光伏并网逆变器滑模变结构控制研究综述

文章对光伏并网逆变器的滑模变结构控制策略进行了分类;同时对并网逆变器离网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,单相逆变器并网工作模式下的滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下电流滑模变结构控制研究现状,三相逆变器并网工作模式下的直接功率滑模变结构控制研究现状分别进行了分析。总结了光伏并网逆变器滑模变结构控制策略的滑模面设计、控制律求解、系统抖振以及到达滑模面过程中的稳定性等关键技术的研究方法和思路,并对光伏并网逆变器滑模变结构控制的未来研究方向提出了一些建议。     

风电并网变换器直接功率控制策略

针对直驱型永磁同步风力发电机背靠背驱动变换器中的网侧变换器,对直接功率控制策略进行了研究.相对于常规矢量控制策略而言,引入直接功率控制策略不仅能够提高变换器的动态响应特性,而且对参数变化具有较好的鲁棒性.在建立三相电压型并网逆变器静止坐标系下数学模型的基础上,阐述了并网逆变器直接功率控制机理,论述了并网逆变器直接功率控...     

广义谐波电网环境电压源型并网变流器滑模变结构直接功率控制策略

针对实际电网电压中存在实时动态变化的谐波运行环境,提出电压源型并网变流器广义谐波下的滑模变结构直接功率控制(sliding-mode-based direct power control,SMCDPC)策略;其实施是针对所有次数谐波,该控制策略不需实时精确的电网谐波次数和相位检测,具有实际工程应用价值。在以往研究成果的基础上,建立了广义畸变电网环境中的并网电压源型变流器(grid-connected voltage-sourced converters,VSC)的完整数学模型,提出3种该运行环境下的控制目标:正弦形输出电流,消除有功功率波动和无功功率波动。完成了滑模变结构直接功率控制设计。仿真结果表明,相比传统滑模变结构直接功率控制,改进的滑模变结构直接功率控制增强了电压源型并网变流器在实际电网广义电压谐波下环境中的运行能力。     

具有精确非线性补偿的三相光伏并网逆变器滑模变结构控制策略

三相并网逆变器中,由于死区效应和开关延时带来的非线性将导致逆变器输出电压的严重失真,以致并网电流的总谐波失真增加。提出了一种新型的具有精确非线性补偿的三相光伏并网逆变器滑模变结构控制策略,以抑制并网电流谐波,并提高其动态响应速度和鲁棒性。该控制策略将d-q坐标变换下的非线性补偿实现于离散积分滑模控制中。分析了逆变器输出电压的非线性,并建立了相应的非线性效应模型。根据此新模型设计了离散积分滑模控制策略。该控制策略既实现了精确的非线性补偿,也保证了整个系统的强鲁棒控制,并在一个100 kW的三相光伏并网逆变器样机上得以证实。仿真和实验结果表明:所提控制策略实现了系统全局稳定性控制、动态响应快速、鲁棒性强以及优良的电流谐波抑制能力。     

基于动态滑模控制的并网逆变器控制策略

为了使三相LCL并网逆变器输出较理想的电压、电流,提高逆变器的运行性能,根据逆变器在d/q两相同步旋转坐标系中的数学模型,提出了电流内环的动态滑模控制策略。直接功率外环为电流内环提供参考电流。为消弱抖振问题,电流内环采用动态滑模控制。最后经PSCAD软件仿真验证了该控制策略的正确性和可行性,并且该方法能保证三相LCL并网逆变器在单位功率因数运行,具有应用参考价值。     

采用滑模变结构控制MPPT的三相光伏并网发电系统

光伏并网发电系统的传统外环控制通过最大功率点跟踪(MPPT)算法给出直流母排参考电压,利用PI调节器调节输出并网有功参考电流.鉴于滑模变结构控制的快速响应和强鲁棒性,提出了一种基于滑模变结构控制的直接电流MPPT算法.在建立系统稳态模型的基础上,由MPPT控制算法直接给定并网有功参考电流.电流内环为LCL滤波三相电压型...     

三相电压型逆变器的滑模控制律参数优化设计∗

针对三相电压型逆变器滑模控制中滑模函数和趋近律参数选取困难的问题,提出一种滑模控制律参数优化 设计方法.首先,根据三相电压型逆变器的基本工作原理,建立了三相电压型逆变器的dＧq 数学模型.其次,将滑模 变结构控制应用到三相电压型逆变器系统中,设计合理的滑模函数并采用等速趋近律推导出滑模控制律,再将滑模控 制律带到三相电压型逆变器闭环系统,得到偏差的数学模型.根据系统跟随性能的要求,讨论并推导了滑模控制律中 参数优化的选择公式.最后,利用PSIM 仿真软件,搭建了三相逆变器的滑模变结构控制闭环系统,通过仿真实验验 证了所提滑模控制律参数优化设计的合理性和可行性.     

三相PWM整流器直接功率控制研究

进行了三相电压型整流器(VSR)瞬时有功功率和瞬时无功功率的控制来达到对系统输入电流和输出电压控制的原理分析,提出了基于滑模变结构的空间电压矢量调制的直接功率控制策略,建立了直接功率控制系统Simulink模型,完成了实例仿真.仿真结果表明,使用该控制策略的三相PWM整流器具有更快的响应速度和更好的鲁棒性.     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

三相并网逆变器直接功率控制

根据三相并网逆变器的动态数学模型,详细推导和分析了各电压矢量对有功功率变化和无功功率变化的影响.根据有功功率变化的符号与无功功率变化的符号选择最佳的电压矢量,使三相并网逆变器输出的有功功率和无功功率脉动比较小.在此基础上,提出了一种基于新开关表的直接功率控制.该控制策略可实现有功功率、无功功率的解耦控制以及功率因数任意...     

三相电压型PWM整流器双开关表直接功率控制策略

首先,提出了一种直接功率控制改进策略,用以解决三相电压型脉冲宽度调制整流器采用传统直接功率控制时存在的扇区判断算法复杂和无功功率周期性波动问题。该改进策略设置2个开关表,对无功功率误差进行判断,并根据误差大小选择不同的开关表。然后,对所提出的扇区判断方法进行了分析,该方法避免了复杂的坐标变换和反正切函数运算;给出了2个开关表的选择原则,即分别以最大限度地降低开关损耗和提高无功功率响应速度为原则。最后,通过MATLAB/Simulink仿真与传统直接功率控制进行对比。仿真结果表明,该改进策略不仅取得了更低的交流侧电流谐波总畸变率,同时有功功率、无功功率到达稳态的时间也提前近38.5%。     

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制（direct power control,DPC）的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVAl20智能功率模块,设计50kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10kHz、5us的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC—SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。     

基于输入端电压动态分量优化的PWM整流器模型预测控制

为了提高三相电压型脉宽调制(PWM)整流器的动态响应速度和控制精度,提出了一种基于整流桥输入端电压动态分量优化的模型预测功率控制算法。首先,建立了三相PWM整流器dq旋转坐标系下的功率数学模型,分析了传统基于比例-积分(PI)控制器的直接功率控制算法的工作原理。然后,针对传统基于PI控制器的直接功率控制算法的内环功率PI控制器参数设计复杂及动态响应速度慢等缺点,从整流桥输入端电压动态分量优化的角度出发,借鉴模型预测控制思想,通过评价函数预测最优动态分量,在取消了功率内环PI控制器的同时提高了系统的动态响应速度和控制精度。最后,对所提模型预测功率控制和传统基于PI控制器的直接功率控制算法分别进行半实物实验对比研究,实验结果证明了所提算法的正确性和有效性。     

DFIG风电机组网侧变换器的复开关表直接功率控制

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求.在分析网侧变换器数学模型和DPC原理的基础上,提出了一种基于复开关表的DPC新策略.该策略可根据变换器的交流输入电压、瞬时功率等工作状态,提供细化的开关表以供选择,从而在保留传统DPC结构简单特点的同时,获得了高精度的控制效果.仿真和实验结果表明,该控制策略在电网发生对称性过电压、电压跌落和不对称性故障时,均能保持三相输入电流的平衡、稳定,用于DFIG风电机组交流励磁变频电源的控制中能提高电网故障下风电系统的穿越运行能力,并减少脉宽调制变换器产生的电力谐波污染.     

三相电压型PWM整流的新型直接功率控制

介绍了三相电压型PWM整流器的数学模型,以及传统直接功率控制的基本原理和系统组成,分析了其所采用的开关表存在的不足。提出了一种新的直接功率控制方法,该方法采用新的开关表,功率内环采用简单的PI算法,省去两滞环比较器,易于实现。系统在Simulink下的仿真结果表明,与传统直接功率控制相比,该方法可以得到更高的功率因数、更低的输出直流纹波系数。     

Study on maximum power point tracking of photovoltaic array in irregular shadow

Traditional maximum power point tracking (MPPT) methods can hardly find global maximum power point (MPP) because output characteristics curve of photovoltaic (PV) array may have multi local maximum power points in irregular shadow, and thus easily fall into the local maximum power point. To address this drawback, Considering that sliding mode variable structure (SMVS) control strategy have such advantages as simple structure, fast response and strong robustness, and P&O method have the advantages of simple principle and convenient implementation, so a new algorithm combining SMVS control method and P&O method is proposed, besides, PI controller is applied to reduce system chattering caused by switching sliding surface. It is applied to MPPT control of PV array in irregular shadow to solve the problem of multi-peak optimization in partial shadow. In order to verity the rationality of the proposed algorithm, the experimental circuit is built, which achieves MPPT control by means of the proposed algorithm and P&O method. The experimental results show that compared with the traditional P&O algorithm, the proposed algorithm can fast track the global MPP, tracking speed increases by 60% and the relative error decreased by 20%. Moreover, the system becomes more stable near the MPP, the fluctuations of output power is greatly reduced, and thus make full use of solar energy.     

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。     

MMC子模块故障后线电压恢复容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)桥臂无冗余子模块(SM)时,SM故障将导致故障相电压输出能力降低,进而导致MMC输出线电压不平衡。为恢复故障后无冗余MMC输出线电压特性,提高非故障桥臂SM利用率,文中基于中性点转移(NT)与直流分量注入(DCCI)控制,提出应用于无冗余MMC的SM故障容错控制策略。该容错策略通过NT控制,调整三相电压相角,确保输出线电压平衡。此外,文中提出三段式最优DCCI幅值计算方法。与现有方法相比,最优幅值DCCI能进一步提升非故障桥臂SM利用率,提高输出线电压幅值。基于PSCAD/EMTDC平台搭建三相MMC仿真模型,仿真结果验证了所提容错控制策略的有效性。     

Design and Implementation of Direct Power Control System for Brushless DC Generator in Standalone DC Applications

This paper investigates the design and implementation of direct power control (DPC) strategy for brushless DC (BLDC) generators. Since in conventional BLDC generator systems, electrical power is transferred to the DC-link through uncontrolled diode rectifiers, a great deal of energy may be lost. Moreover, in some applications where the shaft speed of the prime mover is variable, a constant DC-link voltage is essential in spite of the variations of speed and electrical load. To overcome these shortcomings, in this study, through the six-switch power converter, the output power of BLDC generator is controlled via DPC strategy for regulation or tracking of desired DC-link voltage or reference power. Special features of the proposed strategy are: ease of implementation, low cost, and fast response. The proposed control theory is verified by simulations and experiments in various scenarios.