基于鲁棒残差生成器的多DC-DC下垂动态补偿控制策略

针对直流母线电压波动问题,提出基于鲁棒残差生成器的多DC-DC变换器下垂并联的动态补偿控制结构。首先阐述各变换器间的环流和母线波动的原因,建立DC-DC变换器的状态空间模型。其次根据DC-DC变换器的模型推导得到鲁棒残差生成器的状态空间表达式,并根据模型匹配理论对电压环补偿控制器进行降维设计,针对变换器最小相位和非最小相位系统的特点,采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)进行求解。为进一步提升变换器的动态响应速度,根据变换器的电路模型与动态补偿结构,设计电流环补偿控制器以抵消电压环补偿控制器所带来的内部扰动。此外,针对直流下垂系统中变换器间的暂态环流问题,提出扰动分配策略,并基于扰动分配系数获取电压偏移量。最后,通过硬件在环实验验证所提控制策略的有效性。     

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

基于ESO与终端滑模控制的直流配电网母线电压控制

针对直流配电网中母线电压控制问题,在双向AC/DC变换器传统双闭环控制器的基础上,设计一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和终端滑模的非线性鲁棒电流前馈控制器,在不需要增加额外电压/电流传感器的情况下实现对系统内扰动的快速跟踪,有利于直流配电网中分布式电源与负荷的扩展和即插即用。传统电流前馈控制需要多个电流传感器采集负载电流信息,利用ESO与终端滑模控制理论将电流前馈控制系统转变为以直流母线电压为输入信号的非线性鲁棒电流前馈控制器,有效避免额外传感器的加入,减少装置费用,并且ESO可对系统各状态以及系统模型的不确定性和外部扰动进行实时跟踪,实现对系统中母线电压波动的快速抑制。软件数值仿真结果表明,该控制器表现出良好的控制效果和鲁棒性,对于直流母线电压波动具有很好的稳定效果。     

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,本文以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦PI母线电压跟踪控制方法。首先将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的自耦PI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,本文控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。     

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。     

计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略

针对直流微电网电能质量问题与环流问题,提出一种计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略.此策略在直流下垂控制的基础上,首先分析直流微电网扰动问题及并联状态下的环流问题;其次建立Buck型与Boost型多DC-DC变换器并联的状态空间模型,推导基于残差的变换器动态分散补偿结构,该结构直接在电压环输出端进行补偿,通过扰动抵消计算补偿控制器Q*(s).采用小信号稳定性分析方法证明本文补偿结构的稳定性;最后基于RTDS搭建数字物理实验平台,以相同与不同类型变换器并联为例进行实验验证.该结构能够加快分布式电源及公共负荷投切时直流母线电压动态响应速度,有效地抑制了环流影响和交流侧不平衡情况引起的直流母线电压二倍工频扰动,维持了电压的一致性,保证了母线电压的稳定,有助于实现分布式电源的"即插即用"技术.     

基于非线性干扰观测器的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网母线电压控制问题,设计一种应用于DC-DC双向变流器直流母线电压控制系统的非线性干扰观测器,在不需要增加额外电压/电流传感器的情况下即可实现对系统内扰动的快速跟踪,有利于直流微电网内分布式电源和负荷的扩展和即插即用;进一步提出基于该非线性干扰观测器输出结果的前馈控制方法,以有效抑制暂态直流母线电压波动和冲击。若直流微电网中存在三相不平衡交流负荷或通过单相DC-AC变流器并入交流系统等,将导致直流母线电压中存在二倍频脉动分量,进而使控制直流母线电压的DC-DC变流器电感电流中含有该低频纹波分量,影响系统稳定性。为此提出在上述直流母线电压控制方法基础上引入基于二阶通用积分环节的带通滤波器,以有效抑制DC-DC电感电流中的低频脉动分量。最终在包含直流模拟电源、直流负荷、由DC-AC接入的三相不平衡负荷及双向DC-AC变流器构成的直流微电网实验平台中验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟频率的直流微电网下垂控制策略

在直流微电网的传统下垂控制中,电路参数及线路阻抗的不一致造成DC-DC变换器下垂特性均存在差异,降低了变换器的均流精度.下垂控制还会造成一定程度的直流母线电压跌落.为了提高直流微电网的控制性能,模拟交流微电网的频率下垂控制机理,提出一种基于虚拟频率的多DC-DC变换器下垂控制方法.在控制器中构造了频率与输出电流成比例的虚拟交流量,利用低带宽通信共享各变换器的虚拟频率并求出平均值.该平均频率及虚拟交流量进一步用于产生虚拟无功功率以调整变换器的电压设定点,协调各变换器输出电流的大小.在不造成母线电压跌落的前提下,提高了多变换器间的负载电流分配精度.利用小信号模型分析虚拟频率下垂控制的闭环稳定性.最后,通过仿真和基于Starsim和dSPACE快速原型样机的实验,验证了该方法的有效性.     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器控制策略

为解决直流微电网惯性低、抗扰动能力差的问题,提出基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器电流控制策略。以三相半桥并网变换器为研究对象,根据不等式约束条件建立直流母线电压与电感电流线性控制关系,将母线电压变化率与原接网电感的稳态电流值相结合,作为电感电流的控制指令值。为降低扰动下母线电压跌落,利用能量与功率关系设计虚拟电容并将其引入母线电压控制环,实现在不增加实际电容的情况下提高直流微电网的抗扰动能力。同时,给出了加入虚拟电容后直流微电网的稳定性分析。仿真和实验验证了所提控制策略的可行性。     

燃料电池供电系统中变换器应用

介绍目前用于燃料电池供电系统的DC/DC、DC/AC的电路拓扑以及它们之间的连接。     

车用PEMFC发动机超压问题的一种解决方案

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为电动汽车的发动机具有高效、快速启动、零污染等优点,但由于其自身内阻比较大,使得燃料电池堆从开路到最大功率输出电压的波动很大,很容易超出直流/直流变压器(DC/DC)输入电压的允许范围,给电池组的设计带来很大的束缚。通过备用电池堆调整燃料电池输出电压,并根据其极化曲线的滞回特性给出了具体的控制方案和实现电路的原理图,实验证明该方案解决了DC/DC的超压问题,并且具有实现简单,可靠性强等优点。     

直/直变换器输入滤波器的设计

基于MiddleBrook's Extra Element Theorem,分析了输入滤波器与DC/DC变换器之间的相互作用.给出输入滤波器的设计准则:既能限制谐振峰值和保证稳态滤波效果,同时不影响变换器稳定性和抗扰能力,并给出单级式输入滤波器和多级式输入滤波器的具体设计方法.仿真和实验表明,按该方法设计的输入滤波器,具有体积小、重量轻、损耗低、谐振峰值低及衰减速率快等优点,在开关变换器场合具有重要应用价值.     

基于IGBT并联技术的大功率智能模块研制

为了满足电动汽车用大功率变换器大电流输出、高功率密度和高性价比的要求,本文对IGBT并联技术进行了仿真和实验研究.在提出实用的半桥IGBT并联测试电路和评价指标的基础上,将三个IGBT半桥并联,设计了一个输出电流可以达到1200A,容量为1.4MW的智能功率模块.试验证明,测试电路和评价指标具有很强的实用性,设计的开关模块也具有很高的性价比.     

一种超级电容器—蓄电池混合储能系统控制方法

设计了基于Boost功率变换器的超级电容器—蓄电池并联控制系统,提出了一种变增益的单极点—单零点补偿网络作为电流控制器,直接对蓄电池放电电流进行恒流控制,消除了超级电容器端电压变化对系统的影响。通过对开环系统的bode图分析,论证了控制系统的稳定性及动态性能。仿真结果验证了该并联控制方法可以实现两种储能元件的优势互补,并能优化蓄电池的放电电流。     

关于电力通信用DC/DC馈线短路问题的研究

分析了电力专用通信DC/DC直接挂于操作电源直流母线上,当发生馈线短路故障时DC/DC因自身短路保护而导致馈线开关不能可靠跳闸的问题,试验验证了此问题发生的机理,以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性.     

大规模新能源发电集群直流汇集及输送方案研究

随着多端直流和直流电网等先进输电技术的不断发展,在中国大规模新能源发电基地逐步构建直流汇集与输送系统,并与现有的交流电网互联,形成高比例新能源接入的交直流混联系统,将会成为中国未来电网形态发展的主要特点之一。针对中国西部地区大规模新能源发电集群的直流汇集及输送问题,深入分析了新能源电站场站内部、场站之间的汇集组网方式,并基于分层分区的原则设计了大规模新能源发电集群多层级直流汇集与输送系统方案,在此基础上,以中国甘肃酒泉地区千万千瓦级新能源发电基地为场景,设计了相应的汇集输送方案,并对其输送容量、电压等级、关键设备需求进行了探讨,为未来大规模新能源发电集群的直流汇集与输送方案的研究与建设提供参考。     

多端直流系统分区协调保护策略

针对多端直流系统的故障保护问题,首先分析了直流故障特性及多端直流系统保护难点,总结了现有多端直流系统故障保护方法。然后,基于一种典型的多端直流系统拓扑结构,以使用最少数量直流断路器为目标,提出了多端直流系统区域保护划分原则和分区保护策略。该方法将直流故障区域通过直流断路器与非故障区域进行隔离,从而使非故障区域可以继续维持正常运行,而故障区域则通过换流站交流侧断路器和直流侧开关进行保护和隔离。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台建模及仿真分析,验证了多端直流系统分区保护的有效性和经济性。     

适用于直流电网的推挽式直流自耦变压器及其控制策略

基于双有源桥拓扑结构的能量传输机理,通过融合直流自耦变压器与模块化多电平换流器的拓扑演绎规律,提出了具有高传输效率和高运行可靠性的推挽式直流自耦变压器。分析了推挽式直流自耦变压器的工作机理、控制策略和系统参数对运行特性的影响。通过采用特定拓扑结构的四绕组变压器并结合推挽式工作模式,推挽式直流自耦变压器内部的特定四绕组变压器可由2个相同的单相双绕组变压器等效代替分析,极大简化了稳态控制策略的设计难度。PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器的技术可行性与有效性。     

一种新型数字控制全桥DC/DC变换器的设计

传统的模拟控制DC/DC变换器,其控制方法单一,硬件电路结构复杂,因此极大地制约了电源效率的提高和电源硬件成本的缩减.本文提出了一种电源数字化控制方案,采用了一种先进的电路拓扑并结合ARM处理器设计了一种全数字控制方法.该方案可以有效地减小电源的体积,降低电源的成本,提高电源的效率.本文的零电压零电流变换器拓扑结构合理...