基于双二阶广义积分锁相环的燃料电池并网系统研究

针对燃料电池发电系统运行特性,建立了燃料电池并网控制系统模型,并设计了并网逆变器的有功/无功控制策略和基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)方案。通过在电网三相电压理想工况和三相电压不平衡条件下的仿真测试,证明了所建立的并网控制系统能够实现单位功率因数运行。而且所设计的DSOGI-PLL能够在单相和两相电压故障情况下快速、准确地跟踪电网电压的频率和相位,具有较好的频率自适应及对输入信号的滤波功能。验证了所设计并网系统的正确性和有效性。     

基于软件锁相环的电网电压实时检测的研究

针对软件锁相环的特点及应用,提出一种能实时准确获得电网电压的相位和频率信息的软件锁相环(SPLL)的设计方法,该方法从三相电压空间矢量上分离出基波正序负序及谐波分量,采用闭环SPLL控制模型实时跟踪电网正序电压相角,适用在三相电力系统电压平衡、不平衡或电压畸变情况下的电压实时检测。本文引入空间矢量分离与同步坐标变换结合的方法,通过频域线性化建模来设计SPLL控制器结构与参数。最后给出了在Matlab环境下仿真三相电压对称、不对称及畸变且不对称的三种情况下的SPLL跟踪特性曲线,结果表明该模型能有效获取电网电压实时信息。     

平方根分解的复数扩展卡尔曼滤波及其在电力系统对称分量估计中的应用

快速准确检测基波正负序对称分量对于电网电压不对称时的控制非常重要。利用复数扩展卡尔曼滤波方法对基波正负序分量及其频率进行了估计。为提高复参数滤波稳定性,通过对协方差矩阵平方根分解,提出了一种基于平方根分解的复数扩展卡尔曼滤波方法。利用αβ变换,将abc坐标系下的三相电压瞬时正序、负序分量变换到αβ坐标系,利用获得的αβ坐标系下的正序、负序分量构建复数向量,在定义状态变量后,建立了三相电力系统非线性状态方程及观测方程。分别利用方法和传统复数卡尔曼滤波方法估计三相电力系统正序、负序分量和频率,估计结果显示方法在估计精度及收敛速度等方面具有明显优势。     

电网不平衡下基于自适应观测器的锁相环研究

电网不平衡条件下,传统软件锁相环已经不能准确跟踪电网电压的频率和相位信息,且无法直接得到电网电压的正负序分量。针对传统软件锁相环的缺陷,提出了一种静止坐标系下基于自适应观测器的软件锁相环算法。算法设计了电网电压角频率的自适应观测器模型,通过定义Lyapunov函数,推导出电网角频率的自适应律,并设计了使得观测器稳定的增益矩阵。该算法不仅可以观测到电网的频率、相位等信息,同时可以得到电网电压正负序分量。仿真和实验结果表明,基于自适应观测器的锁相环具有检测精度高、动态效果好等优点,当电网处于各种不平衡条件时更能显示其优越性,可为风电网侧变流器的算法改进提供有效的控制基准。     

电网电压不平衡条件下三相锁相环的性能比较

快速准确地检测电网电压幅值、相位和频率信息是实现三相并网型电力电子变换器良好运行控制的前提。锁相环(PLL)作为目前使用最普遍的电网电压幅值、相位和频率的获取方法,其性能对于整个控制系统至关重要。本文在对三相软件锁相环基本原理进行分析的基础上,针对电网电压不平衡情况下基于单同步旋转坐标系的常规PLL检测的幅值和频率会存在较大2倍频谐波扰动的问题,深入研究了目前在电网电压不平衡条件下三相锁相环的设计思路和实现方法。最后,通过Matlab/Simulink仿真实验对各锁相环在电网电压不对称跌落的情况下的稳态和动态性能进行分析对比,归纳总结各锁相环的优缺点,以期为实际工程应用提供理论依据和参考。     

单周期控制三相PWM整流器在不对称电网下的研究

传统的矢量模式单周期控制三相PWM整流器是基于对称电网系统下研究的,功率因数约为1,输入谐波低,且与双极型单周期控制相比,具有更低的开关损耗。当三相电网不对称时,三相输入电流跟踪电网电压的非零序分量,采用传统电网电压选择矢量区间不能保证三相PWM整流器具有较低的开关损耗,且在电网极端缺相故障时,系统不能正常工作。本文采用电网电压非零序分量选择矢量区间,并对矢量区间状态进行分析比较,结果证明所采取的方法能保证系统在任何情况下开关损耗最低。最后对三相PWM整流器工作于不对称电网情况下进行了仿真研究,仿真结果表明采用电网电压非零序分量选择矢量区间能保证电网电压在缺相故障时系统仍能正常工作,并且所采用的单周期控制同时满足对称电网系统。     

基于仿电磁学算法的电压暂降状态估计

提出基于仿电磁学(electromagnetism-like mechanism,ELM)算法的高容错性电压暂降状态估计方法。通过抗干扰种群移动模型、自适应变异和精英策略等改进措施提升了仿电磁学算法的整体寻优性能。引入解析法和故障点法确定线路故障区间,利用冗余配置法确保观测矩阵的非奇异性。采用故障估计值与历史统计值之差构建了电压暂降状态估计模型。通过在IEEE24节点标准测试系统上的仿真计算,并与遗传算法的仿真对比,ELM在寻优效率和准确性方面具有明显优势。该方法适用于任一电网在对称、不对称故障时的电压暂降状态估计。     

电网电压不平衡下变速恒频双馈感应电机的自适应控制

着重研究双馈感应电机在电网电压不平衡条件下的不间断运行控制问题。利用对称分量法将三相不对称向量分解成正序、负序、零序分量给出的电网电压不平衡情况下的双馈感应电机数学模型,使用非线性自适应控制技术综合设计了电机转子电压的鲁棒自适应控制器。理论分析和仿真研究表明,即使在系统参数和外部干扰存在的情况下,设计的控制器仍可以保证：系统安全可靠的运行、最大风能跟踪、输出恒压恒频的电流以及电网电压不平衡情况下的电机不间断运行。     

基于可变遗忘因子的递推最小二乘法锁相环研究

电网电压相位角的准确获得,是变流器并网运行关键的指标之一。当三相电压出现频率、幅值或者相位突变时,传统锁相环算法往往出现相角估计不准,动态性能较差等问题。本文提出基于可变遗忘因子的递推最小二乘法锁相环算法,该方法通过对电网电压不平衡引起的相电压的角度、幅值和偏移量进行实时补偿来检测相角,实现提高系统鲁棒性和系统稳定性的目的。通过仿真和实验加以证明,结果表明该算法可以有效提高锁相环的精度和可靠性,提高系统的抗干扰能力。     

基于光伏并网逆变器的一种滞环电流控制技术

在三相光伏并网逆变器系统的设计中,滞环电流控制策略具有开关频率高、电流谐波失真较大等问题.介绍了一种空间矢量-不对称双滞环电流控制方法,在MATLAB/Simulink仿真平台分别搭建了基于三相静止坐标系下与两相静止坐标下的仿真模型,在并网电流与电网电压、开关频率、功率因数等方面对两种控制策略进行对比分析,仿真结果验证了空间矢量-不对称双滞环电流控制方法能够在一定程度上减小开关频率,降低输出电流的总谐波失真.     

电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型

为适应电网电压不对称条件下微电网快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法。基于时变傅里叶级数的动态相量法,分别取正负序分量的一阶动态相量,无需进行2倍频滤波,减少了模型的计算量。建立了电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型,并在Matlab/Simulink中建立三相电网电压不平衡条件下逆变器输出的详细时域模型,对两个模型进行仿真分析。通过对两个模型的仿真结果进行比较分析,结果表明所提的在电网电压不平衡条件下动态相量模型的正确性和有效性,为并网逆变器和微电网的不对称分析和控制提供了一种新方法。     

基于离散谐振器的自适应数字锁频环设计

对电网电压基波幅值、频率以及谐波信息的准确估计是保证分布式电源并网变流器控制性能的重要条件。因而该文首先从便于数字实现的角度出发,提出了一种新颖的离散谐振器(discrete resonator,DR),并在数字频域下分析了该谐振器对单相和三相系统中正弦信号的积分作用,特别是三相系统下的频率极性选择特性;接着,针对电网中存在多次谐波的情况,提出了多重离散谐振器的滤波结构及其精确数学模型,并通过根轨迹法分析了多重离散谐振器增益系数之间的交叉影响,优化了增益参数的设计,提高了谐波检测的动态性能;最后,基于多重离散谐振器,设计了自适应数字锁频环(digital frequency-locked loop,DR-DFLL),该锁频环能够在电网正常和畸变条件下高精度的估计电网基波频率,且自适应于采样频率,同时便于数字实现。仿真与实验验证该文所提自适应数字锁频环的有效性和优越性。     

电网电压不对称时锁频环同步信号检测方法的动态性能

三相并网变流器的控制需要电网基波电压同步信号的准确检测。针对锁频环同步信号检测方法,文中分析了锁频环在电网电压不对称时的动态性能。采用平均理论对锁频环进行线性化处理,简化为一阶系统,准确地计算出频率检测响应时间常数。结果表明,锁频环的动态性能不仅与电网电压正序分量幅值相关,还与电网电压负序分量幅值相关。提出了一种锁频环的归一化频率自适应方法,并与现有方法进行了比较,发现该方法的频率检测响应较好,能准确获取正、负序幅值与相位信息。仿真和实验结果验证了文中对锁频环动态性能分析的正确性,同时也验证了文中提出的归一化方法的有效性。     

复杂电网环境下的双解耦锁相环设计

在复杂的电网环境下,常会出现电压三相不平衡、谐波侵入、直流量混入等问题,此处提出了一种基于双解耦结构的锁相环(PLL).在双解耦同步锁相环(DDSRF-PLL)的基础上,利用改进型二阶广义积分器(SOGU滤除多次谐波及直流量,结合双解耦环节对电网电压进行正负序分离,完成了复杂电网环境下的PLL设计.实验结果表明,双解耦结构的PLL在复杂电网环境下具有良好的动态响应性和稳定性,能对电网电压的相位和频率进行快速准确锁定.     

一种适用于复杂电网下的高精度锁相环

针对现有并网逆变器在电网电压谐波复杂的情况下难以精确锁定电压频率和相位的问题,结合传统锁相环结构与自适应算法的理论提出一种高精度的锁相方法。依据对传统锁相环在复杂电网下的弊端分析,确定了锁相环采用传统低通滤波器、带通滤波器时的滤波效果与延时的矛盾关系。根据最小均方算法的高自适应特性与快速跟踪特点,结合锁相环中坐标变换公式,确定算法的输入输出以及权重矩阵,构建基于派克变换的最小均方算法矩阵模型。通过将所需的电压正序分量设置为不断更新的权重矩阵来进行高精度的滤波,同时通过引入均方瞬时误差和自相关估计均值来进行变步长控制,提高滤波更新速度,以适用于复杂程度不确定的电网电压进行自适应滤波锁相。对仿真和样机实验的结果表明：采用基于派克变换的最小均方算法的改进型双二阶广义积分锁相方法,可以在不降低动态响应速度的前提下,提高锁相环的滤波效果,进而提高并网逆变器在电网畸变严重场景下锁定电压频率和相位的跟踪精度。     

基于三相电压空间矢量的开环锁相方法

准确快速地获取电网基波正序电压的相位信息,是实现并网变流器精确控制的前提。然而当电网出现异常时,传统的闭环锁相方法动态响应时间较长,难以满足快速响应的控制需求。为此提出一种基于三相电压空间矢量的开环锁相方法,该方法首先通过过零检测得到电网的频率;然后利用离散傅里叶级数滤除电网电压中的谐波与噪声,并得到与基波电压相互正交的电压信号;在此基础上采用对称分量法提取电压正序分量;最后根据电压空间矢量计算基波正序电压的实时相位。同时为了应对电网电压突变时过零检测出现的异常频率,提出一种改进的过零检测算法,可有效应对电网电压异常时的频率检测。所提出的锁相方法无需参数设计且结构简单、响应速度快,在异常电网环境下具有较强的鲁棒性,仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于扩展卡尔曼滤波的电网畸变信号正序分量和频率估计

根据离散的电网三相电压信号,利用基本对称分量分析方法对三相电力系统的电压信号进行变换,获得系统信号瞬时值正序对称分量表达式。通过对该方程的变换得到系统信号的非线性状态方程和量测方程,在存在系统噪声和信号严重畸变的状态下,利用扩展卡尔曼滤波方法实现基本正序对称分量和频率的正确估计。仿真结果表明了方法的有效性。     

三相并网变流器弱电网下频率耦合抑制 控制方法

该文针对弱电网情况下三相并网变流器的频率耦合现象的产生机理和抑制方法开展了研究。首先在静止坐标系下针对三相并网变流器进行复矢量形式的导纳建模,模型中考虑了控制器中电流环、锁相环和直流电压环的影响。然后在模型基础上重点研究了锁相环和直流电压环对频率耦合特性的影响,基于系统的等效传递函数框图,分析了在弱电网条件下频率耦合分量对系统稳定性的影响。为了抑制频率耦合特性,针对系统中由于锁相环影响q轴电压和直流电压环影响d轴电流引起的dq轴不对称的问题,提出了补偿锁相环和电压环不对称影响的频率耦合抑制控制方法,理论分析表明该改进控制方法可以有效抑制频率耦合现象,提高系统稳定性。最终通过实验验证了所提频率耦合抑制方法的有效性。     

三相不对称条件下的电网阻抗检测方法

电网阻抗检测法是一种在并网逆变器中广泛使用的孤岛检测方法。基于单次谐波电流注入的常规电网阻抗检测法在单相和三相对称电网中可准确检测出孤岛,但当三相电网不对称时,注入的对称谐波电流将引起谐波电压不对称,从而影响电网阻抗的计算,可能导致孤岛检测失败。该文首先分析了基于谐波电流注入的常规阻抗检测方法在三相不对称条件下的失效机理,然后提出一种采用2种不同频率非特征谐波电流注入的方式,结合离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)算法检测三相电网阻抗的方法,并分析了该方法的基本原理和性能,最后在三相电网阻抗不对称的条件下进行了实验验证。理论分析和实验结果表明该文所提出的阻抗检测方法是有效可行的。     

串联型电压跌落补偿器离散双矢量控制方法

在建立串联型电压跌落补偿器在dq同步旋转坐标系下的状态空间模型的基础上,采用前向欧拉法和无差拍控制原理推导得出了补偿电压跌落的离散双矢量控制算法.最后建立了实际系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,研究了离散双矢量控制算法在三相对称电压跌落及两相不对称电压跌落条件下的补偿效果.仿真结果表明该方法具有良好的动态和静态性能.