适用于微电网的新型馈线间DVR拓扑及控制方法

传统动态电压恢复器(DVR)存在功能性单一、运行经济性差等缺陷。改进型DVR通过在馈线间采用2个DVR共用储能电容的方式解决了运行经济性差的问题,但当2条馈线同时发生电压跌落时仍有一定局限性。首先提出一种多功能馈线间动态电压补偿器(MF-IDVR)的拓扑结构,该结构具备抑制谐波电压、动态补偿双馈线电压跌落的功能;然后,分别提出了MF-IDVR所含有2个独立变换器、直流储能模块的控制策略,及不同工作模式的切换流程;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上验证了所提新拓扑的有效性。     

任意负载条件下动态电压恢复器的复合谐振控制策略

针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐波电压所对应的谐波电流成分并控制DVR产生反向的谐波电流,间接消除了DVR输出电压中的谐波成分,显著提高了动态电压恢复器对任意负载特别是对非线性负载的电压补偿能力。实验验证了所提控制策略的有效性。     

新型动态电压恢复器对短路故障电流主动调节的研究

提出在动态电压恢复器(DVR)系统的串联逆变器交流输出端增设反并联晶闸管支路的拓扑,以实现动态电压补偿功能与故障电流限制功能。分析所提拓扑的故障电流限制功能机理,建立其运行数学模型;在限流功能动态过程分析基础上,提出一种通过调整晶闸管触发相位角的故障电流调节方法,给出限流阻抗的调节范围,从而解决限流阻抗与电网原有过流保护的配合问题;最后,采用PSCAD/EMTDC仿真软件和实验室样机,验证所提拓扑及控制方法的正确性。     

基于超级电容储能系统的动态电压恢复器研究

在建立基于等效电路的超级电容器储能（SCES）系统的数学模型基础上,设计了一种超级电容器储能的动态电压恢复器（DVR）。该DVR以超级电容器为直流侧储能单元,采用非隔离型Buck-Boost双向DC／DC变换器进行双闭环功率前馈控制,采用双向电压源型DC／AC变换器进行解耦和前馈补偿控制。根据SCES的特性,确定了系统的基本运行原理,即当电源电压暂降时,通过调节DVR输出的有功功率和无功功率来维持负载电压幅值和相位的稳定。仿真实验结果验证了该DVR拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。     

一种动态电压恢复器的比例加滑模双闭环控制

提出一种滤波电容在负载侧的三相H桥型二电平DVR系统拓扑,建立了系统的数学模型,为控制负载端电压恒定,首先将负载端电压的设定值跟踪问题转化负载电压d-q轴误差的认定问题,然后从负载电压与电感电流的关系出发,根据Lyapunov稳定性理论,推导出一种双闭环比例加滑模控制方法,并进行了MATLAB/Simulink控制系统仿真和PI控制的比较研究,仿真结果表明该控制方法的正确性和有效性。     

中频动态电压恢复器研究

针对机场直线加电系统电压稳定性较差的特点,提出采用动态电压恢复器(DVR)以稳定负载电压。首先对中频DVR应用在机场直线加电系统中的技术可行性进行了分析论证,提出了一种单向补偿的DVR设计方案,简化了系统的控制。其次对DVR的电路拓扑进行了分析比较,选取独立的单相全桥电路作为DVR的功率电路。建立了DVR的电路模型,对系统的电压控制策略进行了分析比较,选择负载电压有效值闭环控制作为中频DVR的控制方案。设计并制作了中频DVR样机,实验结果表明在电源电压跌落以及负载突变时DVR均可以稳定负载端电压。     

基于模块化多电平换流器的直流融冰装置馈线潮流控制仿真

本文对基于模块化多电平换流器(MMC)的直流融冰装置进行功能拓展,利用其整流侧对称的拓扑将其延展为双端柔性互联装置,接入配电网对馈线潮流进行控制,灵活改变交流系统电压、电流使其满足上层功率指令变化,并在其中一侧交流系统发生短时电压波动时由对侧方向交流系统提供一定的无功支撑,在提高配电网供电可靠性的同时也提高了设备的利用率.首先对基于模块化多电平换流器的直流融冰装置拓扑及直流侧整流系统的控制方式进行设计并加以说明,进而在仿真平台搭建实际双端柔性互联装置模型,通过改变功率参考值及暂时电压波动得到过渡过程的电压、电流波形,验证直流融冰装置在融冰期外作为柔性互联装置实现馈线潮流控制的有效性.     

直流侧直挂储能拓扑结构及控制策略研究

电压源换流器直流侧直挂储能可应用于有源或者无源的电网系统中，具有削峰填谷、减少新能源的弃风、弃光等优点。针对电压源换流器直流侧直挂储能的拓扑结构，首先介绍了直流侧储能的基本工作原理，提出了极控制层定直流电压控制和定直流电流控制两种控制方式；接着考虑到这两种控制方式均采用子模块数量前馈控制，提出了直流电压开环控制；最后搭建RTDS（实时数字仿真系统）并进行了稳态、动态和控制方式切换试验。结果表明，采用该拓扑结构的直流侧储能具有良好的稳态运行及动态电压、电流响应特性，具备一定的应用与推广价值。     

基于串并联混合结构的动态电压恢复器研究

以串并联混合型动态电压恢复器DVR为研究对象,对DVR的补偿策略和控制方法进行了研究,并对控制策略中的电流环和电压环的数学模型进行了简化。然后,提出了一种串并联混合型拓扑的动态电压恢复器,这种类型能简化DVR系统结构,提高DVR系统的稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中模拟了不同时刻瞬时电压跌落、骤升的工况,仿真结果证明了该检测方法和控制策略具有良好的快速性和准确性。     

动态电压恢复器主电路拓扑和控制算法的研究

为了改善动态电压恢复器(DVR)的性能从而进一步提高其补偿电压跌落能力,根据国内外DVR的研究动态,对目前应用的DVR主电路拓扑结构、检测策略及电压补偿控制策略做了深入的比较分析,提出了级联多电平DVR。该DVR与传统结构相比,明显提高了各方面的性能,有效解决了实际应用中使用串联变压器作为电压注入方式带来的问题和不足。改进后的"abc-dq"变换算法具有准确、快速的特点,且考虑了系统的补偿策略,能量稳定控制策略综合了其它几种控制策略的优点同时避免了各自的缺点,优化了DVR与系统的能量交换过程,减少了所需要的设备容量并增加了有效补偿时间,提高了经济性和可靠性。随着电力电子技术和控制理论的发展,DVR的性能必将得到更大的提高。     

一种补偿电网电压凹陷的DVR优化补偿策略

针对电网中敏感负荷引起的电压凹陷问题,以及提高动态电压恢复器(DVR)的补偿质量,提出了一种优化的综合补偿策略。首先,详细分析了DVR三种基本控制策略的补偿电压与功率流动,推导出最大跌落支持时间;然后,提出了一种跌落前补偿向最小能量补偿过渡的优化综合补偿策略,利用一次过渡曲线将跌落前补偿的电压幅值与相角逐渐过渡到最小能量补偿的值,物理意义明确,减小电压相位跳变的同时增加补偿时间。算例分析结果表明,该法较单一补偿方法显著增加了DVR的补偿时间。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于超导储能的动态电压恢复器的研究

为了给动态电压恢复器提供工作时所需能量,采用了直—直斩波电路将超导储能装置接于动态电压恢复器中。在分析了储能部分的电路构成后采用PI调节分别控制超导线圈的充、放电过程,其充电过程采用电流控制模式,放电过程采用电压控制模式从而有效地克服了外界干扰和参数变化等不利因素,充分发挥超导储能快速充放电和高能量密度转换的特性;基于dq变换检测控制动态电压恢复器的工作,并对系统在电压暂降情况下动态电压恢复器的工作状况进行了仿真分析。仿真结果表明这种基于超导储能的动态电压恢复器可迅速有效的补偿电压暂降,维持敏感负荷的电压恒定。     

飞轮储能动态电压恢复器的拓扑结构和充电策略

基于飞轮储能的动态电压恢复器的传统拓扑结构采用辅助整流器给飞轮充电,提高了系统的复杂程度,也增加了成本.为此,提出了两种新型拓扑结构:并联结构和串联结构.并联结构通过引入转换开关,使动态电压恢复器的电压源型变换器工作于整流状态给飞轮充电;串联结构使动态电压恢复器的电压源型变换器工作于逆变状态给飞轮充电,进一步简化了结构.并针对串联结构提出了自充电策略.最后将3种拓扑结构在经济和系统性能等方面进行了比较.实验结果验证了拓扑结构和充电策略的正确性.     

基于PWM开关变压器的动态电压恢复器研究

提出了一种基于PWM开关变压器的单相在线式动态电压恢复器(DVR),PWM开关变压器由交流斩波器及串联变压器组成,该DVR可补偿电压凸起和凹陷,无需直流储能环节和锁相环,且具有相位自动跟踪能力。采用新的控制策略及电压检测方法,使系统能够快速识别电压凸起和凹陷并做出相应补偿。系统可工作在降压状态,可应用于节能场合,并设有旁路开关,提高了供电可靠性。设计了10 kW实验样机,实验结果表明此处所提出的DVR具有较好的动态响应、补偿及运行性能。     

线电压补偿型动态电压恢复器的双前馈加反馈控制策略

基于线电压补偿的三相动态电压恢复器(DVR),介绍了一种线电压的补偿方法.以单相DVR为例,建立了DVR的数学模型,在此基础上综合分析各种控制策略下的系统传递函数.由分析可知在电网电压和负载电流的影响下,系统始终存在稳态误差.为此提出电网电压加负载电流双前馈和负载电压反馈的复合控制方法,既保持动态响应快速性和系统稳定性...     

三相四桥臂动态电压恢复器滑模变结构控制仿真研究

将一种三相四桥臂逆变器的拓扑结构应用于动态电压恢复器主电路。具有直流电压利用率高、无需大的直流电容,不需要对直流电压进行附加控制等优点。同时,采用基于abc坐标系的三相四桥臂逆变器空间矢量调制方法,在此基础上,提出动态电压恢复器的滑模变结构控制器设计方法。消除了负载电流扰动对系统控制性能的影响。最后在理论分析基础上,通过仿真对上述方法进行了验证。仿真结果表明,上述方法具有较理想的动态和静态性能。     

动态电压恢复器的双前馈控制策略研究

采用基于电网电压前馈的开环控制时,动态电压恢复器(DVR)动态响应速度快,但负载电压受负载电流影响较大;用比例积分(PI)调节器实现闭环控制可以减小这一影响,但动态响应速度变慢,且负载电压受电网电压影响变大。提出把负载电压看作DVR的控制对象,桥式电路中开关器件的占空比看作控制量,电网电压和负载电流看作干扰量,根据数学模型分析出被控对象不仅受控制量控制,而且受2个干扰量的影响。结合不同控制策略中控制量的计算方法,推导出各种控制策略下系统的传递函数,分析可知系统存在稳态误差的原因在于2个干扰量的影响。基于此,提出同时利用电网电压前馈和负载电流前馈的双前馈开环控制方法,既保持了开环控制动态响应速度快的优点,也可基本消除电网电压和负载电流对负载电压的影响。为避免电流前馈微分环节噪声影响,设计了用负载电压估计负载电流的估算方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

Bi-directional electric vehicle fast charging station with novel reactive power compensation for voltage regulation

Excessive carbon emissions from the current transportation sector has encouraged the growth of electric vehicles. Despite the environmental and economical benefits electric vehicles charging will introduce negative impacts on the existing network operation. This paper examines the voltage impact due to electric vehicle fast charging in low voltage distribution network during the peak load condition. Simulation results show that fast charging of only six electric vehicles have driven the network to go beyond the safe operational voltage level. Therefore, a bi-directional DC fast charging station with novel control topology is proposed to solve the voltage drop problem. The switching of power converter modules of DC fast charging station are controlled to fast charge the electric vehicles with new constant current/reduced constant current approach. The control topology maintains the DC-link voltage at 800 V and provides reactive power compensation to regulate the network bus voltage at the steady-state voltage or rated voltage (one per unit). The reactive power compensation is realized by simple direct-voltage control, which is capable of supplying sufficient reactive power to grid in situations where the electric vehicle is charging or electric vehicle is not receiving charges.