Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

聚合恒功率负荷对直流微电网稳定性影响的阻抗法分析

电动汽车等恒功率负荷大量接入直流微电网可能导致系统振荡失稳,对系统的稳定运行提出了挑战。分析了恒功率负荷聚合接入导致系统失稳的机理,并提出了一种基于Nyquist判据的直流微网稳定性估计方法。首先,在负荷动态特性相同的假设下,推导了直流微网等效降阶模型,将含N个恒功率负荷的高阶直流微网等效为含单个负荷接入的微网降阶系统。在降阶系统中,单个恒功率负荷经N倍的线路阻抗和N倍的电源输出阻抗接入恒定电压源,其负荷个数N对稳定性的不利影响称为阻抗倍增效应。然后,为不失一般性,文章进一步讨论了恒功率负荷动态特性不同的情况。在此基础上,文章提出了一种微网稳定性估计方法,可用于衡量恒功率负荷聚合接入带来的失稳风险、并估计系统允许接入的CPLs的最大数量。最后,通过算例分析证明所提方法的有效性。     

两级式并网变换器级联稳定性及控制策略研究

直流微电网通过并网变换器与交流电网相连,实现功率的双向流动及直流母线电压的稳定,两级式并网变换器以其直流侧电压调节范围大、动态响应快等优点被用于低压直流微电网中。以母线电压为400 V的直流微电网为背景,研究两级式并网变换器的控制策略及其级联稳定性。提出以直流母线电压为控制信号的两级式并网变换器均流策略,实现直流微电网功率的自动平衡及并网变换器功率的双向流动。建立两级式并网变换器的小信号模型,设计控制器参数,并根据阻抗比判据分析了两级式变换器的级联稳定性。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够跟踪直流母线电压的变化,平衡直流微电网功率,稳定直流母线电压,并实现并网变换器功率的双向控制,具有良好的动态响应。     

含有恒功率负荷的直流微网鲁棒非脆弱模糊控制

当具有恒功率特性的负荷与源侧换流器级联时,会降低直流微网系统的阻尼,带来稳定性问题。针对上述问题,采用TS模糊模型,对含恒功率负荷的非线性直流微网系统进行建模。为有效抵抗直流微网和控制系统参数的不确定性,设计了一种鲁棒非脆弱控制器,在计算参数不确定矩阵的基础上,推导以线性矩阵不等式表示的Lyapunov指数稳定条件。经Matlab/Simulink仿真测试,所设计控制器满足直流微网对于稳定性的要求,能够提高闭环系统的暂态性能,对系统及控制器内部的不确定性拥有较强的鲁棒性。     

直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略

建立了Boost变换器带恒功率负载时控制系统的小信号模型,分析了影响母线电压稳定的相关因素,证明了增加直流母线电容有利于提高直流母线电压稳定性,针对该结论对Boost变换器提出一种虚拟电容电流前馈控制策略。小信号模型分析、仿真和实验结果均表明这种控制策略能有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统功率稳定输出范围。     

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。     

电力电子级联系统动态特性与控制研究

电力电子级联系统是由不同类型的电力电子变换器构成的复杂系统，其负载主要分为恒电压和恒功率负载。本文通过直流分布式电源系统的阻抗比较法，以电动汽车动力系统为例分析了由恒功率负载引起的不稳定性，给出了系统稳定条件。不满足上述条件时，给出了一种混合负载的非线性控制方法，控制效果用simulink仿真进行验证。     

带恒功率负载的交直流混合微电网系统大信号稳定性分析

在交直流混合微电网系统中,绝大部分负载都是通过电力电子变换器与微网母线连接,闭环控制的电力电子变换装置可视为恒功率负载,具有负阻抗特性,在扰动情况下,会影响系统稳定性,甚至导致整个系统无法正常工作.该文考虑恒功率负载动态性能,在储能单元充、放电模式下应用混合势函数理论对并网交直流混合微电网系统进行大信号稳定性分析.首先,将整个系统等效为dq旋转坐标系下的直流系统.接着分别建立储能单元充、放电的混合势函数模型,进行稳定性分析,得出系统大信号稳定性判据.所得到的大信号稳定性判据给出了直流侧稳压电容、交流侧滤波电感、互联变流器电流内环控制参数kip、电压外环控制参数kvp与系统能带恒功率负载功率最大值的关系.对比可知,当储能单元由充电变为放电时,交直流混合微电网系统能带恒功率负载的功率最大值显著增加.最后,应用Matlab软件搭建交直流混合微电网系统仿真模型,仿真结果表明,所提判据能够保证交直流混合微电网系统大扰动下的稳定性.     

一种微网群架构及其自主协调控制策略

微网群作为多个交、直流子网的互联系统,其组成结构的复杂性增加了微网群的功率协调控制难度。提出一种微网群架构及其自主协调控制策略,该架构主要包括交、直流子网,功率交换单元(PEU)和能量池(EP)。PEU主要用于协调微网群内各子网与EP进行功率交换,使得各子网实现能量互济,并维持各子网母线电压及频率的稳定;EP主要用于维持EP直流侧母线电压的稳定运行,并实现对PEU所需交换净功率的合理分配。针对PEU和EP分别提出基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法和分层协调控制方法,有效地实现了微网群的自主协调控制。仿真与实验结果都证明了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性。     

带恒功率负荷的直流微电网母线电压稳定控制策略

呈现负阻尼特性的恒功率负荷与分布式电源接入变换器级联容易导致系统出现振荡,给直流微电网稳定运行带来隐患。通过建立带恒功率负荷变换器在平衡点的小信号模型,推导变换器占空比与母线电压的传递函数,并从理论上分析传统PI控制器不能提高系统稳定性的原因,进而提出一种提高直流微电网母线电压稳定性的新型控制策略。通过绘制闭环系统的根轨迹图,分析控制器各参数的变化对系统稳定性的影响。以两源两负荷的直流微电网为例,建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明孤岛和并网运行下采用所提控制策略均可以保证直流微电网稳定运行。     

H桥单元主电路杂散参数对开关暂态过程的影响

以一台H桥IGBT功率单元为对象,基于部分单元等效电路(PEEC)方法建立直流母线的高频等效电路,以基于最小二乘法的曲线拟合提取电容组的等效参数。以单桥臂电路实验中获得的桥臂电压的交流分量作为激励,施加于由母线和电容组模型构成的等效电路上进行仿真,用母线电流的实测波形与仿真波形进行比较验证等效电路的准确性。以此电路为基础,研究了等效电路参数变化对暂态过程的影响。结果表明,变换器的开关暂态过程对主电路寄生电感参数的变化非常敏感     

惯量阻尼自适应虚拟直流发电机控制策略

直流微网无需考虑频率、相位等因素,拓扑结构简单且易于控制,但基于大量电力电子变换器接口的直流微网惯性较低,严重时会影响微网的安全稳定运行。针对此问题,文中通过分析扰动时电压波动各阶段系统对惯性的需求,以及惯量阻尼参数对系统惯性的影响,提出了一种附加动态调节系数的惯量阻尼自适应控制策略,可以根据电压变化率与电压偏差灵活调节系统惯性,减小功率波动对母线电压的影响。建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了惯量阻尼参数的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了直流微网仿真模型进行分析,验证了控制策略的有效性。     

基于改进下垂控制的直流微电网大扰动稳定性分析

针对含恒功率负荷的改进下垂控制直流微电网系统大扰动稳定问题，本文基于混合势函数理论，提出一种适用于改进下垂控制的直流微电网系统稳定性判据推导方法。通过推导得到稳定性判据，给出恒功率负荷稳定运行边界和储能变换器下垂系数及幂指数的取值上界。该判据能够良好地反映改进下垂控制的直流微电网系统大扰动稳定性与储能变换器下垂系数及幂指数取值间的关联，为系统控制参数的选取提供了重要参考。仿真验证了所提方法和稳定性判据的正确性。     

直流微网双向DC/DC变换器的电容电荷平衡控制策略

由微源和负载等的功率波动引起的直流母线电压波动,成为影响直流微网电能质量的重要因素。通过双向DC/DC变换器连接超级电容等储能设备,可进行功率平衡调节,以保证直流微网母线电压的稳定。为实现直流微网母线电压的快速恢复,采用了一种基于电容电荷平衡控制的复合控制策略,并推导出一系列理论方程来设计相应的复合控制器。最后通过PSIM仿真验证了复合控制策略的快速性和有效性。     

直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.     

微网储能系统的模糊控制策略研究

介绍了一种以蓄电池和超级电容作为储能装置的微网储能系统模糊控制策略。为了保证系统的稳定性,微网电压必须在突加负载作用下保持在一定的数值范围内。为了满足该要求,提出了基于并联双向DC/DC变换器的主电路结构。该电路在直流母线侧并联连接2个双向DC/DC变换器,且使用模糊控制策略对其进行控制。仿真结果表明,该主电路结构及控制策略能够有效地解决微网电压的稳定问题。     

基于虚拟阻尼补偿的恒功率负载系统控制方法

电动机负载广泛存在于各个工业领域,其闭环控制对前级功率系统表现为恒功率负载(constant power loads,CPL)特性,即负阻抗特性,给系统带来了稳定性的影响。针对基于前置BUCK变换器的电动机驱动系统稳定性问题进行了研究。首先对基于前置BUCK变换器的电机驱动系统进行了建模,分析了影响系统稳定性的机理,在此基础上提出了一种基于虚拟阻尼补偿的控制策略,这种方法可以在不增加系统损耗的前提下有效抑制负阻抗特性对直流母线电压的影响,并给出了补偿系数的设计流程。仿真和实验证明这种方法提高了系统稳定性,增加了电机驱动系统稳定带载的能力。     

基于平方和规划的带恒功率负载的直流微电网大信号稳定性分析

直流微电网中的恒功率负载由于具有负阻抗的特性,易在母线电压遭受大扰动时导致系统出现不稳定的情况,为此,提出基于平方和规划的带恒功率负载的直流微电网大信号稳定性分析方法。该文基于平方和规划提出了最大吸引域估算法,计算了带恒功率负载的直流微电网的吸引域,分析了系统的大信号稳定性。接着,分析了不同负载功率、不同系统参数对直流微电网系统稳定性的影响,为优化系统参数提升稳定性提供理论支撑。然后,讨论了所提方法与T-S模糊模型、混合势函数理论等不同方法估算吸引域的保守性。最后,基于MATLAB/Simulink时域仿真验证了所提方法可以有效判断系统的稳定性。     

带恒功率负载的buck变换器的稳定性分析和最优PID控制器设计

建立带恒功率负载的buck变换器模型,针对该模型采用DP算法分析变换器的PID控制器的稳定性空间,得出PID控制稳定域。采用ITAE性能指标为目标函数,在PID稳定域内寻找最优控制参数,得出PID控制器。并通过仿真对其控制效果进行验证。结果表明：该PID控制器和传统方法整定的PID控制比较,有良好的动态和稳定性能,有一定的应用价值。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。