带抽头电感的准Z源逆变器建模与特性分析

近年来,Z源逆变器、准Z源逆变器的提出解决了传统电压源逆变器在应用中的诸多局限,受到了很大的关注,但拓扑本身的一些不足也限制了其进一步的发展。本文对一种带抽头电感的准Z源逆变器进行研究,通过分析其各种工作模态,发现该拓扑具有更高的升压能力,更小的电容电压应力;本文使用状态空间平均法,提出了该类阻抗源逆变器拓扑的一般化直流侧小信号模型,并根据控制量与输出量之间的传递函数,分析了升压网络参数及直通占空比变化对系统的影响;同时设计了闭环调节器,相较于Z源逆变器、准Z源逆变器,其动态性能得到了提高。最后通过仿真和实验验证了上述特性。     

基于准Z源DC-DC变流器的闭环控制建模分析

电路中的诸多扰动如输入电压波动、输出负载变化均会影响输出电压的波形,使电路不能保持一个稳定的电压输出。对此,采用状态平均法和扰动法搭建出小信号模型,推导出传递函数,建立基于准Z源变流器的双闭环控制系统。通过控制T型网络中的电容器两端的电压,间接实现输出稳定电压的目标,保障该电路的输出电能质量。最后,利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真电路,验证了该控制系统的抗扰动能力和实用性。     

基于电感电流控制的单相Z源逆变器并网实现

常用的Z源逆变器电容电压控制中存在右半平面零点,致使系统阶跃响应出现负调,控制器的设计过程复杂化。针对上述问题,提出一种新的控制策略,通过控制Z源电感电流实现Z网络稳压输出。以单相Z源逆变并网系统为例,首先利用状态空间平均法建立小信号模型,分析得知控制至电感电流的传递函数中不含右半平面零点,因此电流控制器的设计相对简单。然后详细介绍了Z源电感电流控制器和并网电流控制器的设计,并通过Matlab/simulink仿真和RT-LAB实验验证了所提控制策略的有效性,具有一定的实用价值。     

Z源PWM整流器直流侧控制策略的研究

三相电压型Z源PWM整流器既能实现传统PWM整流器的功能,又能实现输出电压的降压变换,并提高了桥臂开关管的抗干扰能力。将Z源整流器等效为交流侧PWM整流和直流侧Z源网络降压变换两级控制系统,重点研究了直流侧的状态空间平均建模方法,得到了系统的小信号控制模型,并推导了从直通占空比到输出电压的传递函数。针对直流侧Z源网络采用电压单闭环控制系统时,输出电压纹波大、稳定性差的问题,提出了引入Z源网络电感电流内环与输出电压外环的双闭环控制系统,并分析了双闭环PI调节器的参数设计方法。仿真和实验结果表明,所建立的Z源整流器模型以及控制系统的设计是正确可行的。     

开关电感型Z源三电平逆变器直流链电压控制研究

开关电感型Z源三电平中点钳位式逆变器在高压大功率场合有着广阔的应用前景,它输出的交流电压质量取决于直流链电压,因此有必要对直流链电压采取闭环控制。利用状态空间法和小信号扰动法推导了直通占空比至Z源网络电容电压的传递函数,其零极点分布表明,该传递函数具有非最小相位特性。设计了以电容电压误差、电容电压误差的积分、电感电流误差为状态变量的滑模控制器,通过控制Z源阻抗网络电容电压间接控制直流链电压,推导出滑模控制率,并设计了满足存在性和稳定性条件的滑模系数。仿真结果表明,设计的滑模控制器使直流链电压具有优良的动静态性能。     

高频隔离型准Z源逆变器的建模与分析

为了研究高频隔离型准Z源逆变器的内在特性及Z源网络各器件对其动态性能的影响。对高频隔离型准Z源逆变器在电流连续模式下,采用状态空间平均法对该逆变器直流侧建模,再利用小信号扰动获得控制与输出的传递函数,为高频隔离型准Z源逆变器设计控制策略提供理论依据。由于传递函数存在右半平面零点,说明逆变器具有非最小相位输出的特性。利用控制与输出的传递函数研究高频隔离型准Z源无源组件对系统零极点的影响,进而研究对系统动态性能的影响。通过Saber软件进行仿真验证所建立模型的正确性和分析的合理性。     

基于准Z源直接矩阵变换器的新型空间矢量调制策略研究

由于矩阵变换器的电压利用率较低,严重限制了其在并网变换器等方面的应用,故将准Z源网络引入到矩阵变换器中,并提出新型直通状态插入方式,从而提高了电压利用率和抗干扰能力等。首先,分析准Z源直接矩阵变换器的升压原理;其次,简单介绍了双空间矢量调制方法,然后在采用直通状态代替部分零矢量的传统调制基础上,提出新型直通状态的插入方式,把直通零矢量均分10等份插入到SVPWM调制策略中,降低了稳态状态下Z源网络电容电压和电感电流的波动;最后,搭建准Z源直接矩阵变换器的仿真模型和实验平台,结果验证了这种新型调制策略的正确性和有效性。     

基于新型双电压空间矢量调制的准Z源六桥臂电压源逆变器

传统多相逆变器输出电压幅值普遍低于输入电压。当负载过大,需要的直流母线电压会更高,相对应的滤波电容体积会更大,成本更高。在多相逆变器的传统控制中,死区设置的复杂性影响着输出波形的质量。针对这些缺点,将准Z源网络引入六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)中,在分析传统六桥臂逆变器空间矢量调制策略的基础上提出了一种新的带直通控制的双电压空间矢量调制策略。首先,分析准Z源六桥臂电压源逆变器(QZS-SL-VSI)升压工作原理;接着,分析准Z源六桥臂电压源逆变器的电压矢量分布。在此基础上,详细阐述了所提出的带直通控制的双电压空间矢量调制策略以及两种基于直通零矢量作用时间分配的开关模式。最后,基于Matlab/Simulink进行仿真验证并设计了一台小功率样机进行实验验证。通过分析仿真与实验波形,充分验证准Z源六相逆变器及控制策略的正确性和可行性。     

考虑线路参数的低压直流配电网小信号稳定性分析

与现有交流网相比,直流电网具有供电半径小、电能质量好以及不需要无功补偿等优点。针对所建直流配电网,在考虑电源、负荷以及电缆小信号模型的基础上,通过节点电压方程,建立直流配电网小信号状态空间模型,根据其特征根来判断系统的稳定性,并利用系统特征值分析方法分析在线路参数发生变化时,直流配电网的灵敏度变化趋势,运用Matlab仿真验证结论。     

全桥型DC/DC开关电源的建模与控制

应用状态空间平均法建立了全桥型DC/DC变换器的动态小信号数学模型,依此得出了电压闭环系统控制框图和传递函数.在此基础上应用自动控制理论校正了该系统,并分析了补偿网络对系统动、静态性能的影响,最后通过MATLAB仿真结果和实验波形验证了小信号数学模型的正确性和实用性.     

基于电抗器电压暂态特性的直流配电网故障检测方案

直流配电网故障快速可靠检测是柔性直流配电网亟待解决的关键问题之一。基于柔性直流配电网的数学模型,详细分析了辐射状直流配电网的故障特性;区内故障时,安装于线路首端的直流电抗器两端的电压微分小于零;区外故障时,故障特性与之相反。在此基础上,提出了一种基于直流电抗器电压暂态特性的故障检测方案。利用直流电抗器电压微分实现区内、外故障的快速可靠检测;利用正、负极直流电抗器暂态电压幅值实现故障类型的准确判别。所提方案仅利用直流电抗器两端的电压及电压微分即可实现故障的准确快速检测,方案原理简单,硬件要求低,易于实现。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建辐射状直流配电网模型,仿真结果验证了所提方案的有效性与可行性。     

采用下垂控制的直流配电网小干扰稳定性分析

下垂控制是直流配电网的一种重要控制方式。推导了计及换流器时间常数的电压源型换流站本地控制数学模型及其线性化的小干扰分析模型。结合站间协调控制,分析了下垂控制的通用小干扰分析模型及两种典型情况。依据换流站小干扰分析模型,设计了小干扰等效阻抗模型,可将多端直流配电网逐端简化为单端换流站与若干小干扰等效阻抗组成的系统。最后利用根轨迹方法定量讨论了两种下垂控制方式的小干扰稳定性及其影响因素,并通过PSCAD/EMTDC数字仿真软件进行了验证。     

计及分布式电源输出特性的有源配电网重构方法

针对含分布式电源的配电网重构算法将分布式电源等效为恒功率因数输出模型,未考虑节点电压变化对分布式电源无功出力影响的问题,提出一种考虑分布式电源不同输出特性的配网重构方法。首先对分布式电源进行分类并建立等效模型,该模型充分考虑了节点电压对分布式电源无功出力的影响,能够根据节点电压确定不同属性的分布式电源无功出力。再使用自适应烟花算法对配网重构进行寻优求解,对重构后的系统网损和节点电压进行对比分析。含分布式电源的IEEE 33节点典型测试系统的仿真结果对比验证了所提模型的有效性和真实性。     

基于马尔可夫状态空间法的超高压电网继电保护系统可靠性分析模型

基于马尔可夫状态空间法给出了保护可靠性的简化通用分析模型,结合目前超高压电网继电保护系统实际配置情况,建立了详细的状态空间模型,该模型考虑了继电保护装置的自检、在线监视功能及冗余配置等因素,还计入保护误动的影响,具有很好的通用性。根据提出的主保护动作可靠性及继电保护系统可用性的相关评价指标,结合具体算例详细分析了装置自检及检修周期等因素对保护系统可靠性的影响,验证了该分析模型的正确性。文章最后探讨了继电保护最佳检修周期的确定原则。     

电动汽车充电对配电网电压质量的影响研究

大规模电动汽车接入居民小区配电网可能会引起电压质量问题,有必要建立有效的充电负荷模型,研究电动汽车充电对配电网电压质量的影响,为配电网的升级改造、充电桩的合理建设提供理论依据。本文提出了一种计及周末充电高峰效应的私家车充电负荷计算方法,该方法能够反映电动汽车用户的充电习惯,体现不同日期间充电负荷的差别。然后,利用MATLAB软件搭建了配电网模型,仿真分析了不同规模电动汽车接入配电网后对节点电压偏移、电压不平衡的影响,仿真设计了不同的场景,综合考虑了快速充电与慢速充电、纯电式与插入式电动汽车充电对配电网的不同影响,同时考虑了慢速充电在三相均衡充电与不均衡充电模式下对三相电压不平衡的影响。     

基于GA-PSO混合算法的农网无功优化

针对农村配电网电压质量较低的问题,该文建立了完整的无功优化模型。采用前推回代法进行潮流计算,建立以网损最小、电容器投资成本最小、电压水平最好、电压最稳定为目的的无功优化目标函数,无功优化方法采用GA-PSO（遗传-粒子群）混合算法,该混合算法更有效地寻找到全局最优解,并加快了收敛速度。对典型IEEE33节点配电网系统进行了测试分析,并将优化结果与其他优化算法相比较,结果表明使用该优化算法后,配电网系统电压水平明显提高,线路损耗明显降低,电压水平和电压稳定裕度都有所提高。     

一种开关电感型准开关升压变换器

提出了一种开关电感型有源阻抗变换器,并对该变换器工作原理和连续导通工作模式的边界条件进行了探究;对变换器的各元器件进行了电压电流应力计算和参数设计。结果表明,该变换器具有电压增益高、电感电流应力低、元器件总体数量少等特点。利用状态空间平均法建立了变换器的小信号动态模型,证明了该变换器的稳定性。仿真和实验证明了该变换器的有效性。     

基于HEM灵敏度的配电网分层分区电压调节策略

针对光伏接入后潮流倒送和出力波动带来的电压越限问题,提出一种基于全纯嵌入法(holomorphic embedding method, HEM)灵敏度分析的光储参与配电网分层分区电压调节方法。首先,建立储能和光伏的无功出力模型,并推导出基于HEM的配电网电压灵敏度矩阵,根据灵敏度矩阵运用聚类对配电网进行分区。然后,建立上层电压优化模型,通过全局和分区优化协调调度并网储能、光伏电站与无功调压设备对节点电压和网损进行优化;下层电压调节模型进一步挖掘并网小型分布式光伏及储能的无功能力,基于所得电压灵敏度对各区内越限节点的电压进行调节。最后,应用于某省35 kV的配电网实际系统,验证了所提灵敏度计算方法能够提高电压灵敏度的计算效率以及所提分层分区调压策略能够较好地改善光伏并网后电压越限问题。     

基于HEM灵敏度的配电网分层分区电压调节策略

针对光伏接入后潮流倒送和出力波动带来的电压越限问题,提出一种基于全纯嵌入法(holomorphic embedding method, HEM)灵敏度分析的光储参与配电网分层分区电压调节方法。首先,建立储能和光伏的无功出力模型,并推导出基于HEM的配电网电压灵敏度矩阵,根据灵敏度矩阵运用聚类对配电网进行分区。然后,建立上层电压优化模型,通过全局和分区优化协调调度并网储能、光伏电站与无功调压设备对节点电压和网损进行优化;下层电压调节模型进一步挖掘并网小型分布式光伏及储能的无功能力,基于所得电压灵敏度对各区内越限节点的电压进行调节。最后,应用于某省35 kV的配电网实际系统,验证了所提灵敏度计算方法能够提高电压灵敏度的计算效率以及所提分层分区调压策略能够较好地改善光伏并网后电压越限问题。     

基于LSTM神经网络的电动汽车充电站需求响应特性封装及配电网优化运行

随着电动汽车的快速增长,大规模电动汽车充电具有随机性、时空耦合性的特点,对配电网运行电压造成越限风险。通过基于价格的需求响应,引导电动汽车在大时空范围有序合理地充电成为重要的技术手段。文章研究基于数据驱动的电动汽车充电站需求响应特性及其参与配电网运行优化调度问题,首先提出单体电动汽车充电模型和计及交通网络拓扑结构的电动汽车行驶特性,建立了区域电动汽车充电站负荷需求响应计算方法;在此基础上,提出了基于LSTM深度神经网络的电动汽车充电站需求响应模型封装方法,得到电动汽车充电站充电成本和充电功率响应之间的映射模型;接着,构建了考虑电动汽车充电站需求响应的区域配电网电压运行优化模型,并采用粒子群算法进行求解;最后,通过对包含3个充电站的33 节点系统的算例对比分析,验证了所述电动汽车充电站需求响应及其参与配电网优化运行方法的有效性,为数据驱动方法解决电动汽车充电和需求响应问题提供借鉴。