一种新颖的直流侧电压控制方法及应用

提出一种新颖的配电网动态无功发生器(D-STATCOM)直流侧电压综合控制方法,它将非线性控制与模糊预测控制有机结合起来,吸取非线性控制对稳态负载控制精确性和瞬态负载模糊预测控制的自适应性、预测性。模糊预测控制由自适应因子自动实时地修正模糊规则以满足动态补偿需要。仿真分析和现场工程应用证明,综合控制比常规PID调节具有更强的鲁棒性,有效地抑制了电压超调与电流涌流,提高了D-STATCOM补偿无功功率、三相不平衡和抑制谐波的效果,体现了良好的动态性和实用性。     

基于全响应功率补偿的电压型PWM整流器直接功率控制

为提高直流环节的动态响应,抑制功率突变时的母线电压波动,本文在建立双PWM变频调速系统能量平衡数学模型的基础上,将无功电流引入功率调节环,采用输出功率直接反馈,首次提出动态和稳态分步补偿的全响应直接功率控制策略,即以功率为控制量,对稳态所需能量进行实时性补偿,对动态所需能量以n个期望控制周期为单位进行阶段性补偿。实验结果表明,改进后的电压型PWM整流器控制策略显著提高了直流环节的动态响应,且有效抑制直流母线电压波动,实现了对双PWM变频系统能量流动的精确控制和协调性能的提升。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

双闭环控制PWM变流器动态响应性能优化研究

针对双馈风力发电机(DFIG)变流器直流母线电压稳定问题,给出了采用传统控制策略的变流器数学模型,并以此为基础提出了一种新型控制方法.即将直流母线电压变化率引入在线模糊修正PID参数的自整定控制策略中,同时在电流内环控制中加入了前馈补偿机制.最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明采用新型控制方法的变流器比采用传统控制策略的变流器进一步改善了变流器直流母线电压的动态响应特性.     

链式APF的功率平衡机理和控制策略研究

研究了链式有源电力滤波器(APF)各H桥之间的功率平衡机理,采用相量法分析了各H桥直流母线电压与逆变器交流侧输出电压的相互影响机理,设计了基于直流母线平均有功功率调节和有功偏差调节相结合的直流母线电压控制策略,通过仿真验证了直流母线电压均衡控制策略的有效性。动态模拟实验表明,链式APF对于无功和谐波负载均具有良好的补偿精度和动态响应速度,实现了各H桥直流母线电压的自均衡控制。     

用于无功静补系统的模糊-PID控制方法

简要分析了静止型无功补偿器(SVC)的补偿原理,针对SVC系统的非线性,提出了一种用于无功静补系统的模糊-PID控制方法.该模糊-PID控制结合了模糊和PID两种控制方式的优点,根据预先设定的偏差范围在两种控制方式下自动切换.在这种混合控制方法中,采用模糊控制实现动态过程的快速调节;采用PID控制实现稳态过程的精确调节.分别将该模糊-PID控制器与传统的PID控制器应用于实验样机,对不同的负载工况进行反复实验,结果表明该控制器具有更好的控制精度,更快的动态响应速度以及更强的鲁棒性.     

独立直流微电网中燃料电池与超级电容的功率协调控制

针对独立直流微电网的功率协调控制问题,提出了一种无源控制PBC(Passivity-Based Control)与PI控制级联的PBC-PI控制策略。建立了系统的端口受控哈密顿PCH(Port-Controlled Hamiltonian)模型,设计了系统的PBC控制器。考虑到系统参数扰动等原因,PBC控制器会在直流母线电压上产生稳态误差,为了消除这一稳态误差,改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性,设计了外环PI控制器调节直流母线电压。仿真结果表明,PBC-PI控制策略可合理调节微电网的功率平衡,稳定直流母线电压;并改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性。     

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。     

基于Luenberger观测器的链式APF控制策略研究

文章提出基于Luenberger 观测器的鲁棒预测电流控制器设计方法,有效克服传统无差拍控制和基于两拍采样的预测电流控制方法在控制延时情况下稳定裕度低、鲁棒性差等缺点,该方法有效补偿电流跟踪的时滞效应,显著地改善电流环的高频特性,提高控制精度、改善系统的稳定裕度和鲁棒性。动模实验表明,链式APF对于各种非线性负载均具有良好的补偿精度和动态响应速度,实现各H桥直流母线电压自均衡控制。     

基于功率前馈的直流母线电压控制方法研究

传统背靠背双PWM换流系统中,当电网电压或负载状态突变时,直流母线电压波动幅度较大,若控制不当,将严重威胁系统的安全可靠运行。根据瞬时有功功率平衡关系,提出了一种功率前馈的抑制直流母线电压波动控制方法。通过建立负载状态前馈通道,将负载瞬时有功功率直接前馈到网侧瞬时有功功率控制环节,有效抑制了直流母线电压的波动,提高了系统的动态性能。搭建了Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,对有、无功率前馈控制的直流母线电压波动情况进行了对比,结果表明,功率前馈控制策略可有效抑制直流母线电压波动。     

应用于含分布式电源配电网的D-STATCOM改进型控制策略研究

D-STATCOM能够有效解决当前配电网由于分布式电源以及其他类型电力电子负荷的广泛接入导致的电能质量恶化问题,为了进一步提高D-STATCOM动态响应能力和补偿效果,有必要对其控制策略进行针对性的改进。首先以D-STATCOM的并网点网侧电流、直流母线电压作为状态变量,建立了三相四线制D-STATCOM在静止坐标系下的数学模型。然后,针对含分布式电源配电网的电能质量的特殊性:功率波动频繁、不平衡、非线性等,直接在静止坐标系下采用该文提出的三相四线制D-STATCOM改进型控制策略进行电流环控制器的设计,改进后的三相四线制D-STATCOM具有动态响应时间短、稳态精度高、计算量小的特点。最后通过仿真验证了所提控制策略的可行性。     

基于粒子群优化PID的D-STATCOM控制研究

为了实现配电网无功功率的动态补偿,提出了一种配电静止补偿器（D-STATCOM）电压控制的新方法—基于粒子群优化PID的直接电压控制。该方法利用瞬时功率平衡的思想获取电压指令信号,使用该控制方法进行优化控制,使得D-STATCOM能够维持系统公共连接点的电压稳定在给定值附近,而且对主要参数的扰动具有鲁棒性。仿真结果表明,该控制方法有效可行。     

基于功率平衡及时滞补偿相结合的双级式变流器协调控制

在光伏、锂电池储能等分布式发电系统及微网中,包含DC/DC和DC/AC两级功率变换模块的双级式功率变流器作为能量汇集和交换的核心设备而得到广泛应用,其协调控制则是保证系统稳定运行的关键。首先利用经典控制理论从动态性能方面分别对前后级控制器参数进行设计;然后在全系统状态空间小信号模型基础上,利用特征值理论进行稳定性分析;最后为抑制暂态时直流母线电压冲击和波动,提出基于功率平衡和时滞补偿(一阶微分环节)相结合的前馈补偿方法。实验结果表明,采用本文提出的控制器设计和分析方法获得的系统动态与稳态性能和理论分析一致;应用该前馈补偿方法,能有效抑制暂态时直流母线电压冲击和波动,提高系统动态响应。     

应用于变电站的D-STATCOM综合控制方法研究

针对冲击性负荷工作的时段性特点,配网静止无功发生器D-STATCOM要在电力系统中推广应用必须同时具备冲击性负荷补偿和稳态调压的功能。为实现这一目的,提出一种适合于变电站应用的D-STATCOM综合控制方法。先通过冲击性负荷工作状态判断,确定采用稳态调压还是负荷补偿控制方式。若采用稳态调压方式则通过与变电站投切电容支路形成良好配合,实现限值范围内的电压调整。若采用负荷补偿方式则通过实时的限值判断确定无功与各次谐波电流的补偿重点,以基于瞬时无功功率理论的电流检测方法为基础,结合直流侧电压的直接PI控制算法和补偿电流的增量迭代式广义积分控制算法实现基波与各次谐波的分频控制。控制方法易于工程实现,D-STATCOM可实现多种功能,有利于提高装置的性价比。现场应用证明了装置的有效性。     

基于Matlab的高压直流输电系统逆变器的模糊神经网络控制研究

在研究模糊逻辑控制技术、神经网络技术和高压直流输电系统的基础上,针对HVDC系统的快速、高度可控性,从原理上说明,对逆变器采用模糊神经网络控制也能有效地提高AC/DC系统的动态特性和恒定性。提取直流线路逆变侧电压误差及其变化率作为模糊控制器的输入,输出作为神经网络的输入,控制直流电压。设计非故障和故障模糊神经网络控制器,用M atlab分别对一典型12脉冲桥HVDC输电系统在传统控制和模糊逻辑控制下分别进行仿真,结果表明,与传统控制方法相比,当直流线路或者单相交流线路发生接地故障时,模糊神经控制能改善系统     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

变论域模糊PID控制在交流发电系统中的应用

在三级式交流发电系统中一般使用传统PID控制器进行调压控制,但是在某些工况下该控制策略难以满足复杂系统的高精度、快响应要求。通过在传统PID控制器的基础上,分析了其不足之处,引入了模糊PID控制策略。同时,针对模糊PID在系统的动态调节过程中论域过小的问题,提出了一种基于变论域模糊控制理论的PID控制器,并与传统双环PID控制和普通的模糊PID控制在MATLAB/Simulink软件中进行对比仿真,验证了该控制策略具有更好的稳态调节精度和动态调节性能,与传统双环PID控制器相比,稳态误差从0.5%优化到0.3%,动态调节时间从0.4 s缩短至0.2 s。     

数字式调压器的模糊PID控制器设计

针对飞机变频交流数字式调压系统非线性的特点,将模糊控制与PID控制相结合设计了调压器的控制算法并构造了多闭环反馈控制策略。介绍了模糊PID控制器的设计方法及建模过程,在Simulink中搭建了模糊PID控制的仿真模型,对该控制器在不同工况下的调压性能进行了仿真并与传统PID控制仿真结果对比分析,结果表明模糊PID控制下的调压器动稳态性能均优于传统PID控制。最后,基于双DSP硬件平台进行试验验证,并与某型飞机典型用电负载交联,试验结果证明了所设计控制器的正确性及有效性。     

Distributed Control Techniques for Effective Current Sharing and Voltage Regulation in DC Distributed Systems

DC microgrid is one of the feasible and effective solutions to supply reliable electricity as well as to integrate renewable energy resources. The control objectives of the DC microgrid are equal current sharing in per unit and the bus voltage regulation within permissible limits. The droop control is a reliable method adopted to implement the control of the distributed power system with multiple energy units. However, in the application of the distributed power system, the nominal voltage reference mismatch and unequal cable line parameters require a trade-off between bus voltage regulation and current sharing error. In this paper, a simplified compensation structure is proposed to minimize trade-off between proportional equal current sharing and the bus voltage regulation within permissible limits for unequal cable resistances. The proposed control scheme is improved transient performance of output current sharing and the bus voltage by using a voltage droop control and hysteretic current control. The global stability is also insured for the communication time delay. The performance of the proposed model is verified in the MATLAB/Simulink environment.     

基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制

针对交直流受端系统暂态电压调控能力不足的现状,提出一种基于轨迹灵敏度的交直流受端系统暂态电压两阶段控制方法。构建以最优无功补偿容量和紧急控制成本最小为目标函数的两阶段暂态电压控制模型。借助摄动法求取暂态电压稳定裕度对控制量的轨迹灵敏度,将非线性暂态电压控制模型转化为二次规划模型来提高暂态电压控制效率。为避免故障期间交直流受端系统暂态电压的大幅跌落,实施静止同步补偿器和新一代调相机协同的预防控制,充分发挥无功补偿装置在暂态电压不同跌落程度下的动态无功支撑优势。针对实施暂态电压预防控制后恢复阶段的低电压延时恢复问题,实施包含基于电压源换流器的高压直流和传统调压措施的紧急控制来加快暂态电压恢复速度。修改后的IEEE 39节点系统和实际系统算例结果验证了所提暂态电压控制方法的准确性和有效性。