功率硬件在环仿真稳定性分析及功率接口研究

功率接口装置作为连接数字仿真与被测实物的重要环节,对于功率硬件在环(PHIL)仿真技术的稳定性与精度起到决定性作用。基于PHIL接口等效建模理论,建立PHIL的电路模型,分析其稳定性;基于重复控制理论,设计功率接口控制策略,保证仿真稳定性与精度;加入电压外环P控制,提高动态性能。搭建PHIL仿真试验平台,以380 V、50 k W功率接口装置实现了复杂系统的混合实时仿真,且稳态特性好、动态响应快、鲁棒性强。     

基于超级电容储能的DSTATCOM小信号模型及其控制

建立了基于超级电容储能的配电网静止同步补偿器(DSTATCOM/UCES)小信号模型,采用功率前馈解耦的方法,实现了超级电容储能系统侧和配电网静止同步补偿器侧的解耦控制。分别采用单闭环和双闭环的控制方法对DC/DC双向变换器和DSTATCOM控制器进行设计。通过Matlab仿真验证了基于DSTATCOM/UCES可以有效改善配电网中的电压暂降和骤升等电能质量问题,同时也对控制器模型的正确性进行了分析。     

一种改进功率硬件在环仿真稳定性与精度的接口算法

混合实时仿真技术又称为硬件在环(Hardware In the Loop,HIL)仿真技术作为新兴的仿真技术,受到广泛的关注,其突出的可靠性与准确性已被证明是电力系统规划、设计、装置测试及新能源并网测试等方面的有效手段,然而稳定性与精度问题是HIL仿真技术的关键指标,为了改变HIL仿真的稳定性与精度,提出了几种不同的HIL仿真接口算法,并建立HIL仿真系统模型,分析其稳定性与精度。并分析比较几种不同接口算法对原系统的稳定性与精度的改进,得出最佳的功率接口算法,最终通过仿真来验证所提出的功率接口算法的有效性与准确性。具有极强的工程使用价值,为硬件在环仿真技术的研究、发展提供了基本保障和良好的平台。     

光伏微网系统功率硬件在环仿真接口算法研究

对现有的功率硬件在环仿真接口算法进行了综述,基于理想变压器模型(Ideal Transformer Model,ITM)讨论了算法的稳定性和改进措施,通过无接口算法、无补偿电感ITM接口算法、添加补偿电感ITM接口算法三种情况的仿真试验,对比分析现有的功率放大器对仿真稳定性的影响,验证了改进接口算法能够提高功率硬件在环仿真系统的精确性和稳定性。     

MMC-HVDC功率硬件在环仿真的SDIM-ITM接口算法与延时补偿

针对功率接口硬件延时影响MMC-HVDC功率硬件在环仿真精确性问题,设计了一个模拟一阶RC高通滤波器的相位超前校正单元进行延时补偿。MMC采用戴维南等效电路模型,以便于计算SDIM接口中的实时阻尼阻抗和降低数字仿真计算量。MMC-HVDC功率硬件在环仿真采用SDIM-ITM接口,其中ITM接口作为驱动环节,SDIM接口作为观测环节,在运行点变化和故障条件下呈现出较高的稳定性和精确性。但接口延时(或功放延时)对物理侧仿真精度影响较大。故通过所设计的相位超前校正单元对激励功放的交流电压信号进行相位补偿,以进一步提高物理侧仿真精度。仿真结果验证了该延时补偿方法的有效性。     

数字物理混合仿真功率接口设计及其控制策略研究

作为数字物理混合仿真中连接数字侧与物理侧仿真的互联装置,功率接口对混合仿真系统的稳定性与精确性起决定性作用,因此对于功率接口的设计及其控制策略的研究是数字物理混合仿真的关键。功率接口所接负载功率突变所引起的直流电压波动以及功率放大过程的幅值误差是影响功率接口稳定性与精确性的两个主要因素。基于数字物理混合仿真系统,对其功率接口进行设计,提出一种基于三个单相H桥结构四象限背靠背变流器的功率接口装置。在此基础上,针对功率接口稳定性与精确性问题,对其所采用的控制策略进行研究。为保证功率接口良好的动态性能和直压稳定,提出了一种基于前馈控制的整流端直流电压控制策略;针对指令信号放大精确度与稳定性问题,提出一种基于重复控制的逆变端复合控制策略;最终通过数字物理混合仿真试验证明了文中设计的功率接口及其控制策略的有效性与正确性。     

小电容双PWM调速系统直流母线电压波动抑制策略

现代船舶电动吊机广泛采用双侧脉宽调制交直交调速系统,但因其直流母线使用大容量电解电容使得系统不宜集成化且维修困难。该文在对系统小信号建模的基础上,提出一种采用小容量电容的控制策略。首先分析直流母线采用小电容时系统失稳原因,而后设计直流母线电压前馈补偿、d轴电流前馈补偿环节提高系统稳定性和带载能力,并结合二者优点得到小电容双PWM调速系统控制策略。以永磁同步电机作为负载的仿真和实验表明,该策略能保证系统稳定运行,可抑制转矩突变及脉动时的直流母线电压波动,对电网谐波注入较少且参数设计方法具有普适性。     

基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制

随着风电装机容量的不断提高,风电输出功率的波动性给电网带来的不利影响越来越得到重视。文中介绍一种基于超级电容储能的风电场功率调节系统,利用超级电容器组作为储能元件,平抑风电场有功、无功功率波动,维持风电场输出端电压,降低风电场对电网电能质量的影响。基于功率调节系统的结构特点和工作原理,提出了一种网级控制、超级电容能量管理和变流器控制相结合的控制策略,并建立了变流器的动态小信号模型,进行了环路控制器设计。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对系统的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置具有良好的运行性能。     

基于超级电容储能的微型燃气轮机发电系统功率平衡控制

针对传统微型燃气轮机(简称微燃机)发电系统微电网运行时存在的冲击性负载问题,从其工作机理角度分析,发现根源在于微燃机输出功率调节响应较慢。为了弥补微燃机输出瞬时功率的不足,提出了冲击补偿的瞬时功率快速控制方法。通过微燃机发电机组自身功率响应预测进行瞬时补偿功率控制,基于超级电容储能单元的高功率动态响应弥补微燃机输出功率动态响应低的问题,使系统实时处于瞬时功率平衡状态,保证直流母线电压的平稳,增强微燃机发电系统对冲击性负载的适应能力。最后在实验平台上对所提控制策略的正确性和可行性进行了验证。     

电容均压三相四开关变换器预测功率控制

三相四开关变换器直流侧分离电容电压不平衡,将降低其并网电能质量,缩短电解电容寿命。针对该问题,提出了一种直流侧分离电容电压均衡的模型预测功率控制策略。基于αβ两相静止坐标系分析电压矢量,建立功率预测模型。由于直流侧电容中点电压偏差值含有交流分量和直流分量,使用低通滤波器提取直流分量后计算功率补偿值,并计入给定功率,进行模型预测功率控制,实现直流侧分离电容电压均衡。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真和试验对其动、静态特性进行分析,验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

并联型有源电力滤波器直流电容电压的控制

控制有源电力滤波器(APF)直流侧电压为适当值是保证其具有良好补偿性能的一个重要因素,以并联型有源电力滤波器交流和直流侧瞬时功率平衡为基础,对并联型有源电力滤波器直流电容平均电压与脉动电压的变化规律进行研究,分析了它们对并联型有源电力滤波器性能的影响。为了克服这种影响,提出了在补偿电流中注入基波有功电流和增大直流侧电容量控制直流电压稳定的一种方法。仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。     

并联型有源电力滤波器直流电容电压的控制

控制有源电力滤波器(APF)直流侧电压为适当值是保证其具有良好补偿性能的一个重要因素,以并联型有源电力滤波器交流和直流侧瞬时功率平衡为基础,对并联型有源电力滤波器直流电容平均电压与脉动电压的变化规律进行研究,分析了它们对并联型有源电力滤波器性能的影响。为了克服这种影响,提出了在补偿电流中注入基波有功电流和增大直流侧电容量控制直流电压稳定的一种方法。仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。     

并联型电力有源滤波器的直流侧电压控制和补偿电流反馈控制

提出了一种基于直流侧电容电压控制和补偿电流反馈控制的电力有源滤波器新型控制算法。将周期离散控制技术和数字锁相环技术应用于直流侧电容电压的控制,通过非线性平均电流补偿技术计算出下一个工频周期内补偿电流的校正值实现了补偿电流反馈控制。该算法避免了复杂的谐波电流计算,提高了运算速度,能够跟踪并补偿频繁变化的负荷谐波。数值仿真计算和动模实验结果证实了该算法的有效性。     

链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器（STATCOM）直流侧电容电压平衡问题,建立了链式STATCOM的单相等效数学模型,在分层控制架构的基础上,提出相邻电感均衡能量来控制其各模块直流侧电容电压平衡。上层通过前馈解耦控制实现系统总的有功和无功控制;下层采用所提出的控制方法,以电感作为中间储能单元转移电压高的直流侧电容能量来控制直流侧电压大小;最后给出了相邻电感均衡能量控制具体的实现方法。仿真与试验结果表明,方法可以有效地稳定链式STATCOM直流侧电容电压,具有精度高、速度快、控制方法简单等特点。     

单相有源电力滤波器直流侧电容与电压波动关系分析及设计

并联型有源电力滤波器(PAPF)直流侧电容是其正常运行所必需的能量储存设备,其大小直接影响到PAPF的谐波补偿效果。针对单相PAPF直流侧电容与电压波动关系这一问题,通过瞬时功率流分析得到对直流侧电压波动有影响的功率分量,并在特定的负载条件下对该功率分量进行积分得到电容能量波动精确值,推导出在一定补偿容量和电容电压波动幅值下电容容量的数值。仿真和实验结果证实了该方法的正确性和可行性。     

DC/DC开关电容变换器拓扑及控制技术

针对DC/DC开关电容变换器目前的最新发展状况 ,在拓扑 (包括具有谐振软开关特性的拓扑 )和控制技术方面做了较为深入的探讨和分析 ,其中DC/DC开关电容谐振变换器在DC/DC开关电容变换器的原理、拓扑和工作特性等方面都有所突破 ,是当前一个值得关注的研究方向     

一种直流输入滤波电容器的容量最优设计方法

提出了一种实用的输入滤波电容量最优设计方法。运用该方法,根据变换器拓扑、工作模式、输入功率、输入电压、开关频率、占空比,依据输入电压纹波等指标要求,可以定量计算出符合指标要求的、满足多种设计边界条件的输入滤波电容器的容量参数。     

链式STATCOM直流电容电压分布式控制

本文研究了一种链式静止同步补偿器(STATCOM)直流电压分布式控制方案,主链节直流电压由中央控制器控制,从链节直流电压由本链节控制器控制。该方案只需将主链节直流电压上传至中央控制器,并且中央控制器下传给各链节的调制波均相同,因此可以简化通信系统设计。当链节数改变时,中央控制算法几乎不需改变,便于链节扩展。但链节之间未交换直流电压信息导致直流电压控制调节量之和不为零,从而引起各从链节直流电压控制算法的相互耦合,这种耦合作用会恶化系统动态性能,甚至可能引起不稳定。分析指出在主链节直流电压闭环控制作用下,这种耦合作用会被抑制。通过揭示直流电压控制调节量和链节损耗差异间的定量关系,证明了各从链节直流电压控制算法可以独立运行,仿真结果验证了该定量关系的正确性。一台三H-桥七电平链式STATCOM的实验结果验证了分布式控制方案的有效性。     

基于直流潮流灵敏度的断面潮流定向控制

给出一种基于直流潮流灵敏度的断面潮流定向控制新方法.首先利用直流潮流获得断面支路对应的发电机输出功率转移分布因子(GSDF)矩阵;进而根据断面潮流定向控制需要,利用断面的GSDF矩阵,通过非线性优化确定断面潮流调控方案.该方法不仅可实现对断面总潮流的准确控制,并可兼顾各支路潮流不同变动目标的定向要求.New England 39节点、IEEE 118节点等系统验证结果表明,该方法可对断面潮流进行较精确的定向控制,工程应用前景良好.     

电容器介质直流、交流击穿电压值的对比研究

与交流电场不同,在直流电场下,除介质中的空间电荷效应增强之外,电场强度在串联介质中的分配主要由体积电阻率的比值决定.电力电容器常用的液体介质、固体介质由于其相对电容率和体积电阻率存在明显的区别,这给它们复合后在直流电场和交流50 Hz电场的使用上不可避免地带来影响.通过对电容器用液体介质、固体介质以及由他们组成的复合介...