兼具电能质量补偿功能的互联变换器统一控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网中的电能质量问题,提出了一种兼具电能质量治理功能的互联变换器(ILC)统一控制策略.在平衡交直流混合微电网功率的基础上,同时实现交流子网母线电压不平衡和谐波补偿以及直流母线电压多倍频脉动抑制,从而避免增加额外的电能质量治理装置.在所提控制策略中,选取一台容量最大的ILC控制成电压源模式,称为主ILC,通过引入阻抗调节系数可以使主ILC根据交直流混合微电网不同的电能质量要求运行在不同的补偿模式.其余ILC控制成电流源模式,称为从ILC,通过控制多个ILC传输的脉动功率相互抵消来抑制直流母线电压多倍频脉动.最后,通过仿真结果验证了所提ILC电能质量控制策略的有效性.     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

双直流母线直流微电网的协调控制

为便于不同电压等级的直流负荷接入直流微电网,设计了基于双直流母线构架的直流微电网协调控制策略。双直流母线直流微电网由2电压等级不同的独立直流微电网通过双向DC/DC变换器连接构成。将锂电池超级电容组成的混合储能系统应用于直流子网中,并根据双向变换器两侧子网的电压–功率下垂特性,对两侧电压进行了归一化处理,提出了适用于连接2直流子网的双向DC/DC变换器下垂控制;最后,通过d SPACE验证了系统协调控制策略的可行性。实验结果表明,此控制策略可以根据2直流子网电压大小有效控制子网间的功率传输,实现了整个系统功率的平衡,提高整个系统的运行可靠性。     

双向功率变换器自治运行控制策略

双向功率变换器是交、直流混合微电网中的关键设备。本文在分析低压微电网下垂特性的基础上,提出一种双向功率变换器自治运行控制策略,针对交、直流母线电压性质不同的特点,根据子网电压允许波动范围,分别对其进行了归一化处理,并以交、直流子网实时负载率相同为准则,设计了双向功率变换器有功-电压控制环。为使交流子网频率稳定,在充分利用双向功率变换器剩余容量前提下,设计了变换器无功-相角控制环。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够实现交、直流子网间功率双向平滑传输,维持子网母线电压及频率稳定,确保低压交、直流混合微电网自治运行。     

电压不平衡时交直流双向功率变换器的控制策略

基于传统双环控制的三相AC/DC变换器因其能实现功率双向流动、交流侧单位功率因数运行而在交直流混合微电网中担当链接桥梁的作用。当混合微电网交流侧电压不平衡时,三相AC/DC变换器的直流电压将产生2倍于基波频率的脉动,并导致交流电流产生大量的3次谐波分量,严重影响微电网的运行。在同步旋转坐标下建立交流侧电压不平衡条件下的三相AC/DC变换器的数学模型,分析了系统在不平衡条件下的功率传输特性,改进了三相AC/DC变换器功率控制策略,同时利用超级电容快速充放电特性在直流母线接入一小容量的超级电容来平衡直流侧功率的二次波动。仿真和实验结果验证了所提策略的可行性。     

不平衡工况下混合微电网交直流母线接口变换器多模态运行控制策略

针对混合微电网不平衡工况下交流母线电压不平衡、直流母线电压二倍频波动和三相电流不平衡等电能质量问题,提出交直流母线接口变换器多模态运行控制策略,所提策略可以使接口变换器实现功率双向传输与电能质量治理统一控制,提高了变换器的利用率,降低了系统运行成本。首先,根据接口变换器在不平衡工况下的瞬时功率传输特性,并结合变换器带载情况及交、直流母线电压质量的不同要求,将变换器的工作方式划分为3种主要运行模态:电流不平衡补偿、电压不平衡补偿和直流电压稳定。其次,将交直流混合微电网作负序等效,通过引入多模态控制参数,实现对接口变换器负序等效阻抗控制,详细阐明了各工作模态系统的工作原理并通过伯德图详细分析了所提控制策略对三相不平衡电压、电流的补偿特性。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

高功率密度单相变换器的直流有源滤波器研究

单相变换器系统会产生二次脉动功率,使直流母线电压出现二次脉动,危害整个系统。一般采用在直流侧并联大电容或LC谐振电路的方法来抑制直流母线电压的二次脉动,但增加了系统的体积和重量,功率密度较低。为提高系统的功率密度,采用了一种能量双向流动的Buck有源滤波器来抑制直流母线电压的二次脉动。推导滤波器完全补偿脉动功率时电容电压和电流方程,并在此基础上针对高压大功率场合提出双闭环无差拍加重复的控制策略。无差拍控制可提高系统阻尼,重复控制可增加稳态精度。从脉动能量存储、控制带宽两方面讨论APF的参数设计。仿真和实验证明了所提方案能显著减小直流侧滤波电容,提高系统功率密度。     

孤岛微电网中制氢负荷谐波功率分配策略

制氢与微电网相结合是实现新能源高效消纳的重要途经之一。实际微电网的负荷优先级和电压质量要求存在差异，而制氢负荷接入会引入谐波功率，通过互联变换器(ILC)与高优先级直流子网相连，会出现直流母线多倍频脉动，其本质是谐波功率分配问题。目前已有功率分配策略大多致力于均分，忽略了高优先级子网的电压质量需求。为此，建立优先驱动的ILC功率协调控制模型，优化目标是使子网的总直流电压/交流频率偏差最小；建立制氢负荷模型，推导得到谐波视在功率的简化公式；基于谐波功率、子网优先级系数和谐波阻抗重塑理论，提出谐波功率在ILC和交流子网之间的自适应控制策略。通过硬件在环实验验证了所提策略的有效性。     

交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。     

无电解电容单相电力变换器直接脉动功率控制方法

在单相电力变换系统中,大容量电解电容常用于消除交流侧与直流侧瞬时功率不平衡所产生的直流侧二次纹波电流以及交流侧低次谐波引起的直流侧谐波电流。然而电解电容的使用会直接降低系统工作效率,缩短使用寿命,给单相电力变换系统带来不良影响。针对该问题,文中首先将直流侧谐波(由交流侧基波和谐波引起的直流侧谐波成分)抑制的本质归纳为脉动功率的减弱、转移和就地补偿,基于此分析提出将脉动功率控制在交流侧,通过控制交流侧串联交流电容瞬时功率直接就地补偿而不在直流侧补偿的直接脉动功率控制思路,并总结出适用于交流侧直接脉动功率控制的电路结构特征。基于该电路结构推导出补偿多次谐波引起的交流侧脉动功率的控制函数,提出适用于多模块串联结构的无电解电容单相电力变换器(整流和逆变)直接脉动功率控制策略。该方法在不增加硬件成本的条件下保证电能质量,同时在交流侧对脉动功率进行直接就地补偿,缩短了脉动功率流通路径,提高了系统的效率。通过实验验证了所提方法的有效性。     

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统潮流控制策略研究

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统由交流子网、直流子网与连接交直流母线的双向AC/DC潮流控制器组成。文章分析了交流子网与直流子网的下垂控制特性,提出交流子网与直流微电网中电源下垂系数选取方案,以达到2种类型子网电源根据其容量成比例进行功率分配的目的。提出了一种双向AC/DC潮流控制器控制策略,使整个交直流微电网的电源按其容量成比例的出力供应负荷需求,确保整个微电网不会因单个电源过载而引起故障,同时提高了维持交流频率和直流电压稳定的能力。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略有效性。     

基于变功率与直流电压组合控制的混合微电网协调控制

当前混合微电网中双向AC/DC变换器主要采用U/f控制,由这种控制策略以及交流子微电网的运行情况确定直流子微电网的输入输出功率,这对直流子微电网产生很大的影响。针对这种问题,将直流子微电网作为一个波动性微电源与负荷,双向AC/DC变换器采用直流电压控制,根据直流子微电网的运行情况,确定双向AC/DC变换器功率的流向与大小。为了更好地保证直流电压控制策略的实现,直流子微电网采用变功率控制策略,由此提出了基于变功率控制与直流电压控制的混合微电网的协调控制策略。最后在Simulink中建立上述控制策略的模型,并进行仿真分析。仿真结果证明:上述控制策略能够实现交直流混合微电网的稳定运行,以及混合微电网的平滑切换。     

交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

交直流混合微电网是未来电网的发展方向之一。为实现两侧微电网的功率相互支撑,提出了一种新型的互联变流器控制策略。采用双级式互联变流器,解决了在直流微电网电压等级较低时与交流微电网互联的问题,且直流微网电压在较大范围内变化时也可正常运行。针对双级式互联变流器的特点,推导得到交流微网频率与电容电压的数学关系,在功率控制环节采用电压偏差-功率下垂控制策略,实现了两侧子网的功率支撑。PSCAD仿真结果验证了控制策略的有效性。     

混合微电网交流侧不对称电压引起的直流侧功率波动分析及解决措施

交直流混合微电网中交流侧电压不对称会引起直流侧功率和电压波动。本文分析了交流微电网三相不平衡电压下直流侧电压和功率波动的特征,考虑了直流侧接电容、电阻以及直流微电网3种情况,分析了直流侧电压和功率中所含直流分量、工频分量以及二倍频分量的构成。其次,提出了在直流侧接入单调谐滤波器消除电压和功率工频分量的措施。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,直流侧电压和功率中所含工频分量较大,采用单调谐滤波器能够对这种问题进行较好的处理。     

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

一种多电平功率解耦电路优化设计方法及控制策略研究*

单相高功率因素变换器电路包括AC/DC和DC/AC电路,会在直流母线上产生二倍频(2ω)电流分量,需庞大的直流母线电容来减小低频纹波。传统的两电平主动功率解耦电路可有效吸收二倍频电流分量,但电路中电感体积依然较大,提出了一种多电平有源解耦电路的优化设计方法,在满足预期损耗的前提下实现体积最小化。基于飞跨电容多电平拓扑,提出了一种降低谐波含量和平衡飞跨电容电压的控制策略,搭建了单相飞跨电容七电平半桥仿真电路,并对所提优化设计方法和控制策略进行了仿真验证。