适用于PET的负载电流前馈控制策略

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)由级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)和双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器级联组成,当发生负载突变时,PET的高、低压直流母线电压存在较大波动,无法迅速达到平衡。为了解决此问题,提出一种适用于级联系统的负载电流前馈控制策略。该策略由DAB级和CHB级的负载电流前馈2部分组成。前者是通过低压侧负载电流计算得到DAB级的补偿移相角,后者则考虑级联系统的输入输出功率守恒,将负载电流直接前馈到CHB级。同时,考虑到CHB级电流内环的延迟,CHB整流级采用一阶微分与功率均衡相结合的电流前馈控制策略。所提控制策略只需要采样低压直流母线负载电流,极大程度地节约了系统成本,且操作简单,易于实现。仿真和Starsim实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

多中压交流端口链式电池储能功率变换系统

基于级联H桥型功率变换的链式电池储能系统(cascaded H-bridge energy storage system,CHB-ESS)适用于无变压器中高压直挂式大容量应用场合,具有电池“分割管控”、高效、可靠、模块化、易扩展等优势。而现有的CHB-ESS为单中压交流端口的设计,只能挂接在单个交流配电网。随着分布式发电及快速充电桩等大规模接入,需要在配电网中大量ESS分散式接入,导致建设成本高,占地面积大等问题。为拓展ESS在配电网中的应用场景,文中基于CHB-ESS,提出具有多中压交流端口的ESS拓扑,该结构实现了多条中压交流馈线与同一ESS的柔性互联,具有储能共享、能量多向流动、网间功率互济以及馈线间潮流可控等功能。文中围绕所提出的ESS结构,分析其工作原理、能量平衡机制,提出中压交流端口功率解耦控制、能量均衡控制以及电池单元SOC均衡控制策略,最后,通过仿真和小功率样机实验验证所提出拓扑及控制策略的可行性及有效性。     

链式电池储能功率转换系统研究

风力发电出力具有间歇性、波动性和随机性的特点,风功率直接并网可能给电网的电压、频率稳定带来消极影响,这就需要在风电场中安装储能系统来平抑风力发电输出功率波动。介绍了电池储能功率转换系统的发展现状,给出了一种链式电池储能功率转换系统方案和功率控制方法,推导了通过零序电压注入和在各H桥单元交流输出电压附加相应的分量来实现相间电池簇和相内电池组荷电状态均衡的原理,在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真验证。     

基于级联H桥变换器的电池储能系统容错控制

基于级联H桥变换器的电池储能系统广泛应用于中压电网,以解决可再生能源接入电网引起的电能质量问题,由于级联H桥变换器中使用了大量功率开关器件,其可靠性问题至关重要。针对常见的单管开路故障,提出一种容错控制方法,使故障H桥模块不退出运行,由全桥模式无缝切换至容错模式并输出额定交流电压的一半。此外,为实现故障后所有H桥模块中电池单元的荷电状态均衡,在提出容错控制方法的基础上,提出了由总功率控制、容错控制、相间功率平衡控制以及相内功率平衡控制组成的4层系统控制方法。在MATLAB/Simulink软件中搭建了仿真模型,验证了提出控制方法的可行性和有效性。     

直流电容储能反馈和负载功率前馈的Boost变换器控制策略

从Boost变换器的状态空间平均方程数学模型出发,推导出其功率传递关系。在此基础上提出了一种以电流作为内环、直流侧电容储能作为外环的反馈控制策略,电流内环采用滞环电流控制,电容储能外环采用PI调节器控制,并设计了相应的控制器。为了进一步提高系统的快速性,减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率的前馈,并给出了前馈功率的估计算法。实验比较了传统的电压电流双闭环和所提控制策略的动、稳态特性,结果表明,所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。     

基于电池电流前馈控制策略的两级式双向储能变流器控制

当下储能发展的速度以及多样性催生了多种不同电压等级的储能电池,所以能适应不同电压等级电池组的双向储能并网系统是当下分布式发电发展的关键,而由于直流的DC/DC变流器具有升压功能,所以将直流斩波与逆变背靠背设计能够满足此条件,但是由于在电池充放电过程中直流母线电压存在严重暂态波动,严重降低了储能系统的稳定性。为此本文针对背靠背的储能变流控制系统在充放电过程中所出现的暂态性提出一种基于电池参考电流前馈补偿控制策略,并采用不同电压等级的电池接入系统进行仿真验证。     

链式储能系统储能单元能量均衡控制策略EI北大核心CSCD

作为解决新能源并网问题的有效手段,级联H桥储能系统虽有诸多优点,但是由于该结构的直流侧相互独立,在实际使用中容易出现"短板"效应,进而严重影响系统运行的稳定性。基于储能单元差异化充放电的思想,依据储能单元能量状态等相关条件构造出均衡函数。通过该函数计算输出A、B、C三相及相内各功率单元的均衡系数,用得到的均衡系数对系统的调制波进行调整,来改变各功率单元功率管开通和关断的时间,使得各相及相内各功率单元以不同的速度存储和释放能量,以实现相间和相内的储能单元能量的均衡。仿真和实验结果表明,所提出的能量均衡控制策略能够有效地实现相间及相内各功率单元的能量均衡,而且动态性能良好,能量均衡速度快。     

基于切换系统的储能节能系统双向DC-DC变换器建模与控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径.采用超级电容储能的节能系统,能够通过回收电机制动时的再生能量实现系统节能.本文通过分析超级电容储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造系统的Lyapunov函数,并以此推导出系统切换控制律.在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈再生电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能.     

双向DC-DC变换器基于切换系统的建模与储能控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径。通过分析储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造了系统的Lyapunov函数,通过Lyapunov函数推导出系统切换控制律。在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能。     

基于前馈自抗扰的光伏微电网混合储能控制策略

针对光伏微电网混合储能系统中储能设备间的功率分频分配有效性差和抗干扰能力较弱等问题,提出一种基于前馈自抗扰控制(feedforward linear active disturbance rejection control,FF-LADRC)的光伏微电网混合储能控制策略.首先,搭建混合储能系统中蓄电池和超级电容的双向D...     

基于储能单元的级联Buck-Boost变换器及其控制方法*

随着以风光电为主的分布式电源接入电网,其出力的波动性和不确定性,导致分布式电源发电特性和电网负荷需求特性在时间尺度上不统一,使得配电网的综合负荷特性的复杂度增加.为此,基于储能单元提出一种适用于储能单元的级联Buck-Boost变换器及其控制方法.首先分析了级联Buck-Boost变换器的储能单元结构及变换器的工作原理;其次确定了级联Buck-Boost变换器的三种工作模态;再根据变换器的不同运行模态选取下垂控制作为各储能单元模块的控制方法;最后搭建仿真模型对储能单元和选取的控制策略进行了验证,仿真结果验证了所提的变换器结构及其控制方法能很好地解决配电网因分布式电源接入带来的系统瞬时功率不平衡问题.     

基于星形接法的三相链式功率调节系统直流母线电压平衡控制

三相链式功率调节系统可用于电网的瞬态有功、无功调节。该系统有多组直流母线,由于其直流母线上储电装置的性能不一致、以及负载参数不同,将引起系统各个直流母线电压不等或不平衡,从而影响系统的可靠运行以及满额运行。针对星形接法的链式功率调节系统三相直流母线电压不平衡的问题,本文提出了一种基于负序电压注入的平衡三相直流母线电压方法。论文说明了方法的原理,推导了主要的实现步骤,与已有的基于零序电压注入的平衡方法进行了比较。仿真和实验证明该方法的有效性。     

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。     

电容电流反馈的LCL滤波器网压前馈控制研究

为了抑制LCL滤波器的固有谐振,消除电网电压畸变时并网电流内的谐波,此处提出一种在网侧电流闭环条件下的电容电流反馈、电网电压前馈控制方法。通过引入电容电流反馈环节,使LCL滤波器的固有谐振减小,且电容电流通过估算获得,减少了传感器的数量。在电网电压畸变的情况下引入电网电压前馈环节,消除了并网电流内的低次谐波,得到高质量输出电流。仿真和实验结果表明所提控制策略的有效性。     

级联H桥储能变换器直流纹波电流的无源与有源抑制策略

级联H桥储能变换器直流纹波电流会给储能系统带来效率降低、寿命减少、并网谐波增大等不利影响。分析了电容滤波、LC滤波、LC串联谐振3种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的方法,以及它们减小直流链纹波电流的可行性。提出了基于耦合变压器直流有源滤波电路的级联H桥储能变换器拓扑,利用直流有源滤波电路吸收直流链纹波电流,减少流入级联H桥储能变换器直流端口的纹波电流。最后,通过仿真验证了有源滤波方法减小直流链纹波电流的有效性。     

基于负载电流前馈的级联H桥整流器直流电压平衡策略

针对级联H桥整流器输出电压平衡问题,采用比例脉冲补偿法进行了建模和分析,分析了负载电流扰动对平衡环节的影响,给出了扰动下系统跌落值和调整时间与系统动态指标之间的关系曲线。针对比例脉冲补偿法在负载大范围切换时动态特性差的问题,通过将负载电流引入平衡控制环路,提出了一种基于比例脉冲补偿法的负载电流前馈电压平衡控制策略,其可以在不影响原闭环系统稳定性的基础上,大幅提高平衡控制器的动态特性,并给出了电压平衡比例-积分(PI)控制器参数的设计公式。最后,基于级联H桥整流器的仿真模型和实验样机进行了比较测试,结果显示所提方法在切载情况下各单元之间的最大电压差降低了23 V,调整时间减小了75%。     

电流型控制半桥逆变器直流分压电容电压偏差前馈控制技术

电流型控制半桥逆变器直流分压电容电压存在偏差,电容中点的电压偏移容易导致系统失控。文中分析了电流型控制半桥逆变器分压电容不均压产生的原因,并给出了电容中点电压偏移的理论值;针对电压电流双闭环瞬时值控制半桥逆变器,提出了电容电压偏差前馈控制方案。仿真和实验结果验证了采用该技术后,分压电容的直流偏差被消除,半桥逆变电路在各种情况下都可以正常工作。该方法为电流型控制半桥逆变电路的实用创造了条件,同样可应用于电流型控制半桥直／直变换器和直／交变换器。     

级联H桥中压储能系统离网控制策略

在高压大功率储能应用场景中采用中压储能系统相对低压储能系统具有更高的效率。目前基于级联H桥的中压储能系统研究较多,但已有研究多集中于并网运行,离网控制研究较少。该文对基于级联H桥的模块化多电平中压储能系统的离网运行控制进行了阐述。建立了级联H桥中压储能系统的离网模型,提出了包含交流电压外环和电流内环的中压储能系统离网电压控制策略,并针对离网运行时单相负载较多,三相电压容易不平衡的问题,提出了三相电压不平衡补偿控制方法。搭建了MATLAB/RT_LAB实时仿真系统,对上述控制进行了仿真验证。结果表明,三相负载平衡时,负载端电压保持恒定,电流内环跟踪精确;三相负载不平衡时,经电压不平衡补偿后,负载端的三相电压仍然能保持平衡,负载三相电流则随三相负载的大小而不同,仿真证明了该文提出的级联H桥中压储能系统离网控制策略的有效性。     

基于桥臂电流控制的模块化多电平变换器综合控制策略

通过分析模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)各部分之间的功率关系,提出一种MMC综合控制方案,包括直流母线电压控制和桥臂电容电压控制。该方案内环采用桥臂电流直接反馈控制,可实现交流侧电流、直流母线电流和内部环流的三重控制,不需要专门的环流控制器。该方案各桥臂电容电压控制基本相互独立,易于实现分布式控制。提出一种电流前馈控制方案,能有效减小电容电压的动态波动,提高动态响应速度。搭建了10 k VA三相MMC实验样机,实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。     

基于电流前馈的储能飞轮充放电功率控制

基于电网调频对储能飞轮输出功率的要求,建立了飞轮永磁同步电机的数学模型,通过电网侧储能变流器来提供稳定的直流母线电压,电机侧变流器采用功率/转速外环与电流内环的双闭环控制策略,实现飞轮恒功率充放电。针对输出频率波动,响应速度慢的问题,提出基于电流前馈的功率环控制方法,并对转速环做出改进。通过实验验证,飞轮系统能快速跟踪充放电功率指令,稳态时的功率输出稳定,该方法现实可行。