直驱风力发电系统接入直流配电系统的小扰动稳定分析

近年来,随着直流技术的飞速发展以及风电接入电网的容量不断增加,风力发电系统接入直流配电系统成为消纳新能源发电的一种有效模式。文中构建了包含直驱风力发电系统的直流配电系统小扰动稳定模型,通过特征值和模态分析的方法获取了关键设备之间的振荡关系,重点分析了同步电机参数、锁相环控制参数以及DC/DC换流器控制参数对相关的系统运行模式的影响,以及风机侧与并网侧换流器之间的相互动态作用,其结果有助于直流配电系统多时间尺度振荡的分析。     

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法EI北大核心CSCD

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。     

基于RT-LAB的中压直流配电系统研究

在基于现场可编程门阵列(FPGA)与多内核中央处理器(CPU)的RT-LAB实时仿真平台上实现了四端中压直流配电系统(MVDCDS)的多步长多仿真器建模。所建MVDCDS模型中不仅包括了模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流器(VSC),高频链直流变压器(HFL-DCT),及各种交直流微网中常用的DC/AC,DC/DC变换器模型,也包括了光伏、储能、风机系统及交直流负载系统的模型。RT-LAB实时仿真系统明显缩短了直流配电系统的仿真运行时间,具有良好的实用性。黑启动硬件在环(HIL)测试结果说明了所提黑启动策略的正确性。     

交直流混合微电网储能DC/DC及接口换流器协调控制

针对交直流混合微电网,提出一种接口换流器与直流侧电网储能DC/DC换流器的协调控制策略。不管系统工作在何种状态,储能DC/DC换流器始终进行电压控制以实现直流侧电压的零偏差,而接口换流器通过检测交直流混合微电网状态调节自身工作方式,实现微电网系统在并网及孤网模式下的稳定运行和2种模式稳定、快速的切换。通过计算机软件仿真及物理实验的验证,可以证明这种控制策略可以实现交直流混合微电网直流侧电压在孤网状态下的零偏差,并且运行与模式切换的稳定性良好。     

适用于MMC多端柔性直流配电网的改进电压下垂控制研究

传统交流配电网本质上是不可控的,难以适应现代多元电力供应方式,配电网会出现电压不平衡、电能质量较差等问题。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的出现促使配电系统更加可控,为交流配电系统向直流配电系统发展提供了技术基础。介绍了MMC的基本原理,推导了其数学模型。针对配电系统频繁出现功率波动而引起的直流母线电压变化的情况,提出一种改进电压下垂控制策略,该策略能够抑制功率波动引起的过电压,消除电压越限,更有利于多端直流(Multi-terminal DC,MTDC)系统的电压稳定。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了并联四端直流配电系统,对所提的控制策略进行验证,仿真结果验证了其有效性。     

带恒功率负荷并联Boost DC/DC电压源组网系统稳定性分析

针对直流组网中并联Boost DC/DC变换器带恒功率负荷的“源-荷”级联系统稳定性问题,利用特征值法和阻抗比法重点分析了并联Boost DC/DC变换器系统的稳定性和带恒功率负荷的能力,并通过时域仿真法验证理论分析的正确性,系统性比较了V-I和I-V下垂控制在并联Boost DC/DC变换器系统应用中的优缺点。多台并联Boost DC/DC变换器带阻感负荷时,控制器参数的稳定域基本不随并联台数的增加而改变,V-I下垂系统随虚拟阻抗减小(I-V下垂系统随虚拟阻抗增加)系统稳定性变差;带恒功率负荷时,系统带载能力大小变化与稳定性方向一致。相同虚拟阻抗下,多台并联V-I下垂系统带载能力大于I-V下垂系统。为V-I和I-V两类下垂控制在并联Boost DC/DC变换器实际工程中的应用提供了一般设计规律。     

光伏并网系统的谐振抑制策略及无源阻尼选取方法

针对多端口光伏直流升压汇集系统中DC/DC换流器存在的谐振问题,提出了基于无源阻尼的谐振抑制策略.通过对比不同运行工况下的等效阻抗,揭示了DC/DC换流器内部的谐振机理.综合考虑谐振抑制效果和阻尼电阻有功损耗,采用电容支路串联阻尼电阻的方式,通过对比谐振频率点的等效阻抗幅值与相邻正常频率点的阻抗幅值,给出了阻尼电阻的取值范围,有效抑制了换流器阻抗匹配引起的谐振.所提谐振抑制策略在保证换流器有较高传输效率的前提下,有效地提高了光伏并网系统的稳定性.     

直流配电系统阻抗判据与导纳判据的比较分析

阻抗法是解决级联变换器系统稳定性分析问题的有效方法,随着直流配电技术的快速发展,直流配电系统的拓扑结构与控制策略更加复杂,由变换器间阻抗不匹配导致的直流母线电压不稳定问题日益突出。总结了目前直流配电系统的主要阻抗判据,可分为阻抗比判据与并联阻抗判据两类。在分析多并联并网逆变器系统的谐波稳定性问题时,基于全局导纳的稳定判据被提出,即通过系统的全局导纳是否满足广义奈奎斯特判据,判断系统的稳定性。由于导纳是阻抗的倒数,且在电路上可以相互转化,所以也可以从导纳的角度分析直流配电系统的稳定性。因此,提出了一种基于导纳的直流配电系统稳定判据,并与现有的阻抗判据进行对比分析,表明了各判据的主要特征。最后,通过仿真验证了所提导纳判据的正确性,并通过案例对比得出了阻抗判据和导纳判据的优缺点。     

柔性直流配电系统故障后快速恢复方法研究EI北大核心CSCD

由于电力电子装置耐受冲击电流能力差,直流线路故障后所有换流器(包含非故障区域的换流器)均在1~2ms左右闭锁且闭锁后多变换器间存在较大压差,导致系统恢复速度慢,这极大地降低了直流配电系统的供电可靠性。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法首先改进了DC/DC变换器的拓扑,然后分析了直流电压波动机理,利用能量守恒原理提出了波动量引入的直流电压稳定控制,最终将改进的拓扑和所提控制策略相互结合,形成多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法解决了多端柔性直流配电系统闭锁后多换流器间存在压差导致系统恢复速度慢的问题,极大地缩短了系统失电时间,使系统可在30ms内恢复可靠供电。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建多端柔性直流配电系统模型,验证了所提方法的有效性。     

柔性直流配电系统故障后快速恢复方法研究

由于电力电子装置耐受冲击电流能力差,直流线路故障后所有换流器(包含非故障区域的换流器)均在1～2ms左右闭锁且闭锁后多变换器间存在较大压差,导致系统恢复速度慢,这极大地降低了直流配电系统的供电可靠性。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法首先改进了DC/DC变换器的拓扑,然后分析了直流电压波动机理,利用能量守恒原理提出了波动量引入的直流电压稳定控制,最终将改进的拓扑和所提控制策略相互结合,形成多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法解决了多端柔性直流配电系统闭锁后多换流器间存在压差导致系统恢复速度慢的问题,极大地缩短了系统失电时间,使系统可在30ms内恢复可靠供电。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建多端柔性直流配电系统模型,验证了所提方法的有效性。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。     

The parallel operation control of a modular AC to DC converter via serial communication bus

This paper presents the parallel operation control of a modular AC to DC converter via a serial communication bus. In the proposed system, multiple AC to DC converters are parallel‐connected at the output end for load current sharing. Each module of the AC to DC converter is controlled by its individual microcontroller. The microcontroller of each module is employed for the voltage control loop and communicates with the microcontrollers of the other converter modules. The RS485 serial communication is used to transmit information among the controllers, which checks the number of the converter module for calculating the input inductor current command of each converter module. Moreover, the clock signal is used for synchronization to prevent data collision on the serial communication bus. The proposed parallel operation control provides fast response when the converter module connects or disconnects according to the required power. The performance evaluation of the proposed system is conducted by simulation and experimental verification on two parallel isolated CUK converters. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

交流配电网中柔性直流互联装置阻抗稳定性分析及阻抗协同重塑控制

对于交流配电网中的柔性直流互联装置,当功率方向变化时,负阻抗会随之在装置内定功率控制换流器的直流侧和交流侧进行转移,降低了系统稳定性.针对此问题,提出了一种阻抗协同重塑控制策略.首先,介绍了配电网中柔性直流互联装置的结构;其次,分别建立了装置内两侧换流器多个端口阻抗在功率双向传输下的小信号模型,探究其阻抗特性;然后,对所提控制策略的工作原理进行了分析,且对重塑后的阻抗进行了建模,对比分析了阻抗重塑前后系统的稳定性;最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台对所提控制策略的有效性进行了仿真和实验验证,结果表明所提方法通过协同作用可将直流侧和交流侧的负阻抗均重塑为正阻抗,从而能同时改善换流器两侧的稳定性.     

模块化双向AC/DC变换器并联系统无缝切换控制

研究模块化双向AC/DC变换器并联运行系统,分析指出现有单模块双向运行控制方法引起各并联模块的功率流向不一致的问题;研究系统功率流与直流母线电压变化趋势的内在联系,提出一种模块化AC/DC变换器的双向运行控制方法,分别采用正向和负向电压调节器以保证各并联模块的功率流向一致;整流和逆变状态以不同的直流母线电压运行、自然区分两种功率流向。提出的控制方法可以实现各并联模块整流与逆变之间的无缝切换。详细分析系统稳定性,并指出多模块并联对系统动态特性有所改善;给出关键参数的设计准则。搭建实验验证系统,进行稳态和动态实验。实验结果证明了所提出控制方法的可行性和有效性。     

无通信互联线储能系统的直流母线协调控制策略

针对无通信互联线的储能系统如何在不增加系统成本和复杂度的前提下维持直流母线功率平衡及电压稳定,提出了一种直流母线协调控制策略,DC/AC变流器采用定直流电压或定交流电压控制,两台DC/DC变换器采用包含电池充放电控制的改进型二阶直流电压偏差控制。通过对系统典型工况的分析,说明了系统中各个装置是如何协调工作的。搭建了微网实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证,实验结果证明了该控制策略的有效性和实用性。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

Analysis of a novel four-level DC/DC boost converter

In this paper, novel two-quadrant buck/boost and one-quadrant boost four-level DC/DC power converters are introduced. The primary application for these converters is that of interfacing a low-voltage DC source, such as a fuel cell or battery, to a high-voltage four-level inverter. One important feature of the four-level DC/DC power converters proposed is the ability to perform the power conversion and balance the inverter capacitor voltages simultaneously. With the capacitor voltage balancing, it is possible to obtain the full voltage from the inverter. For the boost converter, the steady-state and nonlinear average-value (NLAM) models are developed. The NLAM is verified against a detailed simulation of a four-level converter/inverter drive system. The proposed converter is experimentally verified using an 18 kW converter/inverter system     

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明：所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。