分布式发电并网无缝切换控制算法设计与实现

并网切换过程中冲击电流电压过大严重影响并网逆变器、大电网及本地负载的正常工作.为减小分布式发电并网过程对电网的冲击,提出了基于加权控制的三相逆变器并网无缝切换控制策略,解决了切换过程中存在不可控现象造成的电压电流冲击问题,给出了加权控制策略中参数的设计方法,探讨了加权系数对切换暂态的影响.该控制方法在不增加系统复杂度的前提下,实现了并网无缝切换.仿真和实验结果验证了该方法的正确性和可行性     

三相并网/独立双模式逆变器控制策略研究

提出了一种使三相并网/独立双模式逆变器(TDMI)在复杂电网故障情况下能够平滑切换和电网正常时具有很好并网性能的控制策略。针对采用LC型滤波器的三相并网/独立双模式逆变器,提出了一种新的基于abc坐标系控制的切换方法,有效减小了基于dq坐标系控制的切换过程易产生电压电流冲击的问题,对于严重电网故障也具有良好的切换性能,实现了双模式运行的平滑切换;采用了并网模式下引入电容电流补偿的电感电流闭环控制和独立模式下采用电容电压外环电感电流内环的控制方案,保证了逆变器在并网模式和独立模式下都具有很好的控制性能。仿真结果证明了该控制方案的有效性和切换方法的可行性。     

一种基于单相并网逆变器的柔性切换系统

基于网络数据中心(IDC)的三相供电系统,提出一种基于单相逆变器的柔性切换系统。该系统通过调整各个设备组所在电网供电相位置来达到三相平衡配电的目的。分析了该系统的逆变器并网控制策略,对逆变器采用电压控制模式,并提出在负载电压过零点时进行切换,可以避免负载中产生冲击电流。同时分析了逆变器并网过程中,环流产生的原因及其影响。该系统可很好地完成IDC设备在不同电网相位间的无跳动柔性切换。     

电网电压矢量定向的三相异步电机同步切换控制策略

鉴于大容量三相交流异步电机在进行变频-工频切换瞬间存在较大的电网冲击电流,提出一种基于电网电压矢量定向的同步切换控制策略,并采用电力电子开关与交流接触器并联的电路拓扑实现电机变频-工频的同步切换。该控制策略在电网电压同步坐标系下检测到变频器输出线电压空间矢量的相位为30°电角度时触发电力电子开关和交流接触器进行同步切换。实验结果表明该控制策略可精确捕获电机同步切换的最佳时刻实现零相位误差切换,电力电子开关可大幅缩短切换时间,提高了切换控制精度和系统对不同电机及负载的适应性。     

异步电机变频/工频柔性切换控制策略

针对异步电机在变频切工频过程中存在瞬时冲击电流和过电压的问题,提出一种变频/工频的柔性切换控制策略,由基于转子磁链定向的矢量控制、同步策略和合闸换流控制组成。在变频调速工况下,采用转子磁链定向的转速外环电流内环的矢量控制方式。当电机需要从变频切换至工频运行时,通过同步控制策略实现电网电压和逆变器输出电压的主动同步,减小合闸时因两个电压较大的偏差导致的电压电流冲击。切换过程中采用合闸换流控制实现柔性切换。该方法不受接触器分断时间和投切时刻的影响,减小了切换过程中的冲击电流。最后通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于超导储能装置的配电网谐波与电压凹陷补偿技术

针对非线性冲击负载引起的电压凹陷大、电网谐波比重大和功率因数低等电能质量问题,提出了一种基于超导储能技术的三相电压源型变流器(voltage source converter,VSC)反馈伪线性化控制方法。在三相VSC数学模型中使用逆系统,达到直流电容、电压和无功电流的完全解耦,并构造出伪线性系统。设计了斩波器的电流调节控制系统,充分发挥了超导储能的续流能力。设计了内电流环控制器,解决了诸多电能质量问题,并对VSC容量进行最优整定。     

电网电压三相不平衡时CVUF相角因素对异步电机运行性能影响

电网电压不平衡会对异步电动机的运行造成不良影响,因此研究三相电网电压不平衡时复数电压不平衡度(CVUF)的相角因素对异步电动机运行性能的影响。首先分析了三相绕组电压幅值、相位和CVUF间的关系,基于此,以1台5.5 kW Y132S-4异步电动机为例,在正序电压380 V、CVUF幅值恒定以及75%负载条件下,分析了CVUF相角因素对异步电机的定子电流、损耗、转矩性能的影响。结果表明:异步电机定子三相电流均随CVUF相角呈正弦规律变化,为避免带载能力下降过多及绕组过热,异步电机应避免运行在定子电流最大值处;CVUF相角对各项损耗、起动性能及稳态转矩脉动分量影响较小。最后计算了不同电压平衡条件下的异步电机三相定子电流和内部各项损耗,结果与实测结果基本一致,证明了理论分析的正确性。     

三相SVPWM控制并网逆变器的软启动控制

为解决传统三相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制并网逆变器存在的启动冲击电流的问题,提出了一种软启动控制方法。该方法通过控制三相桥臂输出直交轴参考电压和直交轴参考电流实现三相并网逆变器的软启动。该文详细阐述了产生启动冲击电流的原因,给出了所提软启动控制方法的具体步骤和流程图,最后对1台15kVA三相SVPWM控制并网逆变器进行了实验验证,并对实验结果进行了详细分析。结果表明,提出的软启动控制方法简单,在电网电压平衡的情况下,启动时只与电网直轴电压有关,且无启动冲击电流。     

基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略

在电网电压不平衡条件下基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的逆变器输出三相电流不平衡并且电流幅值过大。针对此问题,提出一种基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略。利用VSG电流内环的控制框图推导出前馈控制器的传递函数,再将电网电压经前馈控制器前馈至电流内环,减轻故障电压对电流波形的干扰,降低电流畸变率。将瞬时有功、无功功率的平均值反馈到VSG算法得到抑制负序电流的电压参考指令,在电网电压故障期间使并网电流依然保持三相平衡而且幅值稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真证明了所提控制策略的有效性。     

电网电压骤降时PWM整流器的控制

研究了电网连接的三相两电平电压源转换器(VSC)在电网电压发生扭曲时的控制结构。电网电压发生扭曲是由电压平衡或电压非平衡跌落、高次谐波等原因引起的。为了解决这个问题,提出了一种转换器控制结构。控制系统是基于双矢量电流控制器(DVCC)的电压定向控制器(VOC)的改进。在电压扭曲情况下通过采用锁相环(PLL),实现电网同步。仿真结果和试验证明了系统的性能。     

一种用于双电源系统的三相逆变电源

针对用电系统中关键负载在双电源间的切换过程,提出了一种带有电网电压定向的三相逆变电源,该逆变电源通过跟踪电网电压来实现关键负载在电源切换时无冲击。本文设计了硬件过零检测电路完成电网电压定向,搭建了基于DSP2812芯片的逆变电源实验平台并编写软件程序,实验结果表明了该逆变电源的可行性。     

一种三电平在线互动式不间断电源研制

传统不间断电源(UPS)通常存在结构复杂、多级功率变换或电网谐波污染等缺点,难以兼顾输出侧及电网侧电能质量及效率要求。在此提出了一种三相四线制三电平在线互动式UPS,详细分析了系统结构与运行特性,基于重复控制、谐振控制及电容电压电流反馈设计了电压、电流及功率的多目标优化复合控制策略。基于数字信号处理器(DSP)和T型三电平半桥功率模块研制了100 kVA样机,实验表明该UPS与电网互动运行、效率高、输出电压和电网电流谐波小,负载有功功率由电网三相平衡供给,具有电能质量综合治理能力。该UPS为单级功率变换结构,切换时间为零,使得UPS供电系统成为电网的绿色友好负载,综合性能优异。     

三相逆变器的双模式及其平滑切换控制方法

针对微电网逆变器在并网切换时电流冲击大、在离网切换时直流侧电压波动等问题,提出了一种三相逆变器的双模式及其平滑切换控制方法。该方法包括稳态控制和切换控制两部分,其中,切换控制由软启动虚拟阻抗和单环电流反馈控制构成。同时,为防止逆变器在并网切换和稳态控制中,因相位误差造成的能量倒灌现象,提出了相位超前控制方法,并引入到下垂控制器中,给出了其频率调节实现方式。切换控制抑制了逆变器输出电流、入网电流的瞬间冲击,实现并网平滑切换。逆变器离网切换时,仅引入单环电流反馈控制加快入网电流泄放,避免由电流瞬时不平衡引起的逆变器直流侧电压波动。仿真和实验结果验证了三相逆变器的双模式及其平滑切换方法的可行性和有效性。     

三相变流器在不平衡电网下的无电压传感器控制

在三相不平衡电网中,三相PWM变流器的无电网电压传感器控制将会遇到母线电压含有二次谐波、并网电流含负序电流和电网电压同步信号畸变等问题。针对这些问题,将虚拟磁链技术应用到三相PWM变流器的无电网电压传感器控制中,结合二阶广义积分器SOGI(second-order generalized integrator)进行正、负序同步信号的获取,基于正、负序双同步旋转坐标系建立了直接电流控制系统。仿真结果证实了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

基于高压碳化硅器件的三相固态变压器拓扑及其在电网电压不平衡下的控制

作为智能电网应用中的关键设备,固态变压器(SST)在未来电力系统中占有重要地位。为解决三相模块级联型固态变压器拓扑复杂、控制困难、需要解决模块间均压均功率等问题,采用简单的基于高压碳化硅(Si C)器件的三相固态变压器拓扑,其中整流级采用简单的三相电压型PWM整流器的常规拓扑,因而具有很强的现实意义。建立三相Si C-SST拓扑的数学模型,并对电网电压平衡下的控制策略进行分析,同时在电网电压不平衡时,采用抑制SST交流输入侧负序电流的控制策略。通过PSIM仿真证明了两种控制策略的可行性与正确性。最后基于Si C器件搭建了实验平台,对SST的前端整流级进行了实验验证。     

三相静止无功发生器双环软启动控制算法研究

针对三相静止无功发生器(SVG)并入电网时,直流侧电容电压及补偿端的电流存在瞬间启动峰值过大的问题,提出了电流电压双环软启动的控制算法.其中,基于输出电压偏差平方值的模糊比例积分(PI)控制算法在直流侧输出的外环电压中得以应用,以便快速精准地缓冲SVG直流侧的启动电压.而对于内环电流的启动冲击,由于比例谐振(PR)控制算法的正弦频率信号易达成零稳态误差的跟踪,因此选用了 PR控制算法进行抑制.最后在实验样机上验证了所提控制算法的可行性.     

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。     

三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于电流补偿控制的微电网离网策略研究

IEEE1547.4中要求微电网在并网/离网模式间的切换过程应平滑过渡,不存在电压电流冲击。由于实际系统难以实现精准控制,尤其是目前并网开关普遍采用基于晶闸管的固态开关,使得三相并网逆变器三相开关不能同时关断,引起系统产生较大电压电流冲击,严重影响了系统的稳定运行。本文提出了基于电流补偿的微电网离网控制策略,给出了系统各变量之间的函数关系,详细分析探讨了算法变量对系统的影响,最终获得微电网切换过程中电流电压的有效控制。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和可行性。