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。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。     

基于P-U下垂特性的虚拟直流电机控制策略

直流微电网中传统P-U下垂控制由于只具备下垂特性、缺乏惯性,无法抑制直流母线电压波动,当网内功率突变时,直流母线电压瞬态特性较差,平稳性低.为抑制直流母线电压波动,提升直流母线电压动态稳定性,提出一种基于P-U下垂特性的虚拟直流电机(VDCM)控制策略.通过模拟直流电机机械惯性,将直流电机机电暂态响应过程与下垂控制特性进行等效,设计直流电压源变换器(VSC)P-U下垂控制环路,使直流变换器具备直流电机大惯性、高阻尼输出特性,有效地提升了母线电压动态稳定性,抑制直流母线电压波动.该文建立虚拟直流电机控制策略小信号模型,分析控制策略动作具体机理及系统稳定性,并与传统P-U下垂控制进行对比,通过仿真及实验验证了该策略的有效性.     

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。     

基于多滑模变结构的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压抗干扰能力差的问题,以双向并网变换器为控制对象,提出一种基于多滑模变结构的虚拟惯性控制策略。内环采用基于指数趋近律的滑模电流控制,快速跟踪并网电流给定值,提高系统的响应速度。外环建立虚拟惯性控制方程与电压滑模面结构,增强直流微电网的惯性,平抑直流母线电压波动。通过小信号扰动法和Nyquist判据证明了双向并网变换器在所提控制策略下的稳定性。最后,搭建了相应的仿真模型和StarSim HIL硬件在环实验平台。仿真及实验结果表明,与基于PI控制和无源控制的虚拟惯性控制策略相比,文章所提控制策略具有更好的动态、静态特性,提高了直流母线电压的稳定性。     

带恒功率负荷的直流微电网母线电压稳定控制策略

呈现负阻尼特性的恒功率负荷与分布式电源接入变换器级联容易导致系统出现振荡,给直流微电网稳定运行带来隐患。通过建立带恒功率负荷变换器在平衡点的小信号模型,推导变换器占空比与母线电压的传递函数,并从理论上分析传统PI控制器不能提高系统稳定性的原因,进而提出一种提高直流微电网母线电压稳定性的新型控制策略。通过绘制闭环系统的根轨迹图,分析控制器各参数的变化对系统稳定性的影响。以两源两负荷的直流微电网为例,建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明孤岛和并网运行下采用所提控制策略均可以保证直流微电网稳定运行。     

交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略

并网逆变器作为电能馈送电网的重要环节,其控制方式尤为重要。提出了一种适用于交直流双向功率变换器的改进下垂控制方式,可在整流、逆变及停机模式间自主切换。控制系统根据直流母线电压值判断系统运行状态,并启动交直流双向功率变换器工作在与系统匹配的工作模式,实现直流微电网与大电网的能量交换,同时避免了由于直流母线电压小范围波动引起的电力电子器件频繁动作。仿真及实验结果表明,该控制系统可维持直流微电网母线电压在额定值附近小范围波动,保证了微电网系统稳定运行,提高了系统可靠性。     

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.     

直流微电网中风电机组的暂态电量惯性控制策略

含分布式电源的直流微电网惯性低,负荷功率波动容易诱发直流母线电压稳定性问题,需改进电源控制策略,增大系统惯性,提高电压质量.首先建立直流微电网简化模型,阐述系统惯性的定义和组成,分析恒功率负荷变化对稳定运行点和电量的影响.结合系统稳定运行分析以及等电量原则,提出了适用于直流微电网中风电机组改善电压惯性的控制策略.该策略...     

直流微电网虚拟惯性控制及其稳定性分析

针对直流微电网惯性低,母线电压抗干扰能力差的问题,考虑直流微电网中各旋转设备和储能设备的潜在惯性支持能力,提出直流微电网虚拟惯性控制。首先,给出了直流微电网中各可控电源提供的惯性功率的通用的表达式,该惯性功率直接由直流母线电压变化量及虚拟惯性控制系数确定;其次,在设计各变流器附加惯性控制时,采用一阶惯性环节代替了微分环节,避免了对输入信号产生高频干扰;再次,建立了直流微电网的小信号模型,分析了加入虚拟惯性控制后直流微电网的稳定性,给出了虚拟惯性控制系数的选取范围;最后,在Matlab/Simulink中建立了直流微电网模型并进行了时域仿真,验证了所提控制策略的有效性以及稳定性分析的正确性。     

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。     

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.     

交直流混合微电网直流母线电压稳定控制技术

交直流混合微电网的直流母线电压的稳定控制对整个交直流混合微电网系统十分重要。针对交直流混合微电网中直流母线电压控制方式,提出一种实用、高效的交直流混合微电网直流母线电压自主偏差控制方法。在并网模式下,采用具有空闲模式下的直流母线电压下垂稳定控制方法,通过AC/DC变换器实现直流母线电压的稳定控制,避免了AC/DC变换器的频繁充放电操作;离网模式下,直流母线电压的稳定控制由接储能侧的DC/DC变换器控制。为了保证系统离网模式下可靠运行,直流母线侧可以接多路DC/DC储能类蓄电池,通过自主稳定控制既提高了分布式能源的利用率,又提高了空闲模式下电力电子设备的使用寿命。经试验验证,该方法具有很好的控制效果,为交直流混合微电网的发展提供了技术基础支撑。     

基于无源控制的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

为了提高直流微网中双向并网变换器的动态性能并改善直流母线电压易受微网内部功率波动的影响,提出一种基于无源控制的虚拟惯性控制策略,即内环为无源控制,可实现对电感电流期望值的良好跟踪,外环为虚拟惯性控制,用于增强直流微网的惯性,提高直流母线电压的稳定性。通过建立小信号模型分析双向并网变换器采用所提控制策略时的性能与稳定性。仿真与实验结果表明,与基于PI控制的传统虚拟惯性控制策略相比,采用所提控制策略时的双向并网变换器受到负载扰动时,电压波动幅值减小5 V左右,具有更加良好的动态性能,同时还可有效提高直流微网的惯性。该策略同样可推广到直流微网中其他类型的变换器控制中。     

含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略

为解决微电网运行时惯性小、模式多、对负荷敏感等问题而引发的母线电压波动现象,从储能系统的配置优化着手,在考虑荷电状态的基础上依据直流母线电压波动幅值进行抑制,提出一种直流微电网母线电压分层协调控制策略。主要利用混合储能的互补特性以及燃气轮机的快起动优势,按照预期设计的七种模式精准抑制电压波动,建立各自模式的功率终端和松弛终端调配机制模型,给出硬件电路和软件设计流程,采用PSCAD/EMTDC大型仿真软件与新能源发电、储能综合实验平台的测试结果表明:所提控制策略合理可行,达到了抑制母线电压波动的目的,满足预期设计要求。     

具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略

为平抑直流微电网中的功率波动、提升直流母线电压动态稳定性,对储能接口变换器采用具有直流电机特性的直流母线电压稳定控制策略。该方法在双闭环恒压控制基础上加入了虚拟直流电机(VDCM)环节,详细分析其工作机理并进行小信号稳定性分析,建立光储直流微电网仿真及小功率实验平台对加入VDCM前后控制方法的作用进行比较。仿真和实验结果表明,加入VDCM后的控制策略具有直流电机的惯性和阻尼特性,能够有效缓冲和抑制功率波动对直流母线电压的影响,增强直流母线电压的稳定能力。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。