开关电源模块并联供电系统设计

对DC/DC并联供电模块电流能按任意比例分配电路拓扑和数学模型进行了研究。设计其一DC/DC变换器模块为电压闭环自动控制系统,另一DC/DC变换器模块按电流源性质设计闭环自动控制系统。对采用这种DC/DC变换器模块的并联系统建立了动态小信号数学模型,根据建模的结果设计了补偿网络。对DC/DC并联供电模块电流分配策略进行了详细的分析,仿真和实验结果验证电路拓扑及控制策略的正确性。     

有源滤波器对电压源型非线性负荷稳定性分析

分析了电压源型非线性负荷对基于检测系统电流的并联型有源电力滤波器(SAPF)控制算法稳定性的影响,并给出了解决方案。对于电压源型非线性负荷,由于系统电抗的影响,在使用SAPF进行谐波补偿时会出现谐波放大现象,进而影响SAPF电流跟踪控制算法的稳定性。建立了SAPF、系统电抗和电压源型非线性负载的详细电路模型,并通过闭环传递函数控制模型分析了电压源型非线性负荷对SAPF电流跟踪控制算法的稳定性影响。使用向量比例积分(VPI)控制验证了该数学模型的合理性,并提出了解决方案,仿真和实验结果验证了该模型的正确性。     

应用串联校正解决有源滤波器稳定性问题

分析了系统电抗和负荷电抗对基于检测系统电流的并联型有源滤波器(APF)控制算法稳定性的影响,并给出了基于串联校正的解决方案。对于电压源型非线性负载,由于系统电抗和负荷电抗的影响,在使用并联型APF进行谐波补偿时不但会出现谐波放大现象,而且影响并联型APF电流跟踪控制算法的稳定性。建立了并联型APF,系统电抗和负荷电抗的详细电路模型,并通过闭环传递函数控制模型分析了电流跟踪控制算法的稳定性。使用比例谐振(PR)控制验证了该数学模型的合理性,并提出了串联校正解决方案,实验结果验证了该模型和解决方案的正确性。     

具有快速负载动态响应的DC／DC开关变换器开环控制新策略

采用何种控制策略和如何实现控制方法是决定开关变换器的效率和性能的主要因素。单周控制方法是近年来提出的一种新型非线性控制策略。这对输入电源电压的变化具有快速的动态跟踪能力,但对负载变化的抑制能力差,基于等效受控源平均法,提出了一种新的非线性控制方法,使得PWM开关变换器的输出电压,在负载干扰和电源电压干扰下,具有优良的动态响应特性。以降压型变换器为例,首先建立开关变换器大信号低频平均电路模型。通过分析平均电路模型,可以推导出一种新型开环非线性控制策略。这种控制方法具有固有的稳定性,快速动态响应和无过冲等优点。为了实现新的控制方法,建立了电感电压低频分量的数学模型。计算机仿真和实验测试结果证明理论预期分析。     

基于PEMFC延时特性的发电系统建模与控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统延时特性,建立了1.2 k W PEMFC简化动态模型,并与实验数据对比验证了模型的有效性。在此基础上,构建了包含50 k W PEMFC系统、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和滤波器在内的PEMFC发电系统模型,对并网运行和独立运行模式分别提出了同步PI电流控制和电压瞬时值反馈PI控制策略。仿真分析结果表明控制策略效果良好,能满足不同运行状态的要求。     

三相并联型有源滤波器的滑模控制方法

提出了一种基于滑模控制理论的有源电力滤波器补偿电流和直流侧电压的统一控制策略,避免了补偿电流与直流侧电压由两个闭环分别进行控制。建立了并联型有源电力滤波器在abc和??坐标系下的数学模型,提出了在??坐标系下的以跟踪误差最小为目标的补偿电流和直流侧电压的滑模控制策略,证明了该控制策略的等效控制的存在性,推导出该滑模控制的可达性条件,可以准确获得滑模面的取值范围。仿真结果证明了该方法的有效性。     

三相四线制并联型有源电力滤波器研究

介绍了三相四线并联型有源电力滤波器的基本原理,谐波检测方法以及控制策略.本文采用电流闭环PI结合电压前馈控制补偿电流发生环节,建立了并联型三相四线制有源电力滤波系统的仿真模型并进行了仿真.仿真结果表明该并联型有源电力滤波器能有效地补偿三相电流及中线电流,论证了其补偿电流检测方法及控制方案的可行性.     

锂离子电池储能系统建模与控制策略研究

研究了含DC/DC变换器的锂离子电池系统的充放电特性。以锂离子电池等效电路为基础,提出了电池侧电感平均电流内环控制及恒功率、恒电流和恒电压切换的外环控制DC/DC双闭环策略。以锂离子电池当前荷电状态和充放电指令为输入条件,建立模糊控制模块,基于模糊理论对其充放电进行自适应安全控制。仿真结果表明所建立锂离子模型及控制策略正确性有效性。     

基于同步坐标变换的VSC-HVDC 暂态模型及其控制器

对基于电压源型换流器的新型直流输电系统的暂态数学模型和控制策略进行了研究,建立了同步旋转坐标系下VSC-HVDC系统的暂态数学模型,提出了直接电流控制策略和双闭环控制器结构.内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制;外环控制器由稳态逆模型和PI调节器构成,实现系统有功功率和无功功率的独立调节.最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能.     

PEMFC双机并联直流供电系统研究

针对直流微电网中同时使用不同参数PEMFC时存在的问题,提出了PEMFC双机并联直流供电系统基本构架,分析了PEMFC双机并联供电系统的特点;针对并联系统的支路电流分配问题,建立了BUCK并联电路的小信号数学模型,设计了PEMFC双机并联均流控制电路,最后通过仿真实验验证了该系统均流的准确性、快速性以及支路故障时系统的可靠性和稳定性。     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

基于耦合电感的低纹波数字DC/DC电源

针对数字开关电源比模拟电源输出纹波大的问题,介绍了一种降低数字开关电源输出纹波的有效途径.利用耦合电感滤波网络,达剑低纹波的要求,同时不会破坏原开关电源的动态性能.基于AFS600混合信号FPGA搭建了数字DC/DC电源平台,实现了片上控制系统.实验证明,输出纹波得到了有效抑制,纹波降低了50%.     

车用PEMFC发动机超压问题的一种解决方案

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为电动汽车的发动机具有高效、快速启动、零污染等优点,但由于其自身内阻比较大,使得燃料电池堆从开路到最大功率输出电压的波动很大,很容易超出直流/直流变压器(DC/DC)输入电压的允许范围,给电池组的设计带来很大的束缚。通过备用电池堆调整燃料电池输出电压,并根据其极化曲线的滞回特性给出了具体的控制方案和实现电路的原理图,实验证明该方案解决了DC/DC的超压问题,并且具有实现简单,可靠性强等优点。     

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

固体氧化物燃料电池发电系统模型建立及逆变器仿真研究

以固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,以释放变换器上电感能量,减少电容充电时间为目的,提出了在DC/DC变换器中增加一个反激式绕组。该反激式绕组的输出端、接地端分别与DC/DC变换器的输出端、输出接地端相连,构成输出回路,以释放输入电感启动时多余能量,保证输出直流母线电压的稳定性。逆变器输出电压控制采用模糊PID控制策略,可在固体氧化物燃料电池输出电压不稳定时,通过监测该系统的输出电压和给定电压差值,在线调整KP、Kd、Ki控制输出量。该控制策略与传统PID控制策略进行了比较,比较结果证明其性能优于传统PID控制策略。采用Matlab软件搭建系统模型,固体氧化物燃料电池发电系统的仿真研究验证了以上的理论分析。     

基于Simulink的多电飞机电气系统运行特性研究

针对多电飞机电气系统结构日益复杂,其稳定性也愈加重要的现状,研究了电气系统中主电源、应急电源和负载模型的控制方法以及相互之间的影响。首先,详细介绍了基于SVPWM的双闭环控制下永磁同步发电机和电动机的运行策略;其次,分析了28 V航空蓄电池适配的双向DC/DC变换器的设计方法,并基于半桥拓扑设计和改进了电压电流双闭环控制方法;接着以恒功率负载为切入点,使用李雅普诺夫第一法和变换器的小信号模型分析,分别讨论了在不同运行状况下的系统稳定性。在Matlab/Simulink平台上搭建了电气系统仿真模型,仿真结果表明：恒功率负载对多电飞机电气系统的稳定性有较大的影响,而并网电气系统的抗干扰能力较强,且在运行状况切换时动态响应快,从而验证了模型的可靠性。     

模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法

为了考核模块化多电平换流阀应力及其运行可靠性,针对高压大容量柔性直流换流阀子模块电压逐步提高的情况,提出了一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法。首先对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析;其次,结合应力分析,提出一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑,并建立了该试验拓扑的数学模型,阐述了其运行机理;同时,通过控制量的对称性,实时消去了交直流控制量中的直流分量;最后,搭建了仿真模型并进行了验证。结果表明,提出的模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法具有正确性和有效性,所提试验拓扑降低了直流试验电源的电压需求,其控制方法简化了试验电路的控制。     

中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

超级电容器储能系统在两端供电直流微网中的电压控制方法研究

为了更充分地利用分布式电源的发电出力,最大限度发挥超级电容器的技术经济性,提出了两端供电的干线式直流微网结构,指出超级电容器储能系统在直流微网的优势与作用,并根据超级电容器储能系统配置地点来选择控制方法,电源端配置采用电压分段控制,负荷端配置采用恒压控制。在Matlab/Simulink平台上搭建包含超级电容器储能系统的直流微网模型,分析超级电容器储能系统配置位置对直流微网电能质量的影响。仿真结果表明超级电容器储能系统能有效地抑制负荷波动或光照变化引起的电压大幅变化。