基于PCI控制的MMC-HVDC系统稳态控制策略研究

模块化多电平柔性直流输电系统MMC-HVDC常规采用比例积分双闭环控制,在两相旋转坐标系下存在电流耦合项需要加入前馈解耦控制,为了简化控制器,采用比例复数积分PCI控制在两相静止坐标系下对电流内环进行设计。将PCI内环与功率外环结合,提出基于PCI控制的稳态控制策略。通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对上述控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所设计控制器稳态跟踪性能好,且外环功率控制相互影响更小,控制策略是有效的。     

基于内模控制理论的HVDC IMC-PID控制器设计

分析了内模控制(IMC)理论的优越性,推导了HVDC控制系统的传递函数,在IMC理论基础上设计了直流控制系统IMC-PID控制器。控制系统的性能指标采用平方积分误差值(ISE)衡量,鲁棒稳定性指标采用M值进行评定,在综合考虑两者的基础上进行IMC-PID控制器参数的整定。在MATLAB中搭建标准模型进行数字仿真,结果显示在系统参数发生一定变化时系统仍能够保持稳定,具有较好的动态性能,由此证明了所提设计方法的可行性和有效性。     

基于内模控制器的最大风能跟踪控制研究

采用基于定子侧磁链定向的矢量控制策略来实现最大功率的跟踪,该控制策略是基于功率外环电流内环的双闭环控制方式。在双闭环控制中使用了基于内模原理的控制器,并将基于内模控制的结果与传统的PI控制的结果进行对比分析。仿真结果表明,基于内模原理的内模控制器(IMC)比PI控制器具有更强的补偿时间滞后的能力,响应速度更快,更稳定,抗干扰的能力更强。基于双馈式异步风电机组建立了仿真模型,给出了在PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果。     

基于内模控制的MMC-HVDC海上风电场不对称电网下的保护策略

为解决基于MMC-HVDC的海上风电场在不对称电网故障下普遍存在的低电压穿越问题,提出了一种基于PI电压外环和内模电流内环的新型控制策略及辅助保护方案。首先分析了不对称电网故障下MMC换流器运行特性,在αβ两相静止坐标系下建立了三相不对称电网下MMC换流器的数学模型。然后以抑制负序电流为控制目标在αβ两相静止坐标系下基于内模控制器设计了系统控制策略,同时针对两相故障时由于MMC限流所导致的母线电压抬升问题,提出了基于直流泄放回路的系统辅助保护方案。最后在Matlab/Simulink仿真平台上对单相接地和两相接地短路两种不平衡故障工况下的控制系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,所提的控制策略和辅助保护方案可以保证基于MMC-HVDC的海上风电场在电网不对称故障下实现低电压穿越运行,有效地提高了海上风电场的低电压穿越能力。     

基于MMC-HVDC风电场联网的稳态特性的研究

基于MMC-HVDC输电方式较比传统交流和VSC-HVDC等输电方式具有输送电压等级高、输送容量大和谐波特性好等优点,提出了采用MMC-HVDC对变速恒频双馈感应风机(DFIG)与电网相连,系统设计了相应的控制策略,最后在PSCAD/EMTDC仿真环境下,对系统进行仿真分析。仿真结果表明风电场之间能够独立运行且能实现有功功率和无功功率的解耦控制;MMC-HVDC系统两端也能够独立控制且具有良好的谐波特性,因此验证了该并网方式和控制策略的正确性和有效性。     

基于准PR控制器的MMC-HVDC的控制及环流抑制策略

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电HVDC(high voltage directcurrent)系统日益受到关注。传统dq坐标系下双闭环比例积分PI(proportional integral)控制需要前馈解耦,特别是在电网电压不平衡时,需要正负序分解,而环流抑制的方法也过于复杂。在分析模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC工作原理的基础上,给出了αβ坐标系下,基于准比例谐振QPR(quasi proportional resonant)控制器的MMC-HVDC的控制策略,无需前馈解耦和正负序分解,控制器设计简单,同时也给出了一种基于QPR控制器的有效抑制2倍频环流的新方法。在PSCAD(power systems computer aided design)中对上述控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明了所提策略的正确性和有效性。     

MMC-HVDC的稳态运行范围研究

针对基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统（modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC）,研究了交流系统对MMC-HVDC稳态运行范围的影响并且揭示了限制直流功率输送能力的关键因素。首先,文章基于一个单端的MMC-HVDC系统,列写出完整的数学模型。其次,分别研究了交流系统短路比、换流变压器容量和换流站容量对换流站稳态运行范围的影响。最后,研究了并联无功补偿电容器对MMC-HVDC运行范围的影响。计算结果表明,当交流系统短路比较大时,MMC-HVDC的运行范围主要受到换流变压器容量的限制;当交流系统短路比较小时,MMC-HVDC的运行范围主要受到交流系统短路比的限制。此外,无功补偿电容能改善MMC-HVDC的运行范围。     

比例谐振控制器在MMC-HVDC控制中的仿真研究

基于模块化多电平高压直流输电系统(high voltage direct current transmission based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)通常采用双闭环矢量控制策略,由于该策略在不平衡故障情况下,需要采用正负序2套旋转坐标系对正负序电流分别进行控制,从而存在需要调整控制参数多、动态响应慢的问题。该文在两相静止αβ坐标系下,分析了 MMC-HVDC 数学模型的特点,并对其功率分量进行了相应推导。为了实现交流信号无静差控制,在αβ坐标系下引入比例谐振控制器实现正负序电流的统一控制,该策略无需繁琐的旋转坐标变换,从而不存在受电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,进而方便了控制器的设计;同时利用PR控制器对传统电容电压均衡控制内环进行了改进,最后,在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型基础上,验证了αβ-PR平衡和不平衡控制策略的有效性。     

基于两相静止坐标系的MMC-HVDC系统稳态控制策略

控制系统对于柔性直流输电系统的运行性能起着至关重要的作用,因此对控制策略的研究有着重要的意义。推导了基于两相静止坐标系的模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct currenttransmission,MMC-HVDC)系统的数学模型,再结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了基于两相静止坐标系的MMC-HVDC系统稳态控制策略。该策略避免了两相旋转坐标系中的电流交叉耦合项,不需要前馈解耦,整个控制系统更加简单。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中对上述控制策略进行仿真研究,仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。     

MMC-HVDC物理模拟系统的控制器架构设计

相比传统直流输电,模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制系统的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。为研究物理控制器的设计方法,文中首先设计了MMC-HVDC物理模拟系统的主系统结构与电气参数,然后重点研究了分层的MMC-HVDC控制系统架构,运行人员控制系统(上位机)、极控制和保护系统、阀基控制器、子模块控制保护单元等由高到低构成了完备的控制体系,确立了各控制层之间的通信方式与内容,开发调试了控制系统程序。最后,进行了MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验。实验表明控制系统可以有效地实现物理模拟系统的启停、子模块电容电压平衡、基本的故障保护以及直流电压与功率的控制。     

基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

文中提出了一种基于内环电流状态反馈解耦控制的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)高压直流输电(HVDC)系统控制策略。首先,在d-q同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC的数学模型,然后建立含内环电流控制和外环控制的MMC-HVDC双环控制系统。内环控制器实现对同步旋转坐标系下d轴电流、q轴电流精确跟踪控制,通过状态反馈解耦控制,实现dq轴电气量解耦的内环电流控制;对内环控制器进行极点配置,提高其稳定性,使内环电流控制器可以简化为一阶惯性环节。外环控制采用PI控制,以适应换流器的多种运行方式。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真,仿真算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

采用能量优化控制策略的串联型电能质量控制器稳态特性分析

利用相量图分析方法对采用能量优化控制策略的串联型电能质量控制器(series power quality controller, SPQC)稳态特性进行了定量分析。选取负载电流相量为参考相量对SPQC进行相量图分析，使各物理量之间的关系更清晰，便于定量求解。根据电源电压幅度与负载功率因数的关系，提出采用能量优化控制策略的SPQC 3种工作模式。分别在电压暂低和电压暂高情况下，对采用能量优化控制策略的SPQC稳态特性进行了详细的定量分析，据此获得了反映电压幅度暂变各种情况下有关物理量之间关系的稳态补偿特性解析式和曲线。仿真和实验验证了该文分析的可行性、有效性及能量优化控制策略不同工作模式划分的正确性。     

基于网络的电机远程控制系统内模控制器设计

针对基于网络的远程控制系统中存在的信号传输时间延迟问题,设计了基于内模原理的控制器,对因网络时延导致的系统性能下降进行补偿。并且,对加入内模控制器后的闭环系统性能进行了分析。内模控制器克服了其它控制器必须依赖电机精确模型的缺点,保证了系统具有良好的稳定性和鲁棒性。仿真示例验证了内模控制方法的有效性。     

Fault Ride-through Hybrid Controller for MMC-HVDC Transmission System via Switching Control Units Based on Bang-bang Funnel Controller

This paper proposes a fault ride-through hybrid controller(FRTHC) for modular multi-level converter based high-voltage direct current(MMC-HVDC) transmission systems. The FRTHC comprises four loops of cascading switching control units(SCUs). Each SCU switches between a bang-bang funnel controller(BBFC) and proportional-integral(PI) control loop according to a state-dependent switching law. The BBFC can utilize the full control capability of each control loop using three-value control signals with...     

基于状态变量控制器的再热汽温控制系统

针对南京热电厂6号机组再热汽温被控对象滞后大的特点，采用状态变量控制器，重新设计了原来的再热汽温控制系统。实际运行表明，采用基于状态变量控制器的再热汽温控制系统，在机组升、降负荷及启、停制粉系统的过程中，均使锅炉再热汽温严格控制在允许的范围内，是一种对大滞后过程比较有效的控制方法。     

基于准PR控制器的MMC-HVDC新型环流抑制策略研究

MMC-HVDC相间环流使得桥臂电流发生畸变,增大了桥臂电流峰值,增加了功率损耗,并严重威胁子模块电容电压平衡和电容的寿命。为此,本文首先分析MMC-HVDC的工作原理和数学模型,进一步分析了MMC相间环流产生机理,分析表明环流中只存在偶数次谐波,不存在奇数次谐波,其中,2、4、6次环流谐波含量所占比重最大。基于此提出了一种基于准PR控制器的新型环流抑制策略。该控制策略不仅克服了传统PR控制器抗电网频率偏移能力差、带宽窄的缺点,而且大大减少了准PR控制的使用数量,减小了系统设计的复杂度。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的正确性和优越性。     

基于内模控制的再热汽温控制系统

采用内模控制算法对国产２００ＭＷ火电机组带汽汽换热器的多变量再热汽温系统进行控制系统分析与设计。采用了Ｖ规范型控制结构;为使主通道时间迟延最小,对被控对象进行了补偿设计;给出了能实现解耦且无纯微分环节的控制器设计步骤;详述了滤波阵的设计目的和过程。最后对所设计的再热汽温控制系统进行了仿真。结果表明,该汽温控制系统具有优良的控制品质。     

一种新颖的基于内模电流控制的矢量控制系统

无速度传感器矢量控制系统中存在两个关键性的问题,即速度辨识的稳定性问题和控制器结构问题.本文提出一种新型的基于模型参考自适应的内模电流控制的矢量控制系统.首先,利用MRAS理论,保证了观测器的全局稳定性,然后通过内模控制实现动态解耦,克服了PI控制不能动态解耦和其他解耦方法中对参数敏感的问题.仿真结果表明:系统对参数变化具有较强的鲁棒性,取得较好的解耦效果和系统控制性能.     

基于内模控制的永磁同步电动机调速系统设计

针对永磁同步电动机伺服系统高性能的控制要求,提出一种基于内模控制技术的永磁同步电动机控制策略。设计的内模控制器具有结构简单、直观和容易调节等特点,通过使用内模控制技术设计电流环,改善电流环的性能;在电流环的基础上,再用内模控制技术设计速度控制器,抑制速度波动;利用构建仿真模型对该调速系统进行仿真研究。结果表明:用内模控制结构设计的调速系统有转速超调量低、转矩脉动小和响应速度快的优点,明显改善了系统的跟随性能和抗扰性能,证明了该控制策略的有效性。     

基于PXI的MMC-HVDC系统快速控制原型设计

相比传统高压直流输电,模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制器的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。使用快速控制原型技术可以加快MMC-HVDC系统的控制器开发。基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)开发了MMC-HVDC系统的快速控制原型。首先,在PXI环境中设计了MMC-HVDC系统的控制策略,开发调试了控制程序,配置了输入/输出板卡及端口,实现了快速控制原型。其次,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)的MMC-HVDC一次系统模型。最后,建立了RTDS-PXI混合实时仿真系统。混合实时仿真实验结果表明,所设计的快速控制原型可以进行MMC-HVDC系统启动、子模块电容电压均衡、母线电压和有功功率调节等控制,具有优良的稳态与暂态性能。