自适应下垂控制的三电平DC/DC并联均流方法研究

分析传统下垂控制的三电平DC/DC变换器多模块并联均流电压偏差较大,且各并联模块功率不均分的原因,提出了一种自适应下垂控制的三电平DC/DC变换器多模块并联均流控制方法。通过实时采集各并联变换器的电压和电流,建立变换器下垂系数与负荷功率之间的数学模型,自适应调整下垂系数使直流母线电压跟随给定值。构建直流微电网仿真模型,在相同工况下利用MATLAB/Simulink软件平台,仿真分析传统下垂控制和自适应下垂控制对三电平DC/DC变换器多模块并联直流母线电压降落和功率分配进行对比分析,验证了自适应下垂控制对三电平DC/DC变换器多模块并联的可行性,实现了不同额定功率的三电平DC/DC变换器间的“功率均分”,同时极大的改善了由于线路阻抗导致的电压降,提高了直流母线的电能质量。     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

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。     

基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制

在直流微电网中,传统下垂控制存在功率均分和母线电压控制不能同时兼顾的矛盾。针对这一问题,研究了带阻性负载直流微网系统,提出基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制策略。该策略包括一次、二次和电流一致性控制。引入输出电容电压反馈构成一次控制,参考电压补偿和下垂系数修正构成二次控制。各分布式电源间仅相邻变换器交换电流信息,通过电流一致性迭代控制和一次、二次控制结合,在保障输出功率均分的同时,消除了直流母线电压偏差。为验证该策略的控制有效性,对系统进行小信号建模理论分析,分析控制参数变化对系统稳定性的影响,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该控制策略在微网结构改变时,也能保证系统稳定,自适应完成直流微网功率均分和母线电压控制目标。     

高输入电压三电平零电压软开关DC/DC变换电路

分析了三电平DC／DC变换电路的工作原理,输入直流线电压通过电压电容分压,功率开关承受的电压仅为母线电压的一半,采用移相控制,可实现零电压开通,给出了1kW的实验结果,半载时效率为95％。     

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。     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

以提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力为目的,提出了一种针对双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据直流母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。最后通过仿真与实验：在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,该策略均可实现储能单元的充放电无缝切换,维持母线电压稳定。     

基于I-V下垂控制的直流微电网动态特性分析与改善

本文对孤立直流微电网动态特性进行了分析,并提出了改善策略.在孤网条件下,电压主要靠系统中基于储能的DC/DC变换器进行控制,因此多DC/DC变换器动态特性即可反应系统全局的动态特性.本文中各DC/DC变换器采用I-V下垂控制,并以负载的变化量为输入,变换器输出电流、占空比及母线电压为状态变量对多DC/DC变换器进行了大信号模型的建立.基于上述模型,本文对输出电流动态特性的影响因素进行了根轨迹分析,最后提出自适应P控制策略以提高直流微电网中的动态特性.最后通过仿真对提出的模型及控制策略进行了验证.     

基于自适应调节的直流微电网储能系统设计

直流微电网系统中的分布式能源具有间歇性和不稳定性,其中普遍接入了储能设备,起到平衡光伏和负载功率,稳定直流母线电压等作用。传统的解决方案多用下垂控制调节系统功率平衡,但会引起一定的电压降,不但影响系统调节范围,而且多储能设备并联时会引起环流等损耗。设计自适应调节下垂系数的双向DC/DC变换器,通过直流母线电压信号,在欠功率时提供功率,功率溢出时吸收功率,并维持电压恒定。实现直流微电网运行中对储能系统分布式优化控制。通过实验完成了上述控制目标,验证了控制策略的有效性。     

建筑直流供电交错并联 DC/DC变换器模型预测控制策略∗

在能源需求和环境保护的双重压力下,燃料电池等分布式发电技术广泛应用于建筑中提供直流电能.针对燃料电池动态响应速度较慢,输出电压具有软特性,无法应对即时负载的瞬时变化,设计出应用于建筑直流供电系统的交错并联DC/DC变换器,用于调节燃料电池的功率输出;引入模型预测控制(MPC)思想对DC/DC变换器进行控制,采用PI控制和模型预测控制相结合的方法,与传统的双闭环控制相比,模型预测控制使输出电压能够准确追踪给定值,直流母线电压超调大大减少,电感电流纹波大大减少,动态响应性能大大提高.最后通过试验证明了该控制方法的有效性.     

集成故障阻断能力的DC/DC自耦变换器

高压大容量DC/DC变换器是多电压等级直流互联的关键设备，能够实现电压变换和直流侧故障隔离等功能。使DC/DC变换器具备直流故障阻断能力，减少对直流断路器的依赖，能够在很大程度上降低建设成本。为此，提出一种基于半桥型模块化多电平换流器串联的DC/DC自耦变换器拓扑。在功率正送和功率反送两种工况下，分析DC/DC变换器两侧分别发生直流双极短路故障后的故障响应，并提出对应的故障隔离策略。针对不同工况下的双极短路故障，在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。仿真结果表明所提出变换器具备双向阻断直流故障的能力，与其他类型的DC/DC自耦变换器的对比分析结果验证了所提出变换器的经济性。     

蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

模块化多电平型高压DC/DC变换器的研究

模块化多电平型(modular multilevel)高压DC/DC变换器采用模块化结构,能够很容易通过子模块串联的方法得到较高的电压和功率等级,适用于高压大功率直流变压场合。该DC/DC变换器采用由两个模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)组成"面对面相连"的结构,其本身具有直流侧故障保护的功能,无需采用直流断路器进行保护,变压器的存在可实现了电气隔离。目前针对此拓扑结构的研究尚处于起步阶段,其基本运行方式仍是研究的重点和难点。本文具体描述了模块化多电平型高压DC/DC变换器的拓扑结构,并且分析了其本身具有直流侧故障保护功能的作用机理。在此基础上,从调制策略、电容电压平衡策略及功率控制策略三方面对控制器进行设计。最后,通过建立仿真模型和搭建单相结构的实验平台,验证了所提基本运行方式的有效性。     

多端柔直系统MMC自适应下垂及抗扰控制研究

多端柔性直流输电(MTDC)大多采用模块化多电平换流器(MMC)作为其电压源换流器.此处在多电平换流器控制系统中采用母线电压-有功功率(Udc-P)下垂控制策略,针对传统下垂控制中因为固定下垂系数无法实现系统灵活调节、有功功率分配不合理、直流电压偏差等问题,此处采用自适应下垂控制方案,根据电压偏差自动调节下垂系数.为了维持母线电压稳定,此处分析功率波动对电压动态响应性能的影响,提出一种电压扰动观测器,来提高控制系统鲁棒性.将上述策略通过实时数字仿真(RTDS)实验平台来验证所提方案可以有效提高MTDC系统MMC控制性能.     

直流微网双向DC/AC变流器的协调控制

直流微网并网运行时,常通过多个双向DC/AC变流器实现与大电网的互联.为实现该工况下系统稳定运行并解决多台双向DC/AC变流器并联功率分配问题,提出了一种双向DC/AC变流器的交流功率-直流电压下垂控制方法.该方法通过测量变流器交流侧有功功率,按照预设下垂曲线调节直流侧电压指令值,实现直流微网与电网功率双向流动,以及多台双向DC/AC变流器的协调运行.其次,建立了所提控制方法的小信号模型,分析了下垂系数对系统稳态及动态性能的影响.最后,仿真与实验结果表明,所提控制策略可按照预设下垂曲线调节直流母线电压和进行多台双向变流器功率分配,快速响应上层调度指令以及直流微网内功率变化,具有较好的动稳态性能.     

双极性DC/DC变换器及分布式储能功率控制

利用储能系统稳定双极性直流母线电压并保证正负母线电压相等,首先研究了单台储能变换器的控制策略,分析该策略的调节性能。其次将多个储能模块并联接入直流母线组成分的布式储能系统,实现系统容量的扩增。针对并联储能模块间的功率分配问题,在此提出一种改进荷电状态(SOC)下垂控制策略。该策略通过构建下垂系数与储能模块SOC之间新的指数函数关系,使各储能模块在充放电过程中可以根据自身SOC实时调整输出或吸收功率的大小,实现并联储能模块间功率的合理分配。最后通过实验验证所提控制策略的可行性。     

光储直流微电网自适应下垂控制策略研究

分析传统下垂控制母线电压偏移较大的原因,提出一种新型自适应下垂控制策略。建立变换器下垂系数与负载功率之间的数学模型,自主调整下垂系数使直流母线电压稳定在额定值。构建直流微电网仿真模型和实验台架,在相同工况下对传统下垂控制策略和所提控制策略进行对比,仿真和实验结果表明此方法可保持母线电压基本恒定,抑制变换器间环流,并可根据光伏单元自身容量按比例分配负载功率。     

模拟直流电机调速特性的双向DC/DC变换器虚拟直流电机控制策略

传统虚拟直流电机VDCM(Virtual DC Machine)控制策略未考虑直流电机转速动态调节问题,不能够在直流母线电压变化瞬间起调节作用。对此,提出一种模拟直流电机闭环调速的储能侧双向DC/DC变换器新型VDCM控制策略。对直流电机与双向DC/DC变换器在数学模型和控制策略上进行联系等效与差异剖析,模拟直流电机定转子绕组间的电磁感应作用,将直流电机动态数学模型嵌入P-U下垂控制中,使其兼备电压动态调节能力和惯性阻尼特性。对采用新型VDCM控制策略前、后的作用效果进行对比,仿真和实验结果表明该控制策略能够在提升母线电压动态调节特性的同时,增强惯性调节和阻尼效果,在负载切换或分布式发电单元输出功率波动时维持直流微电网稳定运行。