基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制

针对直流微电网中母线电压控制问题,设计一种基于鲁棒扰动观测器的动态补偿控制策略,完成DC-DC变换器的电压补偿。首先,在直流微电网系统架构的基础上对母线电压波动进行理论分析。其次,建立直流微电网系统的DC-DC变换器状态空间数学模型,得到控制系统的输入输出关系。根据鲁棒双互质分解和尤拉参数化稳定控制器理论,得到基于鲁棒扰动观测器的控制架构,应用模型匹配理论反向补偿电流扰动所产生的输出值。通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解电压环补偿控制器,并根据DC-DC变换器的动态结构图设计电流环补偿控制器。半实物仿真结果表明,该架构能够在不改变原系统结构参数的前提下,提升DC-DC变换器的动态性能,抑制负载投切、功率波动以及交流侧负载不平衡等引起的直流母线电压波动,增强系统的鲁棒性。     

Boost DC/DC变换器输出阻抗研究

在直流微电网中,变换器是一个极其重要的单元,对其阻抗特性及稳定性研究很关键。文章基于Boost DC/DC变换器,从电路参数(电感电容等)的角度,在连续导电模式下,根据控制方式的不同对其输出阻抗进行小信号建模,进而理论和实验相结合分析输出阻抗的特性,为制定微电网直流分布系统中变换器的阻抗标准提供了参考依据。最后搭建的一个级联式DC/DC变换器系统对阻抗比(前级输出阻抗与后级输入阻抗模之比)进行测量,并根据阻抗比稳定性判据对系统的稳定性进行判断。分析组成级联系统负载级的线路参数对系统稳定性的影响,总结规律与结论,从而对直流微电网进行稳定性分析。     

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。     

双有源全桥变换器的超局部模型控制策略

随着高比例新能源及大量不确定负载通过直流变换器接入直流微电网,DC/DC变换器的控制策略对维持直流母线电压稳定起着重要的作用,但源荷的非线性不确定动态特性使得变换器精确建模困难。为此,提出了基于滑模观测器的双有源全桥变换器超局部模型控制策略,构建了DC/DC变换器超局部模型,引入滑模观测器精确估计超局部模型中的未知项,提升控制效果;并通过Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性。经搭建的仿真和实验平台验证得出：所提控制策略在各种扰动下均可使直流母线电压具有良好的稳定性及鲁棒性。     

直流微网混合无源控制及系统分层控制策略

为提高多变换器直流微电网系统在负载功率和下垂参数发生变化时的稳定性及控制性能,采用无源控制策略与母线电压分层控制策略相结合的控制方式,从系统能量角度建立方程进行稳定性分析和设计.通过建立各变换器单元欧拉-拉格朗日EL(Euler-Lagrange)模型,设计了混合无源控制器,并结合母线电压分层控制组成混合控制策略.最后通过Matlab/Simulink中的电力电子模块搭建了多变换器直流微电网系统仿真模型,对系统不同运行层区进行仿真研究.结果表明,该控制策略能够根据负载功率变化切换不同控制层区,维持母线电压稳定,使系统具有较好的动态性和鲁棒性.     

波浪能装置中液压发电系统Boost变换机理及控制策略

根据液压发电系统特性可知,其工作转速由蓄能器压力和发电机负载决定,而蓄能器压力和发电机负载是实时变量,不加控制将无法实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。特别是当液压发电系统整流后直接馈入海岛直流微电网时,转速由直流电网电压唯一确定。文中通过引入Boost变换电路,实现液压发电系统转速的实时控制。提出最高效率转换控制策略,实现液压发电系统始终工作在最佳转速曲线。推导了液压发电系统Boost变换机理,通过试验得到了最佳转速曲线,建立了液压发电系统经过交错并联Boost变换器馈入直流微电网的仿真模型。仿真结果表明,在Boost变换器控制下,液压发电系统始终工作在给定的最佳转速曲线,实现了液压发电系统最高效率转换控制策略。     

基于无源阻尼的直流微电网稳定性分析

多变换器与负载交互所引起的稳定性问题已成为直流微电网领域的一个研究热点,但目前稳定性研究大多集中在单一控制的直流微电网,缺乏普适性。针对母线电压分层控制下的直流微电网稳定性问题,建立了各接口变换器在不同控制下的小信号模型和直流微电网等效阻抗模型,并利用阻抗比判据判定直流微电网3种模式的小信号稳定性,将稳定性最差的模式作为直流微电网系统稳定性的判定指标。采用无源阻尼法,通过增加阻尼电阻改善了负载阻抗特性,使直流微电网的稳定性得到提高并得出滤波参数对稳定性的影响规律。研究结果表明:模式2下直流微电网稳定性最差,在添加了12?阻尼电阻后,幅值裕量增加了12.7 d B,相角裕量增加了11.5°。因此无源阻尼可改善负载阻抗特性,从而提高直流微电网稳定性。     

零电流开关准谐振Boost变换器的无源控制

分析了零电流准谐振升压(ZCS-QRC Boost)变换器的工作原理。采用时间平均法对ZCS-QRC Boost变换器的状态方程进行简化,并对其采用无源控制方法,不但能够得到确保全局稳定的控制器,而且能消除输入电压负载扰动等引起输出电压的变化。通过Matlab仿真及实验验证了采用无源控制的ZCS-QRC Boost变换器的系统有较强鲁棒性以及稳定的输出电压。     

具有宽负载范围的新型Boost功率因数校正器

针对不连续导电模式(DCM)和连续导电模式(CCM)Boost PFC变换器存在负载范围受限的问题,提出了一种工作在伪连续导电模式(PCCM)的新型Boost功率因数校正变换器。分析了PCCM Boost变换器的工作过程,建立了PCCM Boost PFC变换器的大信号模型,在此基础上设计了数字谷值电流控制策略和电压环PI调节器。该变换器可在较宽的负载范围内实现高功率因数。通过一台输出功率范围为70～400W的实验样机,对PCCM Boost PFC变换器和CCM Boost PFC变换器的性能进行了对比和验证。     

分布式发电中的储能变换器暂态电流控制研究

随着分布式发电系统和能源互联网技术的迅速发展,作为分布式发电组网重要环节之一的储能系统显得越发重要,在直流环节实现储能系统接入,可以灵活构成直流支撑母线或直流微电网,实现系统的离/并网运行。以储能变换器为研究对象,以负载电流瞬时值和并网点母线电压暂态变量为参考,提出了双向DC/DC变换器电流补偿控制方法,并对共母线组网的多台储能DC/DC变换器按照母线变换趋势进行设备自动组网和解列,避免直流微电网系统失稳。最后通过实验验证,证明了理论和分析的正确性。     

Boost变换器阻抗特性及其稳定性分析

在以光伏发电单元为主微源的直流微电网中,光伏发电单元的阻抗特性及稳定性是研究的关键。此处将Boost变换器的输出阻抗作为研究对象,对连续导电模式(CCM)下的Boost变换器进行小信号建模,得到变换器的开环输出阻抗。对光伏发电单元采用电压下垂控制方式进行控制,分析了在该控制方式下变换器的闭环输出阻抗。最后依据阻抗比判据,分析了线路中不同的寄生电容对光伏发电单元稳定性的影响,总结出规律性结论,对直流微电网进行稳定性分析,实验结果验证了上述理论分析的正确性。     

准单级功率变换的高效单相三端口功率因数校正变换器

由于Boost型功率因数校正(PFC)变换器输出电压必须高于交流电压峰值,因此当负载电压较低时,其需要级联直流/直流(DC/DC)变换器,不利于系统效率提高。以优化PFC变换器随电网电压变化的瞬时效率、进而提升整体效率为目标,研究了一种单相三端口PFC变换器。通过将传统三电平Boost变换器的低压侧分压电容直接用作负载输出端口,并构造出一个高压端口,可以实现交流输入侧和直流负载侧之间的准单级功率变换,有效减小了系统中功率变换的级数,从而实现PFC变换器整体效率的提升。此外,准单级功率变换的特性还有利于减小后级DC/DC变换器的电压电流应力和功率损耗,进一步提高交流/直流(AC/DC)变换器的整体效率。文中详细分析了三端口PFC变换器的工作原理和控制策略,建立了损耗分析模型并进行了仿真验证。最后,利用2kW实验样机验证了所研究变换器在改善系统效率方面的有效性。     

基于残差生成器的分散补偿控制策略

在直流微电网中,母线电压稳定是维持系统正常运行的关键。负载投切和分布式微源功率波动都会对直流母线电压的稳定造成影响。针对上述问题提出一种基于残差生成器的分散补偿控制策略。首先,将Boost变换器模型进行线性化处理得到其状态空间方程。其次,设计直流I—V下垂控制以及电压偏差补偿控制。最后,针对电流扰动设计基于残差生成器的补偿控制结构,并通过模型匹配求解补偿控制器。通过仿真实验可知,该控制结构在不改变原系统控制结构的前提下,可以有效地解决直流母线电压波动问题,增强整个直流微电网系统的鲁棒性。     

一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器

提出一种Flyback变换器与Boost变换器相结合的非隔离型高增益直流变换器。该变换器中的Flyback变换器变压器原边电感和Boost变换器电感共用,Flyback变换器的开关管和Boost变换器开关管共用,Flyback变换器的输出和Boost变换器的输出串联,变压器漏感能量能够回馈到Boost变换器的输出,从而获得高增益高效率特性。电路具有结构简单、开关器件电压应力减少的优点。详细分析了拓扑工作原理、电压增益与效率特性。制作了一台100kHz开关频率/80W负载/24V输入/200V输出的实验样机,样机在轻载下可达到91.6%的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。     

基于参数自适应的直流微源虚拟发电机控制策略

针对分布式电源波动及负载功率突变引起直流微电网母线电压大幅波动的问题,传统虚拟直流电机控制通过模拟直流电机外特性,可抑制母线电压波动,但动态响应较差。对此,提出一种参数自适应的虚拟直流发电机控制策略。以Buck/Boost变换器作为研究对象,结合下垂控制将虚拟直流发电机应用于多变换器并联系统中。建立其小信号模型,分析关键控制参数变化对系统稳定性的影响,并给出惯性系数和阻尼系数自适应调节方程。最后,搭建仿真模型及StarSim HIL实验平台。结果表明所提控制策略在有效抑制直流母线电压波动的同时,使系统具有较快的动态响应速度。     

基于线性状态反馈的直流微电网稳定方法

直流微电网中含有大量的电力电子变换器,这些变换器在闭环控制下表现为恒功率负载特性,可能会引起直流微电网的稳定问题。提出基于线性状态反馈的直流微电网稳定方法。该方法通过引入线性状态反馈支路,抵消了恒功率负载的影响,从而确保了整个直流微电网稳定运行。仿真实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑脉冲负载影响的直流微电网变换器模型预测控制策略

围绕含脉冲负载的直流微电网稳定运行问题,设计了抑制脉冲负载影响的直流微电网中变换器的预测控制策略.所设计的模型预测控制器是一种最优鲁棒协调控制器,可直接应用于直流微电网中混合储能系统,并减轻脉冲功率负载的负面影响.在分析直流微电网构成基础上,推导了系统动态模型以开发模型预测控制器,同时将系统硬约束引入控制策略中,进而采用线性矩阵不等式方法求解模型预测控制条件.利用搭建的直流微电网测试平台进行了实验研究,实验结果验证了新型模型预测控制策略的有效性.     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

一种小型海流能独立发电系统的自供电直流变换器

本文针对小功率海流能独立发电系统所处海域及其供电负载的特殊性,同时考虑发电系统自启动、低流速运行、间歇性发电和发电机输出电压低等问题,提出一种基于传统Boost电路和Buck-Boost电路复合结构的自供电直流变换器,并进行了能量收集电路系统设计。在对自供电直流变换器和发电系统进行分析的基础上,系统采用一种变步长爬山搜索的最大功率点跟踪控制方法;为延长电池的使用寿命,系统的总体控制策略根据电池荷电状态来调用相应的控制方法。最后搭建了一台额定输出功率为60W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性,以及本文所提出的自供电直流变换器的可行性和有效性。     

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。