基于微电网储能控制系统的电能质量综合治理研究北大核心CSCD

针对微电网内分布式电源具有间歇性和波动性特征且其内部的不平衡、非线性负载易引起谐波污染等电能质量问题,文章提出了利用微电网电池储能系统平抑功率波动,同时实现无功谐波及不平衡电流的全频段范围补偿的多目标控制策略。采用计及有功电流计算功能的i_(p)-i_(q)电流检测与合成算法进行补偿功能指令电流的计算,在此基础上,设计了重复+PI复合控制器对检测出的指令电流进行跟踪控制,基于储能充放电原理,采用两段式双闭环充放电控制方法,引入功率前馈并结合中间直流侧电压,实现两级变换器之间的协同控制。最后,对储能电池充放电状态下以及电流内环控制器的动态响应能力进行仿真分析,验证所提全补偿控制策略的有效性。     

邮轮混合储能系统分段式下垂控制技术

针对脉冲负载频繁投切引起的邮轮混合储能系统频率、电压波动问题,提出一种改进的下垂控制策略。针对锂电池和超级电容混合储能系统建立仿真模型,为各储能单元配置独立的双向DC/DC变换器,仿真分析分段式下垂控制策略对功率分配和均流控制的效果。仿真结果表明：在负载突加或突卸工况下,分段式下垂控制策略可根据负载功率和直流母线电压变化自动控制储能系统功率流向,快速有效平抑电网的负载波动。     

储能系统双向Buck-Boost变换器控制策略研究

为应对可再生能源出力波动引起储能系统功率流动方向的频繁变化,提出一种基于自抗扰控制和模型预测控制（ADRC+MPC）的储能系统双向Buck-Boost变换器控制策略。其中模型预测控制方法应用于电流内环,无需进行参数整定的同时,也提高了系统的响应速度;采用自抗扰控制策略的电压外环,通过在高频段降阶简化控制对象,达到降低自抗扰控制器复杂度的目的。仿真和样机实验显示当电感电流与输出电压参考值突变时,系统可分别在0.2与30 ms内迅速调整到给定值;当负载与电源电压突变时,系统能在20 ms内恢复稳定。实验结果证明该文提出的控制方法优于PI+MPC策略,具有响应速度快、超调量和波动幅度小的特点。     

直流微电网用非隔离高增益DC-DC变换器

在直流微电网中,光伏需要依靠电力电子功率变换器并网。文章提出了一种非隔离高增益DC-DC变换器,该变换器采用改进的开关电感,以提高负载的输出电压,对其连续导通模式和不连续导通模式下的稳态进行了分析,并与其它功率变换器拓扑进行了比较。最后,在Matlab仿真平台和实验样机上进行了对比,仿真和实验结果与理论分析结果基本一致。文章所提变换器与传统升压变换器相比,具有较高的电压增益,虽然该变换器使用了两个功率开关,但由于两个功率开关采用统一操作,因此控制电路简单。     

一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器

提出一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器,各端口间均可实现功率双向流动。首先,分析该三端口DC-DC变换器的工作原理;其次,建立变换器稳态模型并分析功率传输特性和软开关特性;然后,对端口间功率耦合原因进行分析并提出硬件解耦方法;最后,通过磁集成降低磁元件数量,并通过仿真和样机实验验证所提三端口变换器硬件解耦的可行性以及磁设计和控制方案的正确性。     

具有模式激活的储能双向DC-DC变换器的有限集模型预测控制方法

针对直流微电网中分布式发电机组输出功率不确定及负荷波动导致系统功率不平衡和直流母线电压不稳定的问题,提出了一种双向DC-DC变换器的模式激活有限集模型预测控制方法,预设了直流母线电压允许波动范围的上下限,利用范围比较器,根据母线电压实际值自动选择储能系统的工作模式,并实现其在不同模式之间的自由切换。仿真结果表明,提出的控制策略在三种模式切换的过程中,能够快速地稳定母线电压值,提高系统的电能质量并延长蓄电池的使用寿命。研究成果可用于指导工程实践。     

基于混合储能的并网光伏发电系统功率控制研究

针对并网光伏发电系统输出功率的波动,提出利用混合储能系统对功率进行平抑.介绍了光伏最大功率跟踪和并网逆变的控制,为实现发电和并网功率的匹配,考虑蓄电池和超级电容器各自特性的优势,对混合储能系统提出了三级式功率分配策略;通过设计相应的控制方法和以功率分配单元的输出功率作为参考值,混合储能系统控制变换器进行合理充放电.混合储能系统不仅保证了并网功率按计划运行,而且稳定了直流母线电压、满足了随机负荷供电.通过仿真验证,三级式功率分配策略有效,控制方法可行.     

光伏直流微电网超级电容储能控制策略研究

光伏直流微电网有离网和并网两种工作模式。离网模式下,由于负荷及分布式电源功率变化,导致母线电压波动;并网模式下,微电网输入功率变动以及非线性负载产生的低次谐波会使并网电流脉动,影响电能质量。文章提出了基于超级电容的储能控制方案,利用超级电容的快速充放电特性,离网运行时在传统双闭环控制方案中加入电压的功率微分控制,稳定直流母线电压的波动;并网模式时提出一种并网电流脉动补偿控制方案,降低并网电流的脉动,提高电能质量。最后,仿真建模验证了所提控制方案能有效解决直流母线电压波动及并网电流脉动的问题。     

一种用于直流微电网的新型高增益DC-DC升压变换器北大核心CSCD

直流微电网需要DC-DC升压变换器提高输出电压,为分布式发电单元提供公共电压。文章对传统的升压变换器(Conventional Boost Converter,CBC)和二次升压变换器(Quadratic Boost Converter,QBC)进行改进,提出一种新型高增益DC-DC升压变换器。首先,介绍该新型变换器的拓扑结构与工作原理,并对电路参数进行了设计,分析了功率开关的电压应力;然后,从无源元件数量、开关器件间的电压应力等方面,将该变换器与其他拓扑结构进行对比,变换器仅用两个电感、两个电容和两个功率开关,实现电压增益和电流连续输入,且具有二次电压增益高和降低开关器件间电压应力的优点;最后,通过Matlab仿真模型和试验样机,验证了理论分析的正确性。     

氢燃料汽车双向DC-DC变换器改进模型预测控制

双向交错并联DC-DC(BDC)变换器是氢燃料电池汽车实现供电可靠性和能量回收的重要设备,采用传统控制方法时BDC变换器面临着响应速度慢、稳定性不高、输出电流纹波大等问题,针对上述问题,本文采用一种带约束条件改进模型预测电流控制方法.该策略针对BDC变换器两种不同工作模式分别建立其数学模型,基于矢量工作原理搭建BDC变换器不同工作模式改进电流预测模型;然后针对模型预测控制过程开关抖动频繁的问题,对成本函数进行优化设计,约束条件中加入控制变量增量;为解决输出电流纹波问题,改进模型预测控制策略通过在线计算开关占空比,得出矢量作用时间,设计成本函数实现控制目标;实验和仿真对比结果显示传统电流控制方法响应时间和电流纹波分别为0.1 s和5 A,改进MPC模型预测控制响应时间和电流纹波分别为0.02 s和1.5 A,实验和仿真对比结果表明带约束条件模型预测电流控制具有更好的动态响应和稳定性能,验证该算法的有效性.     

多输入双向DC-DC变换器在燃料电池系统的应用

针对一种应用于燃料电池电动汽车驱动系统的多输入三半桥双向DC-DC变换器,对燃料电池电动汽车系统的工作过程进行了描述,同时对多输入三半桥变换器的稳态特性和软开关条件进行了详细的理论分析。最后通过仿真和实验验证了多输入三半桥双向DC-DC变换器的性能。     

A novel approach for reactive power compensation in hybrid wind-battery system using distribution static compensator

This paper proposes a novel algorithmic approach to compensate the reactive power using distribution static compensator (DSTATCOM) for wind energy conversion system (WECS). Three phase bidirectional converter is utilized to exchange real and reactive power in both directions. The plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) is enabled to consume during excess power availability. The battery is connected through a separate bidirectional DC-DC converter to adjust the power at the desired range. The compensated reference current is being generated based on the load requirement, wind power generations and state of charge (SOC) status. The proposed algorithmic approach helps to stabilize the grid by injecting accurate compensating current at the point of common coupling (PCC). Thereby, the proposed approach ensures the grid at balanced states under all operating cases. In order to validate the proposed approach, different case studies have been considered and validated through simulation results using PSCAD/EMDTC software.     

基于干扰观测器的储能反步控制

当直流侧电压波动较大时,基于反步法设计的储能变流器无法依靠自身的鲁棒性平抑功率和直流电压波动。文章提出了一种基于干扰观测器的储能变流器反步控制算法,可提升控制器抗干扰的性能,有效抑制直流电压波动。首先建立双级式储能变流器数学模型并分析其工作原理;然后采用基于干扰观测器的反步法设计了储能变流器的控制器;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真,验证了基于干扰观测器的反步法控制具有更好的鲁棒性和动态响应性能。     

An integrated simulation model for PEM fuel cell power systems with a buck DC-DC converter

Fuel cell powered systems generally have a high current and a low voltage. Therefore, the output voltage of the fuel cell must be stepped-down using a DC-DC buck converter. However, since the fuel cell and converter have different dynamics, they must be suitably coordinated in order to satisfy the demanded load. Accordingly, this study commences by constructing a MATLAB/Simulink model of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system comprising a PEMFC stack, an air/fuel supply system, and a temperature control system. The validity of the PEMFC model is demonstrated by comparing the simulation results obtained for the polarzation curves of a single fuel cell with the corresponding experimental curves. A model is then constructed of the DC-DC buck converter used to step-down the PEMFC output voltage. In addition, a sliding mode control (SMC) scheme is proposed for the DC-DC buck converter which guarantees a low and stable output voltage given transient variations in the output voltage of the PEMFC. Finally, a model is constructed of a DC-AC inverter with a pulse width modulated (PWM) control scheme which enables the PEMFC stack to supply the grid or power AC applications directly. Overall, the combined PEMFC/DC-DC buck converter/DC-AC inverter model provides a powerful and versatile tool for the design and development of a wide range of PEMFC power systems.     

非反向Buck-Boost变换器的多模式定频双向ZVS控制策略

非反向Buck-Boost变换器在可再生能源发电系统、储能系统等电压变化范围较宽的场合得到广泛应用。传统四边形控制方法,能实现非反向Buck-Boost变换器各开关管的ZVS,但存在如下问题：1）大的电感电流引起的较大的导通损耗;2）各模式之间切换引起的输出电压波动;3）需要离线预先计算,使用多维查找表和线性插值法,无在线检测实时计算的闭环,整体控制复杂。该文提出的多模式定频双向ZVS充放电控制策略,解决了以上3个问题。首先,提出多模式定频ZVS恒压放电控制策略,不需要添加任何额外的有源或无源器件,通过将整个宽输入电压范围分成3个模式,并独立分析每个模式的特点,可增加控制条件以简化计算过程,同时实现各模式的在线实时恒压闭环和通态损耗最小ZVS。无需使用多维查找表和线性插值法,整体控制简单容易实现。其次,提出多模式平滑切换控制策略,可保证在模式切换时各开关管占空比跳变前后,闭环输出始终保持稳定。然后,提出多模式定频ZVS恒流充电控制策略,实现了非反向Buck-Boost变换器的双向ZVS充放电控制。最后,给出各模式区间划分的理论依据和电感参数的计算原理,并搭建500 W的实验样机验证了所提出方案的有效性。     

一种基于VSG技术的混合微电网控制策略

针对混合微电网易受负荷和电源波动影响的问题,提出一种基于虚拟同步发电机技术的混合微电网控制策略,增强混合微电网的惯性能够平抑频率和电压突变,同时,联络换流器(interfacing converter,IC)根据2个子网的需要进行功率交换。建立IC控制的小信号模型,推导负荷及电源变化与传输功率之间的传递函数。分析系统的动态性能,确定控制参数的选取方法。最后,仿真与实验验证所提算法能够改善混合微电网的动态性能,增强电网的稳定性。     

High-efficiency grid-connected photovoltaic module integrated converter system with high-speed communication interfaces for small-scale distribution power generation

This paper presents a high-efficiency grid-connected photovoltaic (PV) module integrated converter (MIC) system with reduced PV current variation. The proposed PV MIC system consists of a high-efficiency step-up DC-DC converter and a single-phase full-bridge DC-AC inverter. An active-clamping flyback converter with a voltage-doubler rectifier is proposed for the step-up DC-DC converter. The proposed step-up DC-DC converter reduces the switching losses by eliminating the reverse-recovery current of the output rectifying diodes. To reduce the PV current variation introduced by the grid-connected inverter, a PV current variation reduction method is also suggested. The suggested PV current variation reduction method reduces the PV current variation without any additional components. Moreover, for centralized power control of distributed PV MIC systems, a PV power control scheme with both a central control level and a local control level is presented. The central PV power control level controls the whole power production by sending out reference power signals to each individual PV MIC system. The proposed step-up DC-DC converter achieves a high-efficiency of 97.5% at 260 W output power to generate the DC-link voltage of 350 V from the PV voltage of 36.1 V. The PV MIC system including the DC-DC converter and the DC-AC inverter achieves a high-efficiency of 95% with the PV current ripple less than 3% variation of the rated PV current.     

移相全桥变换器在电动汽车充电单元中的应用

分析了峰值电流控制模式下移相全桥变换器的工作原理,设计了电动汽车充电单元的串联双闭环控制器。该控制器外环主回路实时获取负载电压与输入参考电压之间的偏差,通过输入PID电压环对输出电压进行调节,其内环副回路实时计算原边控制电流与PID电压环控制输出的偏差,通过输入PID电流环对控制电流进行调节。针对当控制输入信号占空比大于50%后峰值电流变换器系统出现不稳定的问题,设计了一种斜坡补偿方法,并以PIC16F887单片机为核心,开发了一套电动汽车充电控制单元。实验结果表明,所设计的充电控制单元可以满足电动汽车的充电要求,并具有可靠性高、动态响应快、补偿网络易实现以及带宽增益较高等优点。