电压控制型并网逆变器瞬时功率降阶控制方法

电压控制型并网逆变器由于其特有的优点,如便于孤岛运行、可脱离锁相环、有利于提高电网稳定性等,受到越来越广泛的关注。针对电压控制型并网逆变器瞬时功率控制需求,文中提出了时间常数与功率幅度可自由调节的有功惯量支持控制与下垂控制。所提算法采用前馈与零极点消除的方式,将原有二阶有功控制系统降阶为一阶系统,从而有效改善了功率控制的动态响应,且由于前馈的引入,有效提高了系统的控制自由度,使得功率调节时间与功率-频率调节幅度可独立设计。实验结果表明所提控制方法可以实现具有良好动态性能的惯量支持及下垂控制。     

应用于超级电容双向DC/DC变换器的鲁棒控制

针对超级电容双向DC/DC变换器控制,提出一种H_∞控制器。首先,建立超级电容双向DC/DC变换器综合状态空间模型,并将超级电容不同运行稳态工作点设计为多胞模型,通过积分器保证其输出无静态误差。其次,通过闭环极点优化配置改善系统的动态响应,并利用卡尔曼滤波器观测电感电流,作为状态反馈的输入,有效地降低噪声干扰。基于所建立的综合状态空间模型,采用线性矩阵不等式便捷的设计了H_∞控制参数,所提控制方法具有稳定裕度高、动静态性能良好、参数设计简单及计算量少等特点。通过超级电容充放电实验,验证了所提控制方法的可行性及有效性。     

用于SC/BA的DC/DC变换器鲁棒建模与控制设计

超级电容/电池(SC/BA)通常用于可再生能源波动功率的抑制,其一般通过双向DC/DC变换器接入直流系统,并控制直流母线电压的稳定。首先建立了一种新型DC/DC变换器的多胞模型,将SC/BA输入电压波动以及负载不确定性纳入鲁棒模型设计;进而采用基于线性矩阵不等式方法的最优线性二次型控制,设计了系统鲁棒最优二次型控制器。实验结果表明,相比传统比例积分(PI)控制,所提控制方法具有良好的鲁棒性,可以保证宽范围输入电压工况下DC/DC变换器输出电压稳定运行,且具备良好的动态性能。     

适应分布式光伏动态特性的改进电能计量模型

针对分布式光伏发电模型,建立了分布式光伏并网信号数学表征式;基于时分割乘法器(TDM)电能计量模型,分析电能计量算法在谐波和电压波动条件下的误差产生理论,设计适应分布式光伏动态特性的有功计量修正模块,给出基于Hilbert变换的无功功率计量方法;将光伏并网信号数学表征式与改进的电能计量模型结合,提出了适应分布式光伏动态特性的改进电能计量模型,通过仿真验证了所提模型的有效性。     

用于光伏快速功率控制的新型锁相环参数设计

锁相环（PLL）作为一种成熟的技术,已广泛应用于光伏并网逆变器,然而传统PLL测频动态性能较弱,存在较大的超调问题,如此不利于并网光伏参与系统调频功能的实现。因此首先建立传统PLL为带零点的标准二阶系统,并指出由于系统零点的存在,无论系统阻尼比如何设置,频率观测阶跃响应始终存在超调。为此,提出了一种新型PLL设计方法,改善了PLL的动态性能。与传统设计方法不同,在环路滤波器设计中,此处引入了两个实极点,通过系统零点位置的有效设计,消除了系统的慢动态,改善了系统的动态性能,从而有利于并网光伏参与系统调频功能。最后,实验结果验证了所提设计方法的优越性和有效性。     

交直流配电网柔性多状态开关电压自适应控制策略

交直流配电网中受端弱交流配电网电压调节能力较弱,需要直流配电网提供功率支撑,而直流配电网受到自身和交流配电网的双重影响,导致直流电压偏差较大且低惯性特征更加明显.对此,文中引入柔性多状态开关(SNOP),并提出一种交直流电压自适应控制策略.首先,分析交流电网电压扰动对直流电压动态响应和惯性调节过程的影响机理,通过设计电压前馈控制方法有效抑制了扰动作用.其次,针对弱交流配电网调节能力不足的问题,设计自适应功率补偿控制方法,使得SNOP能够根据工作点处电压变化量自适应地补偿功率缺额,同时分析了该功率需求对于直流电压偏差的影响;在此基础上针对直流系统,综合考虑直流电压偏差与电压变化率设计了改进的自适应虚拟惯性控制方法,并分析主要控制参数变化对直流系统稳定性的影响,提升了直流系统惯性.最后,在MATLAB/Simulink中搭建交直流混合配电网仿真模型,验证了控制策略的有效性.     

集成型车载充电系统并网模式模型预测控制策略

相较于传统车载充电系统，集成型车载充电系统（Integrated Onboard Charger System，IOCS）在成本、功率密度等方面具备显著优势。本文基于六相永磁电驱系统设计了一台集成型车载充电系统（Integrated Onboard Charger System，IOCS），并研究了模型预测电流控制算法（Model Predictive Current Control，MPCC）在该系统并网模式下的应用。首先，分析了所提IOCS的电路拓扑并建立了数学模型，同时介绍了传统MPCC的实施流程。其次，针对传统MPCC计算量大、稳态性能差等不足，提出了一种基于占空比优化的模型预测电流控制策略（Model Predictive Current Control based on Duty Cycle Optimization，DCO-MPCC）。一方面，通过减少备选电压矢量数量的方法，降低电流预测环节带来的计算负担；另一方面，提出一种占空比优化技术，以改善系统稳态性能。最后，通过实验验证了所提算法的有效性与优越性，实验结果表明，所提控制策略能够显著提升系统稳态性能并减少算法计算量。充电与车网互动（Vehicle to Grid，V2G）工况下，网侧电流总谐波畸变（Total Harmonic Distortion，THD）分别降低6.18%与5.92%，算法运行时间减少17.54μs。     

直流对等式微电网混合储能系统协调控制策略

提出一种基于锂离子电池和超级电容混合储能的协调控制策略,使得混合储能系统(HESS)适用于风能、太阳能或者其他间歇式分布式电源供电的微电网。针对锂离子电池和超级电容的放电特性,提出DC-DC侧对等式并行双环控制策略,控制直流母线电压稳定的同时,利用控制环路自身带宽滤波特性及交流功率前馈达到功率分配效果;采用滞环PI控制方法,保证超级电容不会过放或者过充。DC-AC侧采用双同步坐标系下不平衡电流控制结构,有效跟踪不平衡参考电流。实验结果表明,所提出的协调控制策略能有效抑制直流母线电压冲击与波动,显著提高了系统动态响应;同时,超级电容利用效率得到提高,微电网在过渡状态下的性能也得到了改善。     

基于离散复变量自适应滤波器的三相电网同步算法

电网同步算法是并网变换器控制算法的重要组成部分,其对于并网变流器控制性能的提高较为重要。文中针对电网同步算法,首先从离散Luenberger观测器设计的角度,设计了一种离散复变量滤波器,用于提取序分量,并针对谐波应用,建立了基于多重复变量滤波器结构的谐波序分量观测器。其次,分析了输入电压频率与所提序分量观测器频率参数不一致时频率误差的传递过程,进而设计了输入电压频率观测方程,从而使得所提序分量观测器能够自适应于电网频率的变化。建立了线性化的频率误差近似动态模型,以便于频率观测增益的选取。最后,采用仿真与实验来验证所提电网同步算法的正确性与有效性,结果表明该算法能够改善电网频率观测动态性能,缩短了频率观测时间,应用实施简单有效,计算量小。     

基于模块化结构的固态变压器硬件设计

固态变压器SST（solid-state transformer）在智能电网和电传动系统应用中有广泛的应用前景,但是其硬件实现与控制策略非常复杂,降低了在实际应用中的竞争力。为此,提出了一种基于模块化结构的固态变压器的硬件设计,其主电路采用级联式H桥CHB（cascaded H-bridge）整流器+双主动全桥DAB（dual-active-bridge）隔离型直流/直流变换器+并联H桥逆变器方案,由于整个主电路仅由H桥电路构建而成,系统的模块化程度大大提高。同时,针对这种硬件结构提出了模块单元控制器与辅助电路的设计,使得系统的模块化程度进一步提高。模块化结构的固态变压器设计不仅极大地降低了其建造成本,也简化了其控制器的实现,增加了灵活性与可靠性。