基于微型燃气轮机发电的混合动力系统小信号稳定性分析及前馈补偿控制

在由燃气轮机、发电机及其整流器、电池和电力推进负载等不同功能模块组成的混合动力系统中,由于发电机整流器和燃气轮机的非线性特性、负载的恒功率特性使得系统的稳定性问题非常复杂.本文分析和比较了目前已有的阻抗分析方法,对比了不同分析方法采用的阻抗比判据,选取保守性较小的MP C判据作为所研究的微型燃气轮机发电系统小信号模型的稳定性分析判据.并对MP C判据缺点做了改进.建立了混合动力系统中双轴燃气轮机、发电机整流器及电动机逆变器的小信号模型.使用阻抗分析法对混合动力系统进行了小信号稳定性分析.最后,提出了一种前馈补偿法来提升系统小信号稳定性,解决了燃气轮机带发电机整流器负载时小信号不稳定问题.     

电动汽车充电用LCL型PWM整流器输出阻抗分析及稳定性改善方法

在大功率电动汽车充电系统中,P WM整流器对系统稳定运行有重要影响,为有效改善充电级联系统的稳定性,本文基于Middlebrook准则研究了LCL型PWM整流器的闭环输出阻抗特性,分析了影响阻抗特性的相关因素.并针对在充电控制系统中采用母线电压小信号反馈的方式引入虚拟阻抗提高系统稳定性导致电网侧电流谐波增加的问题,本文提出了一种变参数控制的虚拟阻抗控制方法,在提高直流侧系统稳定性的同时,又抑制了网侧电流谐波的增加.最后通过仿真和实验验证了所提方法的正确性.     

三相Vienna整流器无网压传感器预测电流控制策略

设计三相Vienna整流器的闭环控制系统时需要采集电网电压信息,而使用传感器会增加系统硬件成本和复杂度,为此该文提出一种适用于三相Vienna整流器的无网压传感器控制策略.首先,在两相静止坐标系中建立三相Vienna整流器的虚拟磁链数学模型,利用二阶低通滤波器来改进电压观测器,对电网电压进行估算,在不增加算法复杂性的前提下避免了纯积分运算.其次,由于该方法估算的电网电压存在一定误差,因此运用预测电流控制策略构建控制系统,并针对实际系统中采集与处理环节所引起的信号滞后问题,提出二步预测电流法以补偿信号滞后.最后,对所提出控制策略进行仿真分析和实验验证.其结果表明,网侧输入电流谐波含量低,直流侧输出电压准确跟踪给定值,保持单位功率因数运行,系统具有良好的动态、稳态性能,从而验证了该文所提策略的正确性和可行性.     

光伏Boost变换器自适应下垂控制稳定性分析

建立自适应下垂控制小信号模型,利用阻抗比判据对自适应下垂控制进行小信号稳定性分析,并与传统下垂控制进行比对;研究不同线路阻抗对直流微电网小信号稳定性的影响.结果表明,在同等条件下自适应下垂控制可以提高直流微电网小信号稳定性.     

基于VSC与DRU的混合级联型海上风电直流外送系统控制与阻抗建模

混合级联型海上风电直流外送系统具有高压、大容量、投资成本低等优势,但其并网稳定性问题一直备受关注,而系统阻抗建模是分析稳定性的基础。基于电压源型换流器(voltage-source converter,VSC)与二极管整流器(diode rectifier units,DRU)的混合级联型海上风电直流外送系统,建立了VSC-DRU混合级联换流站的详细数学模型;为实现直流外送系统中有功功率主动分配和交流集电系统电压稳定,研究了含滤波电容电流反馈的VSC功率-电压调节控制策略;采用小信号扰动方法,考虑锁相环输出相角调节、有源阻尼控制及功率控制影响,推导并分析了闭环控制下VSC-DRU混合级联换流站的详细阻抗模型,为研究系统稳定性提供了依据。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提控制策略具有良好的功率-电压调节性能,并通过频率扫描法验证了所建详细阻抗模型的正确性。     

配电网并联补偿电容器对Vienna整流器稳定性的影响

Vienna整流电路因开关器件少、电压应力低、功率密度大、可靠性高等特性,在电动汽车充电机前级整流模块中获得广泛应用。在Vienna整流器稳定运行时,电网中加入无功补偿装置会使得系统的稳定性降低,甚至导致不稳定。基于此,本文针对电动汽车充电机,依据阻抗比判据,分析了电网引入无功补偿装置时对Vienna整流器的稳定性影响。为进一步改善系统的稳定性,提出了一种阻抗调节方案,并通过仿真分析验证了所提方案的正确性与可行性。     

三相Vienna整流器中点电位波动的机理分析与抑制

三相三电平Vienna整流器由于具有功率密度高、开关电压应力小、网侧电流谐波小等优势在数据中心供电系统等交直流混合供电电源中获得广泛应用。直流侧中点电位波动作为Vienna整流器固有问题,直接影响网侧电流质量甚至危害系统的安全可靠运行。以基于平均电流控制的三相三电平Vienna整流器为研究对象,详细分析了直流侧中点电位波动机理,从直流中点电位平衡控制本质出发给出了中点电位控制调节系数的精确取值。通过RT-LAB测试平台进行了全面的实时测试分析,结果表明该控制可有效抑制中点电位波动,有效验证了所提理论分析的正确性。     

高速铁路客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究

高速铁路客运机车与货运机车混合运行可能成为未来运输的趋势,该文首次针对客货混跑时车网耦合系统的电气稳定性问题开展研究,在考虑牵引逆变器模型的前提下,建立了客车(CRH3型动车组)和货车(HXD2B型电力机车)在混跑状态下的阻抗模型,详细分析牵引网参数和控制器参数对车网耦合系统电气稳定性的影响.首先,基于状态空间模型,在数学建模时将逆变器和牵引电动机等效为中间直流环节的电阻并联电流源,并基于瞬态电流控制,分别建立了CRH3和HXD2B在dq轴下的整流器小信号阻抗模型;接着,基于广义Nyquist判据,利用"源–荷"车网级联系统的阻抗回比矩阵,对影响车网耦合系统的牵引网参数和控制器参数进行稳定性分析;最后,结合仿真测试和StarSim硬件在环实时仿真平台,验证了该文对客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究的有效性和正确性.     

大容量DC-DC变流器输出阻抗特性分析及应用

舰船低压变配电系统中的大容量电力电子设备级联后,可能由于阻抗不匹配而导致电压振荡失稳.为了探究影响电力电子级联系统静态稳定性的因素,该文针对大容量DC-DC变流器进行建模和阻抗特性分析.首先,基于开关网络平均法建立变流器的小信号模型,推导出相应的输出阻抗模型.在此基础上,根据阻抗比判据进行稳定性原理分析,明确变流器输出阻抗幅值的峰值是造成阻抗不匹配的主导因素.进一步地,通过探究不同运行模式下变流器控制方式、控制参数和滤波器参数对输出阻抗幅值的影响,为改善系统静态稳定性找准优化的方向.最后,通过PSCAD/EMTD仿真和试验验证了该文稳定性分析的正确性.     

电流闭环对三相PWM变流器输出阻抗的影响分析

三相PWM变流器输出阻抗对其输出特性以及并网系统稳定性有着重要的影响。现有阻抗的研究多集中关注由变流器输出阻抗导致的交互影响问题,而对变流器本身输出阻抗特性分析较少。以三相PWM整流器为例,用小信号方法建立了整流器的开环阻抗模型以及考虑电流环和锁相环之后的阻抗模型,分析了电流环的引入对整流器阻抗的影响以及电流环参数与阻抗的关系。结果表明,与开环控制相比,引入电流环之后整流器的导纳幅值整体减小,在低频段减小的幅度与电流控制器的积分参数有关,在高频段减小的幅值与电流控制器的比例参数有关。仿真结果验证了分析方法的有效性和分析结果的正确性。     

船舶微电网源-荷级联系统母线电压振荡有源阻尼抑制策略

为解决船舶微电网源-荷级联系统中LC输入滤波器与恒功率负载CPL(constant power load)引起的母线电压振荡问题,提出一种基于非线性扰动观测器NDO(nonlinear disturbance observer)的虚拟负电感有源阻尼稳定控制策略.首先分析了恒功率负载的负阻抗特性及其能量反馈作用,深入研究...     

基于虚拟同步发电机控制的分布式发电系统的阻抗边界分析

为解决采用虚拟同步发电机控制方法的分布式发电系统接入配电网运行的稳定性问题,提出一种虚拟同步控制变换器的并网运行阻抗边界确定方法,导出同时满足并网变换器的功率控制性能、稳定极限、系统负载允许变化范围和小信号稳定性的阻抗边界条件。给出了虚拟阻抗的配置方法,可使系统获得良好的动态控制性能与稳定性。采用Matlab/Simulink仿真验证了系统阻抗边界和虚拟阻抗配置方法的有效性,最后给出了部分实物装置实验案例结果。     

一种虚拟同步发电机自适应阻尼补偿方法

针对系统电感对虚拟同步发电机控制系统存在等效负阻尼效应的问题,提出了一种自适应阻尼补偿方法。首先,基于虚拟同步发电机控制技术,通过dq变换和小信号分析建立系统的动态电磁方程和动态小信号模型。然后利用电磁转矩偏差分解出同步力矩系数和等效阻尼系数。最后根据等效负阻尼的产生机制,在有功-频率调节器中加入以系统频率、虚拟阻抗为自适应控制变量的阻尼补偿模块,实现对虚拟同步发电机阻尼的自适应补偿。通过Matlab/Simulink仿真,并与基于传统的虚拟同步发电机控制方法及基于虚拟阻抗补偿方法等方法所获得的结果进行比较,表明文章所提出的自适应阻尼补偿方法具有更强的稳定性和更快的响应速度,验证了方法的有效性。     

MMC型级联变换器阻抗建模和稳定性分析

工程中常通过不同类型的变换器灵活级联以实现不同的功能，然而变换器级联系统中前、后级变换器之间的相互作用可能会导致系统稳定裕度不足甚至失稳，不同类型的模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)级联也将面临稳定性问题。建立了MMC型级联变换器的稳定性分析模型，并提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升策略。首先，建立了MMC型AC/DC变换器和DC/DC变换器的阻抗模型，在稳态工作点附近推导出两种MMC型变换器的小信号模型，从而获得前级变换器的输出阻抗和后级变换器的输入阻抗。其次，分析了MMC型级联变换器的稳定性，结果表明，当前级变换器输出阻抗与后级变换器输入阻抗不匹配时，级联系统稳定性裕度可能不足导致系统失稳。进而，分析了MMC型级联变换器的平波电感、桥臂电感和子模块电容等一次参数对级联系统稳定性的影响。最后，提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升方法，并给出了串联阻尼电阻的选择建议。仿真结果表明提出的稳定性控制方法可有效提升MMC型变换器级联系统的稳定性。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模式的源荷属性提出4种模式,并利用阻抗比判据判定系统的小信号稳定性.仿真结果表明,在轻载模式下系统的稳定裕度最小,其中双有源桥、光伏变换器的阻抗特性不受功率交互的影响且一直具有负阻抗特性,而储能单元仅在作为负荷时具有负阻抗特性.对比3种无源阻抗方案以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定裕度.实验结果表明:加入无源阻抗后轻载模式的负载电流纹波系数从14.3％下降至1.9％,可见无源阻抗可以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定性和抗扰性能.     

基于相位补偿的高频Vienna整流器解耦控制方法

针对三相三线制Vienna整流器控制频率与输入电压频率比值较低时dq轴耦合加剧的问题,采用了基于复系数传递函数的方法,推导了Vienna整流器电流环的开环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立了考虑数字控制延时后的电流环复系数控制模型。对该模型的分析与研究表明,考虑数字控制延时后,传统电流前馈解耦方法不能实现完全解耦。为解决此问题,提出了一种带相位补偿的电流前馈解耦控制方法。该方法将输出的控制信号乘上延时对应的相位补偿量后作为新的控制信号,以消除延时对控制环路的影响,有效提高电流环的性能。最后搭建了1000W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证。仿真与实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

基于LCL滤波的vienna拓扑三相整流技术研究

vienna拓扑整流器具有低开关损耗、三电平电压波形等优点,适于提高系统功率密度。为进一步提高功率密度,将LCL滤波器引入到三相vienna拓扑整流器前端,分析了不同电流反馈下,系统控制系统数字延时对系统稳定性的影响。基于vienna整流器相比普通三相整流器能工作于更高的开关频率的特点,提出利用DSP固有的数字控制的延时特性,在保持一定开关纹波衰减的情况下,合理设计LCL滤波器谐振频率,达到保持系统稳定和减小滤波器体积的目的。最后通过仿真和实验验证了理论推导和分析的合理性。     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性.为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略.该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和...     

基于改进广义导抗法的独立电力系统静态稳定性分析

系统稳定性是独立电力系统设计和运行时需要被重点考虑的因素。由于现有稳定性判据的保守性,使得独立电力系统在设计时为保证稳定运行而付出了更多代价,对电力电子装置级联的条件提出了更严格的限制。为此提出同时考虑增益裕度约束和相位裕度约束的改进广义导抗稳定性分析方法,推导了具有更小禁止域的稳定性判据,用以计算多运行点系统的电源广义阻抗约束集和负载广义导纳集。以某同步整流发电机带恒功率负载的独立电力系统为例,验证了所提出的稳定性分析方法的正确性。与现有方法相比,该方法有效降低了保守性,提高了分析精度。