分数阶电力系统潮流计算及电压分析

针对实际中的电感和电容都是分数阶元件,提出分数阶电力系统潮流计算及电压分析.首先,简单地描述分数阶微积分的发展历程、基本定义和工程应用.其次,在整数阶均匀传输线的分布式电路模型的基础上提出分数阶均匀传输线的分布式电路模型.然后,基于分数阶元件模型,利用Newton-Raphson法分析计算分数阶电力系统潮流,并通过连续...     

大功率分数阶电感的电路实现

现有研究结果表明,自然界中的许多物理现象本质上都具有分数阶的特性,如电感实际上是一种分数阶元件,理想的整数阶电感并不存在。目前普遍采用的分数阶电感等效电路均存在功率等级受限、电感阶数和感值不易调节等缺点,为此,利用电压型逆变器,构造了一种大功率分数阶电感电路的等效模型,通过更改逆变器的控制参数,可以实现分数阶电感阶数和感值的灵活调节。此外,该分数阶电感等效电路模型的功率等级取决于逆变器,故可适用于各种不同的应用场合。最后,将提出的大功率分数阶电感等效模型应用到分数阶RLβC并联谐振电路中,验证了该模型的工作性能。     

两级式高频环节单相逆变器建模及稳定性分析

基于PWM开关模型,提出了单相高频环节逆变器尤其是后级单相逆变器建模方法。介绍了相关建模思想、建模流程及方法,并给出半桥双Buck逆变器建模结果验证,并将该方法推广至半桥逆变器。在此基础上,提取了半桥逆变器环路增益及输入阻抗模型,进而研究单相逆变器子系统及级联系统稳定性。最后指出目前该方法的局限性及未来有待完成的工作。     

光储逆变器自适应分数阶重复控制

HERIC逆变器由于其低漏电流和高效率的特点,在单相光储系统中得到普遍应用,但在非单位功率因数调制下考虑多台光储逆变器并联时,采用下垂控制引起的频率波动会导致逆变器输出电压谐波分量增多、波形畸变等问题。针对该问题,此处提出了基于二阶广义积分器的单相锁相环(SOGI-PLL)和相角补偿相结合的方法去改善波形畸变,同时提出了在固定采样频率下,基于拉格朗日插值法的有限脉冲响应(FIR)滤波器的自适应分数阶重复控制策略,来消除加入下垂控制频率波动造成的电压谐波分量。最后,搭建了实验平台对所提出的策略进行了验证,实验结果表明优化后的策略可以改善逆变器输出电压波形畸变并减小电压谐波,提高了电能质量。     

分数阶电路的相量分析法及正弦稳态特性研究

实际存在的电感和电容事实上是分数阶元件。对于含有分数阶元件的电路,利用整数阶的方法显然无法获得准确的电路特性,且由于分数阶算子具有记忆和遗传效应,使得分数阶电路的分析繁琐复杂。因此,基于分数微积分理论,将整数阶的相量法推广应用于分数阶电路的分析中。给出了分数阶电感和分数阶电容的相量形式,分析了它们的阻抗及功率特性,研究了分数阶RLC串并联电路以及复杂分数阶电路的正弦稳态特性,探讨了分数阶元件的阶次对电路有功功率和无功功率的影响,仿真计算验证了相量法在分数阶电路中应用的正确性。     

R-L分数阶CISM SIDO Buck变换器的建模与交叉影响分析

为建立更契合真实特性的变换器模型,采用R-L分数阶微积分理论和状态空间平均法,建立了完全电感供能模式（complete inductor supply mode,CISM）下单电感双输出（single-inductor dual-output,SIDO）Buck变换器的R-L分数阶模型,推导其直流稳态、电感电流纹波以及电压纹波的解析式,总结出与分数阶阶次的关系;根据独立电压控制（independent voltage-feedback controlled,IVF）下SIDO Buck变换器分数阶建模的小信号模型,通过波特图对比分析了整数阶与分数阶建模的交叉影响。在PSIM中搭建了分数阶CISM SIDO Buck变换器电路,仿真实验结果验证了分数阶建模及其交叉影响理论分析的正确性。     

单相光伏逆变器输出滤波电感非线性分析及改进

在单相光伏并网逆变器中,为了降低逆变器输出电流的总谐波失真(THD)值及提高整机效率,需要滤波电感在轻载电流下有足够高的电感值,同时又能在重载电流下保持一定感量。为了解决这个问题,在单相光伏并网逆变器输出滤波电感中采用非线性电感方案。基于工程电磁场理论,运用有限元分析软件深入研究了台阶气隙非线性电感特性的产生机理,发现台阶气隙存在主磁芯局部饱和问题,且切割困难,在工程上难以实现。基于此对非线性电感结构进行改进,提出了一种新的非线性电感结构,与台阶气隙方案相比,改进型的非线性电感结构简单,便于工程实现。从理论上分析该方案的效果,最后仿真和实验验证了所提非线性电感的有效性。     

基于分数阶重复PI控制的并网逆变器设计

针对三相LCL型并网逆变器并网电流中存在周期性谐波以及滤波电路产生谐振尖峰的问题,提出一种基于分数阶相位超前法的重复PI复合控制方案。采用分数阶相位超前设计,克服整数阶相位超前法相位校正精确度不高的问题,保证系统的稳态输出特性;将LCL滤波器中电容并联的电阻进行等效,替代重复控制补偿器中的低通滤波器,简化重复控制器的参数设计;在重复控制器中叠加PI控制,克服了重复控制器动态响应差的问题。通过仿真分析和实验验证,结果表明该方法提高了系统的稳态性能和动态响应速度。     

控制系统的分数阶建模及分数阶PI~λD~μ控制器设计

在系统分析与设计过程中,针对高阶动态系统所具有的时滞性,常常利用具有延迟环节的一阶(first order plus time delay,FOPTD)或者二阶系统(second order plus time delay,SOPTD)模型对其进行近似处理,由于建模误差过大影响所描述系统的准确性和控制性能。本文给出了具有延迟环节的新型非整数阶类一阶系统模型(non-integer order plus time delay,NIOPTD),并分别设计了某高阶系统降阶得到的传统模型与新型类一阶系统近似模型,对比分析新型类一阶系统模型的优点与可行性。针对上述3种系统模型(FOPTD、SOPTD、NIOPTD)在频域内给出分数阶PIλDμ控制器新的参数整定方法,通过仿真对比分析得出方法的有效性,并证实分数阶PIλDμ控制器作用于NIOPTD模型具有最好的控制性能和鲁棒稳定性。     

锂电池分段分数阶建模与荷电状态估计

为提高等效电路模型准确性,考虑等效电容分数阶本质和锂电池充放电不同阶段的不同变化特性,采用分数阶微积分理论建立了基于二阶RC模型的电池分段分数阶等效电路模型.用粒子群算法分段辨识分数阶阶数,通过混合脉冲功率特性(HPPC)实验辨识模型参数,使模型更符合电池实际工作状态.实验结果显示,新模型能够更准确地模拟电池充放电特性...     

比例谐振算法和扰动观测器控制的单相逆变器

滤波器参数变化、直流侧电压波动和负载变化等被视为逆变器控制系统的扰动,这些扰动对逆变器的输出电压会产生影响,双闭环控制一般解决不了此类问题.针对上述不足,研究了一种比例谐振算法和扰动观测器的电压控制策略.首先,从理论上研究了扰动观测器抑制外部扰动的有效性和扰动观测器的实现方法;其次,整定了电流控制算法和电压控制算法的参...     

Experimental studies on realization of fractional inductors and fractional‐order bandpass filters

This paper presents the hardware realization and performance study of fractional inductors of order 0 < α < 2. The fractional inductors used in this work have been realized with the help of general impedance converter circuit and fractional capacitors. Impedance characterization of fractional inductors with different exponents has been carried out experimentally. Also a generalized approach to design a fractional‐order bandpass filter is discussed in this work. The fractional‐order bandpass filter consists of a series combination of a resistor, a fractional inductor of order 1 < α < 2, and a fractional capacitor of order 0 < β < 1. The performance of fractional‐order bandpass filters has been studied and compared with corresponding integer‐order filters through both experimentation and simulation. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。     

单相并网逆变器的定频滞环电流控制新方法

传统的滞环电流控制算法具有实现简单、动态响应快、对负载参数变化不敏感、电流跟踪误差小等优点,但也存在开关频率随电流变化率变化而波动,造成网侧滤波电感设计困难,功率模块应力及开关损耗增大的不足。通过对滞环电流控制算法的原理和开关频率波动的原因进行分析,提出了基于积分法的定频算法。利用MATLAB中的Simulink工具箱,搭建了单相光伏并网系统仿真模型,仿真结果表明,这种算法在保持滞环电流控制算法优点的同时,较好实现了滞环开关频率的稳定。     

Discrete‐time model following control of inverter with rectifier load

Electronic apparatus, such as a computer, are a capacitor input type rectifier load for the power supply. The rectifier load causes distortions of the power source voltage waveform. Copyright © 2004 Wiley Periodicals, Inc. This paper describes the output voltage characteristic of the single phase PWM inverter controlled by a discrete‐time model following method and connected to a rectifier load. First, the rectifier load model of a discrete‐time system is considered. Next, the discrete‐time model following control system used for this load is described. Then, simulation and experimental results are examined. The simulation results show that this method has robustness to the load change. The experimental system consists of an inverter controlled by a digital signal processor (DSP) and a rectifier load. Experimental results confirmed the validity of the simulation result. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 158(2): 72–81, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20375     

基于C-MEX建模的全数字单相并网逆变器的研究

介绍了一种基于Matlab中C-MEX建模的全数字单相并网逆变器的研制方法。在Matlab环境下由分立器件搭建主电路,由C-MEX进行建模,整机开发手段采用C语言源代码编译,可直接移植入嵌入式开发平台,有效提高开发效率。整机直流侧MPPT采用扰动观测法,交流侧采用电压外环、电流内环的控制方式,其中亦包含了直流偏磁抑制方法、虚拟单相锁相环以及PR调节等控制方法。最后在该仿真建模的基础上,研制了一台3 kW的单相光伏并网逆变器,将C-MEX中的C源代码移植入DSP嵌入式开发平台,经试验测试,验证了该仿真建模的正确性及该开发模式的优越性。     

单相非隔离型并网光伏逆变器研制

针对输入宽范围光伏电池电压,提出了一个采用准两级式主电路拓扑和双CPU控制的单相非隔离并网逆变器系统方案,并建立基于Simulink的光伏发电系统仿真模型。其中,为满足宽电压范围光伏电池的最大功率跟踪MPPT,系统的MPPT放在单相逆变桥级实现。仿真和实验结果表明,样机性能指标优良,系统采用的改进变步长扰动观察法可以减小MPPT时的振荡,采用基于电感安匝特性曲线插值求电感的方法,可以有效满足无差拍并网电流控制对输出滤波电感模型精度要求较高的特点,克服粉芯类磁芯电感随电流变化大的缺点。     

一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。