基于鲁棒残差生成器的多DC-DC下垂动态补偿控制策略

针对直流母线电压波动问题,提出基于鲁棒残差生成器的多DC-DC变换器下垂并联的动态补偿控制结构。首先阐述各变换器间的环流和母线波动的原因,建立DC-DC变换器的状态空间模型。其次根据DC-DC变换器的模型推导得到鲁棒残差生成器的状态空间表达式,并根据模型匹配理论对电压环补偿控制器进行降维设计,针对变换器最小相位和非最小相位系统的特点,采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)进行求解。为进一步提升变换器的动态响应速度,根据变换器的电路模型与动态补偿结构,设计电流环补偿控制器以抵消电压环补偿控制器所带来的内部扰动。此外,针对直流下垂系统中变换器间的暂态环流问题,提出扰动分配策略,并基于扰动分配系数获取电压偏移量。最后,通过硬件在环实验验证所提控制策略的有效性。     

微电网多逆变器并联分散动态扰动补偿控制策略

为增强微电网孤岛运行时对电压波动、环流、谐波和三相不平衡的抗扰动能力,提出基于鲁棒残差生成器的多逆变器并联分散动态扰动补偿控制策略。首先,考虑多逆变器并联的环流影响,建立准稳态条件下含线路参数的多逆变器并联状态空间模型,在下垂控制的基础上将并联状态空间模型转化为分散的单台逆变器模型,基于逆变器模型对电压波动、环流、谐波、三相不平衡和功率波动进行扰动分析。其次,针对逆变器双闭环控制结构,从扰动对消的角度设计动态补偿控制器Q(s),并将其控制信号作用于电流环的输入端,实现与原系统电流给定信号的叠加,从而达到对扰动信号联合补偿的效果。该方法简化了电流环二次动态补偿控制的结构,实现了Q(s)的低阶理论推导。然后,在每台并联的逆变器中加入鲁棒残差生成器和动态补偿控制器Q_i(s),并根据本地信息推导Q_i(s)的参数表达,实现多台逆变器间相互影响的进一步解耦。最后,在RTDS平台上设计了3台逆变器并联的硬件在环实验,验证了所提策略的有效性。     

基于动态虚拟阻抗的多并联逆变器间环流抑制控制策略

孤岛微电网中基于下垂控制的各分布式电源逆变器并联运行,其参数差异会引发系统环流.为此提出一种基于动态虚拟阻抗的环流抑制策略.首先分析了采用下垂控制的逆变器并联时所产生环流的组成成分,得出无功环流占主导以及线路阻抗不匹配造成无功环流的结论.其次在虚拟阻抗中引入无功反馈项,实现无功精确分配,从而抑制无功环流.通过在电压控制方程中加入电压补偿项以消除线路压降,对传统的下垂控制策略进行改进,进一步抑制无功环流.最后在MATLAB/Simulink中搭建了3台逆变器并联的微电网模型,仿真实验结果表明,动态虚拟阻抗控制策略可以消除线路阻抗的影响,实现逆变器间无功功率的精确分配,解决多并联逆变器间的环流问题.     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制

针对直流微电网中母线电压控制问题,设计一种基于鲁棒扰动观测器的动态补偿控制策略,完成DC-DC变换器的电压补偿。首先,在直流微电网系统架构的基础上对母线电压波动进行理论分析。其次,建立直流微电网系统的DC-DC变换器状态空间数学模型,得到控制系统的输入输出关系。根据鲁棒双互质分解和尤拉参数化稳定控制器理论,得到基于鲁棒扰动观测器的控制架构,应用模型匹配理论反向补偿电流扰动所产生的输出值。通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解电压环补偿控制器,并根据DC-DC变换器的动态结构图设计电流环补偿控制器。半实物仿真结果表明,该架构能够在不改变原系统结构参数的前提下,提升DC-DC变换器的动态性能,抑制负载投切、功率波动以及交流侧负载不平衡等引起的直流母线电压波动,增强系统的鲁棒性。     

基于无功偏差带电压补偿的VSG环流抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术提升了微电网电力电子变换器惯性,降低了电压和电流的冲击幅值,提高了微电网稳定性,得到广泛应用。但线路阻抗参数不匹配会导致并联VSG无功功率分配准确度下降,在并联变换器间形成环流回路,针对并联VSG因线路参数不匹配引起的环流,提出一种考虑无功偏差带电压补偿的环流抑制策略,通过在电压控制环节引入电压补偿,跟随负荷变化调节电压补偿量、修正无功功率分配,抑制了并联VSG环流。仿真和实验结果表明所提策略提高了无功功率分配精度,降低了电压偏差,抑制了多机环流,实现了VSG多机友好互联。     

直流微电网中多端口隔离型DC-DC变换器的改进虚拟电容控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压质量较差的问题,考虑当前分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求,提出一种多端口隔离型DC-DC变换器(MPIC)的改进虚拟电容(IVC)控制策略.首先,采用MPIC取代传统的Buck-Boost电路,实现储能系统内部微源相互电气隔离;其次,通过类比交流微电网中虚拟同步电机的调频控制,得到适用于MPIC的IVC控制;然后,建立其IVC控制下储能接口变换器(ESC)的小信号模型,深入分析负载扰动下直流母线电压的动态特性,针对扰动过程中产生的电压过冲现象,采用前馈补偿予以消除,并给出电压跟踪系数、虚拟电容和阻尼系数等参量的整定方法;最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性.     

孤岛直流微电网DC-DC变换器的非线性控制技术

孤岛直流微电网中的电源一般为各分布式电源和储能设备,但是它们为直流微电网系统提供能量时都会存在波动性,从而影响系统母线电压的稳定性。以含有储能变换器的直流微电网为参考对象,设计一种非线性Backstepping控制器,用于控制母线电压的稳定性。控制器采用非线性设计方法,通过在设计过程中的不同阶段选择相应的李雅普诺夫函数,保证系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建直流微电网仿真模型,验证直流微电网系统输入端存在波动时,所设计的控制器对维持母线电压稳定的有效性。     

基于自适应下垂特性的孤立直流微电网功率精确分配与电压无偏差控制策略

基于下垂控制的直流微电网为自主集成分布式电源、储能单元和多类型负荷提供了一种有效的方式。在传统下垂控制作用下,由于直流微电网中各分布式电源出口线路参数不一致,且存在本地负荷,因而降低了负荷功率的分配精度,难以最大程度发挥分布式电源的效率,甚至引发分布式电源过载等问题,同时线路电阻上的电压降会进一步降低直流母线的电压质量。为了实现分散控制模式下孤立直流微电网的功率合理分配,并消除直流母线电压的偏差,提出基于自适应下垂特性的功率精确分配策略和直流母线电压无偏差控制策略,且在功率分配策略中考虑了本地负荷的影响。同时对DC-DC变换器在所提改进下垂控制下的响应特性进行分析,并讨论关键参数对系统稳定性的影响。仿真对比结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

微网中并联逆变器的环流控制方法

环流抑制是逆变器可靠并联运行的关键技术,针对微电网中的共直流母线冗余并网逆变器的并联运行,提出了一种基于零序电压差补偿原理的零序环流控制方法。首先分析了并联逆变器间零序环流等价模型,根据单台逆变器的零序电流反馈量和无差拍电流控制方法直接得到并联逆变器间的零序电压差补偿量。然后通过调节该单台逆变器的零序电压使并联逆变器间的零序电压差接近零,实现抑制零序环流的目标。最后,仿真和实验结果验证了所提零序电压差补偿原理和零序环流控制方法的有效性。