直流微网接人交流母线的变流器控制策略研究

提出了一种适用于连接直流微网和交流母线的单台变流器的控制策略,用于平衡直流微网功率。首先,给出了变流器的结构和并网工作模式下的控制系统模型;然后分析了电流内环和电压外环的控制原理和设计方法;最后进行了实验验证,证明该控制策略可在直流微网功率发生变化时,通过控制变流器并网电流与交流母线之间交换功率,从而稳定直流微网的直流母线电压。     

基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略

提出一种基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略。由于新能源具有波动性并为了提高储能系统的供电可靠性，选择配置一定控制系统的多组储能来控制母线电压稳定。为了避免储能单元过充和过放并降低对通讯的依赖程度，根据储能单元荷电状态（SOC）及最大功率、直流母线电压设计自适应下垂控制自动调节不同储能单元之间的负荷功率分配。此外，设计前馈补偿控制器对下垂控制功率环参考电压进行动态校正以控制母线电压稳定。同时，该控制策略依据直流母线电压自动切换不同变流器工作状态，确保各工况下均有变流器控制直流电压稳定及系统源荷功率平衡。最后，利用Matlab/Simulink搭建仿真模型，结果表明所提出的直流微电网电压稳定控制策略可控制直流微电网稳定运行，各储能单元之间负荷功率可自适应动态分配，并减小了母线电压波动。     

无需互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略

通常直流微电网通过双向DC-AC变流器与交流电网互联,并利用该变流器控制直流母线电压恒定,维持系统内功率平衡。若发生交流电网故障、DC-AC变流器限流运行或故障退出等工况将导致直流微电网失去功率平衡单元,而仅依靠其上层能量管理和集中控制系统,无法快速实现系统内的功率协调控制,影响系统稳定运行。为此,提出一种基于无互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略,使系统中各单元具备即插即用功能。直流微电网在不同运行状态下,系统中任一单元根据公共直流母线电压信号平滑切换其接口变流器控制模式。各单元在切换过程中不仅保持控制结构不变,而且根据当前运行状态自适应地调整其下垂曲线,在主动参与直流电压调节和系统功率平衡的同时,能保证系统中多个功率平衡单元(尤其是储能单元)之间的功率合理分配。最后在包含光伏、储能单元、双向DC-AC变流器和直流负荷的典型低压直流微电网中,通过Matlab-Simulink仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

大功率风电变流器中的母排设计

针对风电变流器功率密度大、工作环境恶劣、满负荷运行时间长、功率波动大等特点,本文提出了大功率风电变流器直流侧母排设计原则及其结构设计要点。主要内容包括:减小母排电感、减小功率器件受力、母排防护等。最后对实际设计案例进行了剖析,进一步验证本文的主要观点。     

独立光储直流微电网分层协调控制

针对独立运行的光储直流微电网,提出分层协调控制策略。第一层控制光伏和储能系统等单元独立运行,且各单元变流器可依次对母线电压进行自动调节。采用自适应下垂控制协调多组储能来稳定母线电压并根据最大功率和荷电状态自动协调不同储能电池之间的负荷功率分配。当独立直流微电网中所需储能系统充电功率超过其最大允许功率时,光伏系统由最大功率跟踪控制切换为下垂模式控制母线电压稳定,且不同光伏单元可根据各自最大功率自动分配负荷功率,同时采用电压前馈补偿控制动态调整下垂控制器的参考电压将母线电压提升至额定值。为了提高运行效率并增强直流母线电压的稳定性,第二层控制根据母线电压协调不同变流器的工作方式,确保不同工作模式下均有变流器根据电压下垂特性控制直流电压来维持系统内的有功功率平衡。最后在Matlab/Simulink搭建仿真模块,分别验证在三种不同工作模式下所设计分层控制策略的有效性。仿真结果表明,该分层控制可实现独立直流微电网的稳定运行。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

基于SMES风电不对称故障穿越控制策略研究

并网电网不对称故障会在网侧电压电流中产生2倍工频的正序和负序分量,2倍工频分量会导致并网电流畸变,甚至损坏并网变流器,影响直流母线电压稳定运行。针对风电不对称故障引起的电压波动,提出一种基于超导磁储能(SMES)的不对称故障穿越改进控制策略,分析不对称故障时并网变流器的功率模型特点,在传统不对称故障电流闭环控制中引入零序电流控制环,消除并网负序电流和有功功率波动;考虑电网故障会在直流侧堆积有功功率,造成直流母线电压波动,改进传统斩波器电压电流环,引入功率校正环节,及时消纳故障期间直流侧有功功率堆积,降低直流母线电压波动,最后构建仿真和实验平台验证所提方法的有效性。     

基于电流前馈补偿的双极式变流器控制策略

为了提高变流器DC／DC与DC／AC模块之间的协调控制,加强变流器系统的稳定性并提高动态响应速度,本文提出了一种基于电流前馈的新型控制算法,并应用于一个30kVA双极式储能变流器实验平台。实验结果表明,该算法能够有效地降低在直流侧功率进行转换时对直流母线电压进行的冲击,并在很大程度上提高了双极式变流器的动态响应速度。     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。     

非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的最小化桥臂环流控制

用于中高压直流电压转换和直流电网互联的高压大功率直流变压器一般采用中间交流变压器,存在损耗高和体积大等不足。对一种非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器进行了研究,与普通双有源桥式DC/DC变换器相比,避免了交流变压器的存在。首先分析了此变换器的工作原理,建立了变换器的等效数学模型。考虑子模块电容电压存在特殊的不平衡,变换器需要引入交流循环电流,提出了一种保证桥臂功率均衡的最小化桥臂环流的控制策略,减小了桥臂电流的交流分量,降低了变换器的损耗。在Matlab/Simulink中仿真验证了变换器的性能和最小环流控制策略的有效性。最后搭建实验平台进行了实验验证。     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

MMC换流器桥臂电感短路故障特性研究

在以MMC为核心构建的高压直流输电系统中,因桥臂电感过热或过流等造成的短路故障会破坏系统的稳定运行。本文对MMC的单相上桥臂电感短路故障进行数学建模,推导故障后的MMC环流、传输功率、直流侧电压和直流侧电流等变量的解析表达式,并利用Matlab/Simulink仿真试验进行了验证。进而比较3种桥臂电感短路故障的特性,指出故障主要表现为直流侧电压和电流的轻微振荡、MMC环流的剧烈振荡和传输功率的轻微震荡。     

基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法

能源互联网通过固态变压器整合分布式可再生能源,但是容易出现不同H桥模块间电压失衡、直流变换效率低以及能耗高的问题。因此,研究基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法,分析固态变压器中的负责能量传递的双移相桥隔离型双向直流变换器损耗分布情况,为直流变换器效率优化提供分析依据,通过移相控制模式和梯形电流控制模式间的合理切换控制,提高直流变换器效率,实现固态变压器中双向直流变换器全功率范围内的损耗最佳控制,在此基础上,通过单相任意单元数级联H桥固态变压器的SVPWM算法,解决变压器的模块级联H桥型固态变压器出现不同H桥模块间的均压问题,实现变压器多直流电压的平衡控制。结果表明,该方法对固态变压器多直流电压平衡后,使得变压器电网电流谐波小,固态变压器AC／DC的3H桥电容电压达到了平衡状态,固态变压器直流母线端口电压以及低压直流端口电压稳定,达到平衡状态。     

具有限流功能的模块化直流潮流控制器及其控制

针对多端直流输电系统线路潮流控制自由度不足的问题,提出一种模块化直流潮流控制器,其采用模块化结构,便于多线间拓展,具备直流故障限流能力。首先,介绍了模块化直流潮流控制器的拓扑结构,建立了其等效电路模型,阐述了潮流控制和故障限流原理。然后,分析了模块化直流潮流控制器在潮流控制模式下的桥臂功率转移特性,研究了基于交流环流的桥臂功率平衡机理。在此基础上,提出了模块化直流潮流控制器的潮流分配控制和功率平衡控制方法,并详细说明了其在故障限流模式下的控制策略。最后,在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统,验证了模块化直流潮流控制器在潮流分配、潮流反转、功率阶跃、故障限流等工况下的有效性。     

Minimization of wiring inductance in high power IGBT inverter

The wiring inductance is one of main causes limiting the use of the inverter in hard commutation mode, particularly when voltage, current and switching frequency are increased. The busbar technology is the means that allows one to reach low wiring inductance between DC source and power switches in spite of relatively long connections. This paper deals with studies of busbar structure applied to the high power inverters in order to improve their performances. Two structures of wiring are tested; the traditional one and busbar technology. Experimental and simulation results show that this last technique permits to obtain very low wiring inductance so that no snubber circuits are needed     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

基于多相风力发电系统的容错控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率的应用场合。提出一种基于多相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,多相风机经三相桥式不控整流器、隔离型DC/DC和模块化多电平变流器并入高压直流电网。首先,采用基于转速外环的MPPT控制得到三相桥式不控整流器的平均电流参考值;然后,根据变流器工作状态对各套三相桥式不控整流器的电流参考值进行重构,实现正常相输出功率平衡,确保故障相不会出现过流,达到系统的容错控制,提高可靠性;最后,通过模块化多电平变流器单桥臂接入直流电网,降低了变流器复杂度。以18相风力发电机为例,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提拓扑结构及容错控制策略的有效性。     

混合动力城市客车车载DC/DC辅助电源设计

主要讨论了一种采用新型SiC器件及全桥拓扑的混合动力城市客车车载DC/DC辅助电源的总体设计方案。针对城市客车车载电源低压大电流的应用场合,阐述了一种基于倍流整流电路的DC/DC变换器的原理及工作模式,研究了其主电路参数的设计方法,控制策略及其数字化实现。研制了3 kW工业样机,并进行实验。实验结果表明,该DC/DC电源实现了全桥移相控制,满载效率达96%,所有性能参数完全满足混合动力城市客车DC/DC辅助电源的要求。     

基于多相风力发电系统的容错控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率的应用场合。提出一种基于多相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,多相风机经三相桥式不控整流器、隔离型DC/DC和模块化多电平变流器并入高压直流电网。首先,采用基于转速外环的MPPT控制得到三相桥式不控整流器的平均电流参考值;然后,根据变流器工作状态对各套三相桥式不控整流器的电流参考值进行重构,实现正常相输出功率平衡,确保故障相不会出现过流,达到系统的容错控制,提高可靠性;最后,通过模块化多电平变流器单桥臂接入直流电网,降低了变流器复杂度。以18相风力发电机为例,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提拓扑结构及容错控制策略的有效性。