骤，并对倒立摆模型设计了全滑模控制器，仿真结果验证了其有效性。     

柔性互联交流配电网的换流器并离网统一控制策略

提出一种并离网统一控制策略,在孤岛控制模式的基础上设计了主动功率调节功能,并网运行时按照有功-电压平方下垂的关系自动分配有功功率;离网运行时下垂功率控制自动切换成定交流电网频率和电压的孤岛模式。该方法适用于并网和离网2种不同的运行工况,并且省去了孤岛检测环节,大幅简化了控制系统结构。以四端柔性互联交流配电网系统为例,详细分析了并离网统一控制策略的参数设计方法,并建立电磁暂态仿真模型,针对并离网多种不同工况开展仿真。仿真结果表明,所提方法可以满足柔性互联系统的负荷均衡及转供的性能要求,同时也避免了并离网切换过程的过电流。     

柔性直流输电系统阻抗稳定性分析

采用基于ESAC(energy system analysis consortium)标准的阻抗分析方法分析了柔性直流输电系统(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)的阻抗特性和稳定性。首先建立了柔性直流输电系统的等效电路,进而通过其复频域等效电路分析了VSC-HVDC柔直系统的阻抗特性,并由ESAC标准的阻抗分析法提出了判断VSC-HVDC柔直系统稳定性的实用判据。然后在复频域中得到了柔直换流站在不同PI控制参数下的Nyquist曲线以确定柔直系统的稳定性。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中进行了时域电磁暂态仿真,其稳定性结果与在复频域中的计算结果一致,进一步验证了所提出的稳定判据的正确性。     

直流电机调速系统的变结构控制

结合了变结构系统理论和Lyapunov设计方法,将变结构控制策略应用于直流电动机的调速,从实现的角度,采用了基于观测器重构状态的控制方案,设计了直流调速变结构控制系统。仿真结果表明,变结构控制使得直流调速系统对负载变化和自身参数扰动具有较好的鲁棒性,控制结构简单实用,其性能优于PID控制系统。     

鼠笼异步式风机的新型控制方法研究

针对目前鼠笼式异步风力发电机控制系统的缺点,提出了一种用于鼠笼式异步风力发电机组的新型控制方法,目的在于实现鼠笼式风机发电效率的最大化和系统成本的最小化。该控制方法的拓扑由电压源变流器(voltage source converter, VSC)、功率因数转换器(power factor correction converter, PFCC)和电容器组成,通过VSC为鼠笼式发电机提供励磁以实现最大功率跟踪控制,同时通过并联PFCC将发电机输出的全部有功功率传输至直流侧,使得VSC仅为发电机提供无功功率。并通过并联电容器补偿发电机所需无功功率以减小系统所需VSC的容量,从而最大程度地降低系统成本。同时,以提高机组效率为目的,通过分析确定了该机组的转差率和最佳电容器容量。在理论分析的基础上,基于Matlab软件对设计的控制系统进行仿真验证,仿真结果证明了该方法的可行性和控制方法的有效性。     

基于虚拟同步机的变流器暂态稳定分析及混合同步控制策略

针对采用组网型控制策略(以虚拟同步机控制为例)且考虑电流限幅的电压源型变流器(VSC)暂态稳定性差且失稳机理不明的问题,首先从传统同步机的暂态稳定分析方法入手,定性地分析了组网型VSC的暂态过程.然后,通过基于相图的非线性微分方程的分析方法,定量研究了组网型VSC的暂态失稳机理,并提出了一种结合了传统同步机摇摆方程和锁相环的新型同步方法(称为混合同步控制),使得VSC不仅具备频率响应的能力,而且其暂态稳定裕度得到了大幅提高.最后,通过MATLAB/Simulink搭建的仿真模型验证了分析方法的准确性和所提控制方案的有效性.