具有双级LC滤波器的恒功率负载系统在大扰动下的稳定性

现代军用多电飞机270V直流供电系统中的功率电子负载和电动机负载不断增加,这种负载因内部闭环控制而呈现恒功率的特性,即呈现出负阻抗特性,该特性与滤波元件间的相互作用会严重危害系统的稳定性。研究具有双级LC滤波器的恒功率负载系统的稳定性,建立基于混合势函数理论的数学模型,推导得到系统在大扰动条件下的稳定性判据。该判据是在考虑恒功率负载负阻抗大小的基础上,给出了滤波器元件参数的约束条件。分析及实验结果表明,该判据能够保障系统在大扰动下的稳定性,且结构简单,便于应用。     

基于Lyapunov间接法分析的恒功率负载电源变换器宽稳定控制策略

在航空航天供电系统中,随着变换器负载和电动机负载的不断增加,恒功率负载在用电设备中所占的比重越来越大。这种负载因内部闭环控制而呈现恒功率特性,是导致系统不稳定的主要原因之一。而应用于航空航天的独立电源变换系统,由于受到体积和重量的限制,对变换器的设计提出了更高的要求。本文提出一种基于前级电感电流的高频分量直接注入占空比的补偿方法,不仅可以减小供电系统中母线滤波电容尺寸,还能使因恒功率负载造成的不稳定现象得到抑制,提高系统稳定工作范围。以现代飞机直流供电系统中常见的Boost变换器为例,建立系统的状态空间模型,并利用Lyapunov间接法分析系统的稳定性,最后给出仿真及实验结果,验证了所提控制策略的正确性和可行性。结果表明,采用这种占空比补偿技术可在相同功率输出条件下,减少约8倍的母线滤波电容。     

带恒功率负载的DC/DC变换器阶跃响应过程分析

由于恒功率负载负阻抗输入特性,Buck直直变换器带恒功率负载与阻性负载阶跃负载响应过程不同,且带恒功率负载时不能保证系统性能不受影响。并基于平均大信号模型,借助相平面法,针对恒功率负载以及阻性负载,详细分析了平均电流控制Buck变换器两种情形下的阶跃响应动态过程。分析表明,变换器带恒功率负载阶跃响应过程存在2类4种类型。通过限制阶跃负载所导致的电压跌落的大小可以确保变换器级联后阶跃负载动态性能不受影响。具体可以通过增大源变换器电感电流限流值及提高其电流环带宽实现。实验结果验证了理论分析的正确性。     

Boost PFC带恒功率负载控制方法的研究

恒功率负载在电力系统中所占的比重越来越大,而为保证带恒功率负载的Boost PFC变换器稳定运行的控制方法尤为复杂.利用输入输出线性化方法构造出一种适宜恒功率负载的控制方法,并通过研究发现Boost PFC变换器的输出电压纹波与负载成比例关系,进而提出通过测量纹波变化预测出负载功率变化,利用预测得到的负载功率代入控制方法可实现Boost PFC变换器带恒功率负载的稳定运行.PSIM数字仿真实验结果表明,该方法具有良好的动、静态特性,输入电流能精准跟踪输入电压,电流波形光滑;负载跳变时,动态响应快,输出稳定,表明该方法对负载具有良好的鲁棒性.     

带恒功率负载的机载直流电源系统稳定性分析

恒功率负载特性是多电飞机电源系统的典型特性之一,将飞机的电源系统和恒功率负载结合,为了得到带恒功率负载的机载电源系统的稳定性条件,以机载直流稳压电源系统为研究对象,将其简化为相应的等效电路,建立恒功率特性载荷模型,通过全系统的理论分析、数学建模,依据劳斯判据,得到对于给定的恒功率负载的机载直流电源系统,通过增大电机补偿电容可以提高其稳定性的结论。并且通过仿真以及实验对得到的稳定性条件进行验证。结果可用于电路的设计以及优化。     

带恒功率负载的有源阻尼Boost变换器的研制

以带恒功率负载的Boost变换器系统为研究对象,通过状态空间平均法对Boost变换器进行建模,确定恒功率负载造成系统不稳定的原因,引入有源阻尼,在控制电压端减去相关系数与输入电感电流的乘积,等效于给电感串连电阻来补偿恒功率负载的负阻抗特性,得到有源阻尼与电压外环相结合的控制策略。实验结果表明该方法能有效地解决恒功率负载引起的不稳定性问题,并且使系统具有良好的动态性能。     

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略

直流微电网中,当双有源全桥(DAB)变换器及直流固态变压器(DCSST)带恒功率负载运行时,恒功率负载负阻抗特性会对系统的稳定性造成不良影响。文中提出了一种基于非线性扰动观测器及反步控制的新型复合带恒功率负载直流变换器控制策略,推导得出DAB变换器和DCSST数学模型的布鲁诺夫斯基标准型,采用基于非线性扰动观测器的大信号非线性扰动估计方法作为前馈补偿提高输出电压调节的准确性,结合反步控制方法保证DAB变换器和DCSST在大信号扰动下的稳定性。实验结果表明,所提出的控制方法既能在大信号扰动下保证DAB变换器和DCSST的稳定性,又能在不同工况下保证快速动态响应和准确的电压跟踪。     

基于无源控制的Buck变换器稳定性研究

直流微电网中存在大量的恒功率负载,由于恒功率负载具有负阻抗特性,会给电源系统的稳定运行带来不利影响,不利于负荷的即插即用。通过分析带有恒功率负载的Buck变换器动态特性,基于无源控制理论和系统的状态空间数学模型将传统无源控制器与比例积分调节器相结合,得到自适应的无源反馈控制器,用于消除由负载变动引起的稳态误差。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明:与传统无源控制相比,在恒功率负载发生变化时,改进后的无源控制器能对扰动快速响应,输出电压无稳态误差,具有更好的稳定性能。最后,该控制策略的有效性在Opal-RT实时仿真机上得到了进一步验证。     

基于ARM微控制器的金卤灯用电子镇流器

介绍了一种基于ARM单片机(LPC2114)的金卤灯用电子镇流器。为匹配金卤灯的负载特性,采用了分段式线性化控制策略,给出了基于ARM的电子镇流器控制流程,以及恒流和恒功率控制的离散补偿网络设计方法。试验结果表明,该电子镇流器可达到0.4%的恒功率控制精度,并实现了多种故障保护、通讯和调光功能。     

级联恒功率负载情况下三相并网PWM整流器基于TS模糊模型的稳定性分析EI北大核心CSCD

恒功率负载(constant power loads, CPL)的负阻抗特性是引起前端独立运行能够稳定的变换器带负载时却失去稳定的主要原因,由于电路状态方程的非线性,难以得到状态变量的时域解来判断系统稳定性。基于小信号线性化、以特征根的分布来评估系统稳定性的方法,需要在平衡点处线性化并以数值方法求解特征根,且无法描述出大信号扰动时的渐近稳定范围。针对并网型三电平整流器直接带恒功率负载和以LC滤波器连接恒功率负载的2种系统,使用Takagi-Sugeno(TS)模糊推理模型方法建立考虑主电路参数和控制器参数的全阶模型,以线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的半正定规划是否能够求解作为系统稳定判据,从而能够分析系统参数与稳定区间之间的关系。同时构造的Lyapunov备选函数能够绘制出稳定吸引域(stability domain of attraction,DOA),实现大扰动情况下的稳定性分析。仿真和实验验证了该方法的有效性和实用性。     

改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)控制基于虚拟同步机制可以增大电力系统等效转动惯量,改善电网稳定性。但是由于虚拟同步发电机模拟传统电机的机电暂态特性,传统电机的动态稳定性问题也因此被引入到虚拟同步发电机中。通过建立虚拟同步发电机的动态模型,发现线路电感会对系统等效产生负阻尼力矩;采用复数力矩系数法,分析得到虚拟励磁调节器同样会在控制回路中等效叠加阻尼力矩,存在功率振荡的风险。为改善系统阻尼特性,采用虚拟阻抗控制策略改善电感等效阻尼;并提出一种虚拟电力系统稳定装置(power system stabilizer,PSS)设计方法,可以实现虚拟励磁等效力矩的补偿。最后,通过搭建仿真平台,验证虚拟同步发电机中存在的负阻尼特性以及补偿设计方法的有效性。     

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中，光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡，因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先，采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型，并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后，基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标，评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度，获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析，提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域，有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度，提高了系统稳定性。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。     

基于双端有源阻尼的直流配电网稳定性提升技术研究

恒功率负载大量接入直流配电网会引起直流侧电压振荡失稳,现有研究仅从单端VSC有源阻尼角度出发提高系统稳定性,然而单端有源阻尼改善效果有限,基于这一问题,提出双端VSC有源阻尼控制策略,不仅能提高系统稳定性,而且可提升系统带载能力。首先以下垂控制下的双端VSC直流配电网为研究对象,建立系统等效阻抗模型,然后分析恒功率负载造成系统失稳的原因,采用奈奎斯特稳定性判据分析恒功率负载对系统稳定性的影响,对比单端VSC有源阻尼控制策略与双端VSC有源阻尼控制策略的系统稳定性,最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

MTPA控制下逆变器-IPMSM系统直流侧电压稳定性研究

在电机闭环控制系统中,由于转矩的快速跟随,可将逆变器-电机负载当做恒功率负载。恒功率负载的负阻抗特性使得牵引传动系统阻尼较小,从而引发直流侧电压和电流的振荡。通过深入分析牵引变流器模型、内置式永磁同步电机数学模型以及控制系统的数学模型,从机理上阐述了恒功率负载引发的牵引传动系统直流侧振荡产生的原因;进而通过小信号分析法,推导了最大转矩电流比控制下,逆变器-内置式永磁同步电机系统的导纳模型。在该导纳模型的基础上,通过频域下的伯德图以及奈奎斯特稳定性判据,分析了直流侧LC参数、电机电感参数、定子电阻参数以及功率对系统稳定性的影响,发现了各参数对稳定性的影响规律以及电机运行过程中的稳定性变化过程。基于该文的理论分析,实现了一种主动阻尼补偿方式,并通过仿真和实验验证了该补偿方式能有效增大系统阻尼,提升系统的稳定性。     

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.     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

光储联合发电系统的功率振荡特性分析与控制

高渗透光储并网发电系统功率振荡将因缺乏阻尼能力而威胁系统的动态稳定。首先分析通过调节光储系统的有功、无功增加系统阻尼的原理,并在光储联合系统并网功率控制的基础上,提出光储系统基于有功、无功控制的附加阻尼控制策略。该控制策略通过检测光伏侧直流电压变化,实现功率振荡过程中光伏并网逆变器和蓄电池储能系统的控制模式切换,使联合系统具备持续调节注入系统有功、无功功率的能力,并改善电网的阻尼特性。最后,基于渗透率约为30%的光储并网发电仿真系统,验证在系统出现振荡后,光储系统在所提控制策略下,具备通过快速功率调节抑制功率振荡的能力,从而实现多电源协调改善发电系统阻尼的控制目标。     

基于最优阻尼比虚拟同步发电机的优化控制策略

针对微电网中可再生能源渗透率越来越高,微电网惯性和阻尼不足等问题越来越突出,随即一种新的控制方式即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术被提出。区别于传统同步电机,虚拟同步发电机可以实时的控制电机参数获得系统稳定。文章从传统同步发电机有功控制环出发,结合功角特性曲线和频率振荡曲线分析惯性参数和阻尼系数对系统稳定性的影响。在现有控制方式的基础上提出一种基于最优阻尼比的惯性参数和阻尼系数共同自适应的控制策略。最后在Matlab/Simlink中通过离网和并网仿真分析验证所提策略的正确性和有效性,结果证明能够有效抑制系统的系统波动并具有很好的动态性能。     

三相BUCK型SVPWM整流器LC振荡阻尼混合控制

为了抑制电流型PWM整流器输入侧LC滤波器谐振引起网侧电流畸变和系统振荡,提出了一种采用有源阻尼控制和改进SVPWM技术结合的控制策略。采用虚拟谐波阻尼器的有源控制策略,在控制过程中增加虚拟的等效阻尼电阻,能够在不改变基波功率流动的前提下抑制LC谐振引起的畸变和振荡。分析BUCK型PWM整流器的数学模型,比较无源阻尼和有源阻尼控制优缺点,在采用改进SVPWM的BUCK型整流器中引入有源阻尼补偿器。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法能够有效地减小线电流畸变,改善系统稳定性,具有一定的工程实用价值。