基于超导磁储能系统的电力弹簧控制策略研究

随着分布式发电技术的不断发展,可再生能源的渗透率不断提高.作为一种新的电压控制装置,电力弹簧能有效抑制分布式发电的功率变化引起的电压波动.本文首先针对传统PI控制动态响应能力差的问题,提出了一种基于自抗扰控制的电弹簧电压控制方法.其次,为了解决传统电力弹簧直流侧电压稳定以及有功功率补偿中存在的问题,在分析电弹簧电压控制原理的基础上,结合了具有高功率密度的超导磁储能(SMES)系统,并提出了纯无功补偿以及功率因数补偿情况下的相位控制策略.仿真结果验证了本文所提控制算法的正确性和有效性,且自抗扰控制比传统PI控制具有更好的电压调节能力,有效地提高了系统的鲁棒性.     

基于RBF神经网络的SMES控制策略

针对超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)中传统比例积分(Proportion Integration, PI)控制器控制参数不能更新的问题,提出了基于径向基函数(Radical Basis Function, RBF)神经网络的PI控制策略。以SMES电压源型变流器为研究对象,对其拓扑结构进行建模分析,在交流侧及直流侧控制部分采用RBF神经网络改进策略。该策略的主要功能是利用RBF神经网络的辨识能力对系统模型进行动态辨识,然后将PI控制参数与辨识结果相关联,使得参数在神经网络在线自学习中不断迭代更新,自适应于系统变化。在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,结果表明:该控制策略能够快速并准确地响应功率指令和电压指令,有利于SMES更好完成电网波动平抑任务。     

基于PI调节占空比的自适应MPPT方法

最大功率点跟踪(MPPT)技术是提高光伏发电效率的重要途径之一。扰动观测法是MPPT控制中最常用的方法,针对其无法兼顾跟踪速度与最大功率点跟踪过程的震荡问题,提出了一种基于PI调节占空比的自适应MPPT方法,该方法针对占空比采用基于PI调节的自适应策略。通过Simulink建模仿真,与其他方法进行对比分析,结果显示了该方法可显著地提高了最大功率点跟踪的速度与精度。     

基于三电平PWM整流器的超导储能系统直接功率控制

本文研究了基于三电平PWM整流器超导储能系统直接功率控制策略.分别给出了基于电压定向和虚拟磁链的直接功率控制策略的具体实现方法.根据开关表生成的原理,提出了一种新的三电平PWM整流器直接功率控制的开关表.通过Matlab/Simulink仿真分析软件建立模型,验证了本文提出的开关表的可行性,以及基于三电平PWM整流器超导储能系统直接功率控制策略良好的动静态性能.     

SMES变流器基于自抗扰的改进型模型预测控制

为提升SMES变流器控制系统性能,提出一种基于自抗扰的改进型模型预测控制策略。其中,内环采用基于三矢量的改进型模型预测控制,以降低系统电流波动,同时保证开关频率固定;外环在基于瞬时功率平衡的思想上采用不依赖精确模型且强鲁棒性的自抗扰控制技术来保持直流侧电压的稳定,二者结合实现对超导磁储能变流器的综合控制。仿真结果表明,在同一采样频率下,该控制策略比基于自抗扰的传统模型预测控制,具有更小的功率波动及更低的网侧电流谐波含量,同时比传统的PI控制具有更小的超调。     

大功率天然气发动机怠速控制策略研究

为提高大功率天然气发动机怠速时的稳态和动态效果,以V模式为研究手段,基于一款六缸天然气多点电喷发动机,实现了发动机怠速控制策。首先针对不同的怠速工况设计了不同的目标怠速转速值的计算,并根据发动机特性确定了PI控制模式。利用目标怠速转速和瞬时转速的差值确定不同PI控制参数,通过PI控制调节电子节气门的开度,从而实现对发动机怠速转速的控制。然后根据实际发动机参数搭建了发动机MATLAB/SIMULINK仿真模型,用于对怠速控制策略进行软件在环仿真测试以及PI控制参数预标定。最后在天然气发动机试验台架上对控制策略进行了进一步的试验和标定。试验结果表明：该怠速控制策略,可让发动机转速响应时间控制在1秒左右,转速稳定时间在2秒左右,发动机转速稳态误差控制在±5rpm范围之内,实现了对怠速的良好稳定控制。     

基于比例积分控制的电压反馈型Buck变换器分岔

在分段光滑模型的基础上,推导出基于比例积分(PI)控制的电压反馈型Buck变换器的光滑模型及离散迭代模型.证明了功率系统的混沌吸引子在负载线上运动,并受到占空比的控制,模型的流形围绕吸引子运动并出现1周期、2周期及混沌现象;推导出电压反馈型PI控制系统的输出电压与Buck变换器的输出电压成线性关系,在此基础上指出PI控制中的比例因子起主导作用;分析了系统的倍周期分岔、边界碰撞和混沌现象,并展示了变换器状态的转移过程.实验结果表明了理论建模分析和仿真的正确性.     

强磁场链式电力滤波器的均压控制与仿真

针对稳态强磁场超导磁体装置的链式高压有源电力滤波方案规划,提出一种三级电容均压控制方法,并基于有源滤波系统的非线性特性,采用分数阶PI 控制器代替普通PI 控制器;基于改进的Oustaloup 算法,完成分数阶积分的求解。通过仿真与实验对比分析了分数阶PI 与常规PI 控制器的运行效果,经仿真和实验均表明直流均压控制策略是可行的。     

光伏阵列伏安特性测试系统设计

基于对光伏电站控制和设计水平的要求,本文提出一种基于电容充放电的特性的光伏阵列伏安特性测试系统。本文阐述了测试系统的工作原理和系统关键的部分。当光伏阵列给电容充电时,得到当时环境中光伏阵列的电压、电流以及相应的功率特性曲线。同时对M*N的光伏组件进行建模,得出组件的相应的电性能参数,并对最大功率点进行分析。最后进行实验验证。本测试系统具有测量精度高、系统稳定性高、成本低廉,并且能更直观的测得光伏阵列的特性。     

基于安排过渡过程的制冷机控温策略设计

为解决斯特林制冷机控制系统中经典PID闭环控制器易出现积分饱和而带来性能下降的问题,提出一种基于安排过渡过程的制冷机控温策略,在经典PID控制器的基础上,对控温点的切换安排平滑渐变的过渡过程。以斯特林制冷机系统作为研究对象,重点分析了制冷机系统的模型、经典PID控制策略的局限性、过渡过程的原理和可行性方案,基于计算机仿真与实物试验的方式对其进行验证,结果表明,调节时间缩短为原指标的56%,超调量减少为原指标的22%。该方案对于制冷机系统控温性能的提升起到显著作用。     

基于IGBT的大功率H桥快控电源控制策略

为了控制快速变化的等离子体垂直位移,研制了基于IGBT的大功率H桥快速可控电源,额定参数为500 V/3 kA。旧的快控电源由于结构以及控制策略的原因,导致IGBT关断过电压高、工作频率低、续流过程不可控产生的电压宽脉冲等问题。针对这些不足,新的H桥快速控制电源首先重新设计了电源的结构,使其更加紧凑,减小了电源的寄生电感,从而降低了IGBT的关断过电压。其次,通过改变电源的控制方式,电源的工作频率达到IGBT开关频率的2倍,增大了电源输出电压的频率,等效提高了电源的快速响应能力。同时,为电源重新设计了一种可控的续流方式,通过对IGBT的控制改变电路的续流回路,使续流过程可控。通过实验研究可知,电源的响应时间为125 s,在等离子体位移发生变化时电流能够快速响应,控制等离子体位移,保证托卡马克装置的正常放电,并且通过新的续流控制方式,使电源在续流时不会再出现续流不可控导致的宽电压脉冲问题,输出电压能够有效地跟踪给定电压值变化。     

基于负离子的中性束注入器加速极逆变型高压电源控制策略

ITER中性束注入器加速极需要一套逆变型直流高压电源系统。该电源采用三相三电平(TPTL)直流变换器作为基本单元,通过占空比控制实现对输出电压的快速调节。针对三相三电平直流变换器在小占空比模式下输出电压纹波大的缺点,提出了一种全新的控制策略。该策略通过协调直流母线电压的大小和逆变器占空比的变化对输出电压进行调节。为了验证新的控制策略的性能,搭建了200 kV/60 A的MATLAB/Simulink仿真模型和400 V/6 A的原理样机。仿真结果和样机实验结果表明,新的控制策略可以实现逆变型高压电源在输出电压快速可调的情况下降低输出电压纹波。     

形成线脉冲压缩技术在超宽谱技术中的应用

分析了基于同轴Blumlein线的高功率脉冲源对低阻抗短形成线充电、实现脉冲压缩的基本原理,给出了理想情况下,脉冲压缩后输出的高功率超宽谱脉冲电压、功率增益及能量效率计算公式。利用电路仿真软件建立了脉冲压缩电路模型,通过模拟验证了理论分析。模拟了实际主脉冲波形对输出脉冲的影响,结果表明:低阻抗压缩线充电时间变长、充电电压峰值降低;通过在前级脉冲源与脉压形成线之间增加一定长度传输线,可以有效提高压缩线充电电压。针对典型的同轴Blumlein线高功率脉冲源紧凑Tesla型高功率脉冲源CKP-1000,设计了脉冲压缩装置和测量系统,建立了完整的脉冲压缩实验系统,开展了脉冲压缩试验。该脉压系统可将4.5 ns输入脉冲压缩为前沿940 ps、半高宽约1 ns的亚纳秒脉冲,实现了约2.2倍的功率增益。实验数据与理论分析基本吻合。     

Proportional-plus-integral semiactive control using magnetorheological dampers

Magnetorheological (MR) dampers are a promising alternative to structural active actuators as they provide adjustable damping over a wide range of frequencies without large power requirements. However, the complex dynamics that characterizes these devices makes it difficult to formulate control laws based on the MR damper model. Instead, many semiactive control strategies proposed in the literature have been based on the idea of “clipping” the voltage signal so that the MR damper force “tracks” a desired active control force which is computed on-line. With this idea many algorithms have been proposed using, among others, techniques such as optimal control, H_∞ control, sliding mode control, backstepping and QFT.This work presents a semiactive control strategy based on the same idea of “clipping” the voltage signal but using a simpler PI design. The proportional and integral gains of the controller are calculated so that the controller guarantees stability, minimization of the closed loop response and robustness against modeling errors. Effectiveness of the control strategy is compared to some others techniques and passive cases as well. Simulation results shows that this simple strategy can effectively improve the structural responses and achieve performance index comparable to that of more complex algorithms.     

Indoor cognitive radio operation within the broadcast TV protection contour

Although the broadcast television (TV) spectrum is currently open for unlicensed operation in the USA, a considerably large geographic area still remains excluded from the unlicensed operation due to potential interference to the licensed users. However, it might be possible to reuse primary spectrum within the protection contour if the frequency reuse occurs inside a building that shields radio signals and reduces interference to the primary system. Interference to outdoor licensed users from the indoor operations can be minimized if the unlicensed users adjust their transmit power according to their locations in the building. This paper presents an analysis and effectiveness evaluation of a novel cognitive radio (CR) system which enables CRs to access the licensed spectrum inside a building in the area within the protection contour. The system utilizes an indoor sensor network for (i) interference sensing, (ii) CR transmit power control, to limit the interference to the outdoor primary receiving antennas. Power control model of the indoor system has been developed to estimate safe transmit power for the indoor users. Two cases have been considered; single-user single-sensor (single indoor user and single sensor), and multi-user multi-sensor. Based on the power control model, a power control algorithm has been developed and its effectiveness is assessed through simulations. The algorithm is effective in realistic propagation scenarios, e.g. when internal partition walls and multipath fading are present. The outage probabilities in these propagation scenarios are found and the procedure of determining the transmit powers for CRs is presented.     

频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。     

Analysis of energy conversion in two-mode vibration control using synchronized switch damping approach

The synchronized switch damping (SSD) approaches based on piezoelectric actuators have been successfully used in multimode vibration control of structures. By suppressing voltage inversion at some displacement extrema, the control performance of SSD approaches can be significantly improved. In this study, conversion of energy from mechanical to electrical in two-mode control is analyzed for different amplitude ratios and frequency ratios. The results show that the converted energy in two-mode control with voltage inversion at every extremum is smaller than the sum of the energies of the two modes in single-mode control, but the converted energy of the second mode in two-mode control may exceed that in single-mode control when the amplitude ratio of the second mode to the first mode is small enough. The influence of voltage threshold used to suppress voltage inversion on energy conversion of the system and each individual mode is also investigated. The converted energy of the first mode in two-mode control may be much larger than that in single-mode control when voltage inversion is suppressed suitably. The analytical results can successfully explain the phenomenon in the previous control experiments and can also be extended to multimode control.     

基于PSO 实现的级联H 桥七电平APF 在外超导电源中的研究

针对强磁场实验装置(SHMFF)的链式高压有源电力滤波方案规划,基于有源滤波系统的非线性特性, 采用分数阶值。PI 控制器替代普通PI 控制器,在此基础上引入粒子群算法优化指令电流PI 控制器参数,并通过 实验对比分析了人工整定的PI 控制器与PSO 整定的PI 控制器的运行效果。经样机实验表明,采用的PSO 算法 整定的电流内环控制器是正确的,且具有一定的参考价值。     

����PSO ʵ�ֵļ���H ���ߵ�ƽAPF ���ⳬ����Դ�е��о�

针对强磁场实验装置(SHMFF)的链式高压有源电力滤波方案规划,基于有源滤波系统的非线性特性, 采用分数阶值。PI 控制器替代普通PI 控制器,在此基础上引入粒子群算法优化指令电流PI 控制器参数,并通过 实验对比分析了人工整定的PI 控制器与PSO 整定的PI 控制器的运行效果。经样机实验表明,采用的PSO 算法 整定的电流内环控制器是正确的,且具有一定的参考价值。     

快循环同步加速器射频加速电压幅度的数字化控制

 中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器（RCS）中的射频低电平控制系统是基于FPGA的全数字控制系统,旨在完成对射频频率、加速电压和同步加速相位的控制。介绍了CSNS/RCS射频系统的低电平数字化控制设计方案,并着重对射频加速电压幅度控制回路进行了分析与讨论。电压幅度控制环路通过射频电压幅度信号与电压幅度设定值的比较,得到误差信号。误差信号经过控制器来控制输入到射频腔的功率,以达到稳定和改变腔压的目的。通过对控制对象的分析和建模,得到了满足系统要求的控制器。详细介绍了数字系统的实现,尤其是信号的解调和控制算法的实现。用ALTERA公司的DSP builder进行数字控制系统开发,系统仿真结果表明,环路误差信号大约于10 μs（400个系统时钟）后归于0,整个电压幅度控制环路能稳定运行。