含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。     

三相电压型PWM整流器小信号建模及其控制器设计

通过对三相电压型PWM整流器大信号模型及零轴分量的分析,建立了dq坐标系下基于线性解耦的小信号动态模型。基于该模型,建立了系统电流内环及电压外环并分别进行理论分析和设计。在对控制环截止频率进行合理设计的基础上,通过调整控制环开环传递函数零点位置,折中考虑系统的相位裕量和低频增益,得到兼顾系统稳定性和抗扰性能要求的控制参数。最后,Matlab仿真结果和基于TMS320F2812 DSP控制的实验结果都证明了理论分析的正确性。     

UPFC并联侧双环控制策略的研究

从统一潮流控制器（UPFC）并联侧系统数学模型出发,设计了UPFC并联侧双环控制系统,内环用电流解耦控制器实现dq轴电流解耦,外环用d轴控制直流电容电压,q轴控制节点电压的PI控制方式,同时加入电流前馈控制环节和电流反馈控制环节,提高了系统精度和响应速度。仿真系统采用高电压等级,并使用标幺值方法分析和计算各类控制器的参数,通过仿真验证了所设计系统的准确性和有效性。     

电流控制电压源逆变器驱动的感应电机逆解耦控制

在转子磁链坐标系下,以电流控制电压源逆变器供电驱动电机运行.通过在电流内环采用高增益控制器,感应电机模型中的2个定子电流分量可近似为定子参考电流,从而可忽略定子电流动态特性的影响,将以定子电压为控制量的感应电机四阶模型降阶成以定子电流为控制量的二阶模型.采用状态反馈线性化方法求得感应电机的逆系统,将多变量、非线性、强耦合的感应电机动态解耦成转速与转子磁链2个一阶子系统.在此基础上,设计一种积分比例(IP)控制器对解耦子系统进行闭环控制.电流内环采用滞环比较器,直接获得PWM信号,控制逆变器实现电流跟踪,从而使调速系统具有快速的动态响应性能.仿真结果验证所提控制方案的有效性和优越性.     

三相VSR的新型电流前馈解耦和滑模控制

三相电压型PWM整流器(voltage source PWM Rectifier——VSR)广泛采用同步旋转d-q坐标系下的电压、电流双闭环控制,且对电流内环的分析一般是建立在系统解耦的基础上。在实际中,由于电感值的变化,系统不能完全解耦,从而导致系统性能变差。针对此问题,提出了一种新型的电压电流双闭环控制,其中电流内环采用同步旋转d-q坐标系下无电感L参数的电流解耦控制方法;电压外环采用滑模控制,并结合SVPWM技术对控制信号进行调制。仿真结果表明,该控制方案具有很好的动态响应性能和鲁棒性能。     

PWM整流器数学建模及参数整定方法

为了快速、准确调节有源前端(AFE)的电压、电流,在平均值数学模型基础上研究了其双闭环控制策略及参数整定方法。推导了AFE在静止及旋转坐标系下的电压、电流方程;应用前馈方法对dq轴电流控制实现解耦,推导出电流环、电压环传递函数,并采用频域响应设计方法对控制器参数进行整定;搭建了数字仿真模型,对理论分析结果做了验证。仿真结果表明,系统动、静态响应与理论分析基本一致,所述建模及参数整定方法简单、可行,具有令人满意的动、静态控制效果。     

逆变器侧电流反馈的LCL型三相光伏并网逆变器解耦控制

为了实现LCL型三相光伏并网逆变器dq轴的解耦控制,同时提高系统的动态响应速度,在同步旋转坐标系下,提出一种适用于逆变器侧电流反馈的前馈解耦控制策略。并在电压外环中引入光伏阵列功率前馈、电流内环中引入电网电压前馈。视各耦合项为扰动,采用闭环传递函数的求解方法以获取实现解耦控制的前馈系数,同时分析了滤波器参数在发生变化时其对dq轴解耦效果的影响。通过Matlab建立系统仿真模型,仿真结果表明:所提解耦控制策略使LCL型三相光伏并网逆变器不仅实现了dq轴的解耦控制,而且在保证强鲁棒性及高入网电流质量条件下具有良好的动、静态性能。     

低速下无刷力矩电机电流环设计

针对自主导航系统中电机低速平稳的要求,分析了低速条件下相电压的影响因素和旋转坐标系dq轴下的电机数学模型,提出了dq轴的电压电流传递函数,并根据硬件电路系统对电流环回路进行分析,进而提出电流环在d轴和q轴下的传递函数模型,为使电流环具有动态快速响应和较小电流跟踪误差,设计了各自的调节器。Matlab仿真和实验结果表明,d轴、q轴各自的调节器能够达到快速稳定的性能指标,并且稳态误差较小,证明了该方法的正确性。     

双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究

在dq0坐标系下建立了双端VSC-HVDC系统的数学模型,并基于该坐标系制定了相应的控制策略。所采用的控制器由外环控制器和内环控制器构成,外环控制器由基于常规PI调节器的定功率控制器/定电压控制器构成,输出为内环控制器的参考值;内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制。此外,针对VSC-HVDC启动时需要限流和限压的要求,在启动前投入限流电阻,确保系统能够平稳快速的响应,系统达到稳态后切除限流电阻。最后,在PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的调节性能。     

大功率微网逆变器输出阻抗解耦控制策略

针对微网逆变器孤岛并联时输出阻抗控制不能兼顾动态响应和并联均流的问题,提出了一种输出阻抗解耦控制策略。该控制策略根据dq坐标系中输出电压的戴维南等效模型,得到不同频段的阻抗特性,分离出动稳态输出阻抗,在dq坐标系中直接设计输出阻抗,用以动态响应和并联均流的解耦控制。在动态电压控制时,采用输出电流微分反馈控制和动态有源阻尼来减小动态输出阻抗;在均流控制时,增大稳态输出阻抗,从而获得了良好的动态响应和并联均流性能。实验结果验证了理论分析和控制方案的正确性。     

统一潮流控制器并联变换器的改进型双环控制系统

分析了统一潮流控制器并联变换器在电力系统中的调节作用以及工作原理，建立了并联变换器的数学模型，提出了一种改进的双环PI解耦控制系统。采用电流前馈与PI调节共同控制变换器有功电流分量，稳定直流侧电容电压。UPFC接入端的节点电压控制采用PI调节和下垂特性组成的自动电压调整控制策略。控制系统在15 kVA的UPFC物理模型中得以实现，这种控制系统有利于加快并联变换器的动态响应，降低直流母线电压的波动，有效地控制UPFC接入端节点电压，仿真及实验结果都证明了控制系统的正确性和有效性。     

统一潮流控制器并联变换器的改进型双环控制系统

分析了统一潮流控制器并联变换器在电力系统中的调节作用以及工作原理，建立了并联变换器的数学模型，提出了一种改进的双环PI解耦控制系统。采用电流前馈与PI调节共同控制变换器有功电流分量，稳定直流侧电容电压。UPFC接入端的节点电压控制采用PI调节和下垂特性组成的自动电压调整控制策略。控制系统在15 kVA的UPFC物理模型中得以实现，这种控制系统有利于加快并联变换器的动态响应，降低直流母线电压的波动，有效地控制UPFC接入端节点电压，仿真及实验结果都证明了控制系统的正确性和有效性。     

直接功率控制的单相功率因数校正器

传统的双闭环控制单相有源功率因数校正器(APFC)中,电压外环可以调节输出直流电压,电流内环可以调节输入电流波形。提出基于电压平方外环的APFC直接功率控制策略,电流内环仍然采用PI调节器,从而使得单相APFC具有对输出功率变化快速响应的优点,但是在负载突变情况下,也带来了输入电流突变而引起过流的现象,需要对电压平方外环和直接功率控制环进行阻尼作用,在快速响应与稳定运行之间获得平衡。上述结论得到了MATLAB/Simulink仿真分析结果的验证。     

UPFC的交叉耦合控制及潮流调节能力分析

研究了UPFC控制传输线路潮流能力，通过对系统功率平衡及UPFC的潮流控制特性分析，在三维空间中绘出了UPFC各部分的功率运行曲面，为有效选取UPFC各部分的功率容量和判断潮流控制方案的可行性提供了一个直观的手段，说明了在UPFC中采用交叉耦合控制的可行性。利用串联变换器注入传输线路电压的d轴分量控制传输线路上的无功潮流，用q轴分量控制传输线路上的有功潮流。控制系统设计中利用频率特性法得到了功率环PI调节器的参数。实验结果表明采用文中所述的控制策略能够使UPFC有良好的潮流调节性能。     

基于交叉耦合与交叉解耦的UPFC控制性能对比

交叉耦合与交叉解耦控制是统一潮流控制器(UPFC)的2种主要控制策略,两者内环相同而外环有显著差异。交叉耦合以线路潮流为控制对象,控制结构简单易于实现,属于直接控制方式;交叉解耦的外环控制由电流反馈环与比例积分(PI)控制相结合,以线路电流为控制对象,具有快速调节潮流的能力,属于间接控制方式。交叉耦合不依赖于电流反馈,通过外环PI调节器对线路潮流进行独立调节,因此具有较好的鲁棒性;交叉解耦通过电流环解耦,具有解耦完全的特点。单相接地短路实验体现出交叉解耦控制在三相不平衡状态下迅速限制潮流冲击分量的特点。通过实验波形和仿真分析,对交叉耦合与交叉解耦的控制性能特点予以了证实,并针对交叉解耦控制鲁棒性较差的缺陷,提出了PI控制器的智能化和线路参数在线辨识2条改进途径。     

一种新的UPFC潮流计算模型

以往的统一潮流控制器UPFC(Unified Powernow Controller)的潮流计算模型要用到牛顿一拉夫逊法进行迭代求解，需要重新编制与之相应的潮流计算程序，因此费时费力。现提出一种新的UPFC等值模型，该模型适合利用已有的商业软件计算潮流，无需因为UPFC加入系统而重新编制潮流程序，因而可以大大减少工作量。该模型的主要设计思想是将系统中的UPFC用注入功率和恒定电压等值表示，从而将UPFC从等值网络中移去。该模型分为两部分，第一部分适用于UPFC的控制方式1和方式2，第二部分适用于控制方式3和方式4。一个IEEE—9节点的算例验证了该模型的有效性。     

无交流电压传感器的PWM整流器的直接功率控制

直接功率控制(DPC)动态响应比电压定向控制(VOC)要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型PWM整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略.由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节.仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行.     

直接功率控制的三相空间矢量脉宽调制整流器离散域建模

为了在常规的电压定向控制基础上省去电流内环和交流电压传感器,提高系统的动态响应,将空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)与直接功率控制相结合,在推导系统数学模型的基础上,对电压外环调节器、功率内环调节器、SVPWM调制模块、系统时钟、采样频率、数据位数、坐标变换模块等参数进行了设计,在Simulink和基于现场可编程门阵列的高速数字信号处理平台上分别搭建了连续域和离散域模型,并进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,该方法提高了系统的动态响应速度,实现了高功率因数运行。     

具有快速动态响应的数字功率因数校正算法

为了提高功率因数校正(power factor correction,PFC)输出电压对负载变化的动态性能,在分析电压环对输入输出谐波影响的基础上,提出一种快速动态响应数字PFC算法。该算法通过增大电压环带宽来提高负载动态响应速度,采用矢量旋转方式产生谐波补偿量来抵消因电压环带宽增大引起的二次谐波。它无需增加外围硬件电路,通过与控制芯片相对应的图形化编程方式完成快速动态响应数字算法。实验结果表明当负载功率发生大范围变化时,所设计的系统具有快速动态响应能力,同时输入电流总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)小于10%,功率因数达到0.99。