基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

双馈风力发电系统网侧变流器的控制及仿真

分析了双馈风力发电系统网侧变流器的运行特性,继而讨论了网侧变流器的控制方案,建立双馈型风力发电系统网侧变流器的数学模型和基于电压电流双闭环控制策略的系统框图,并在Matlab/Simulink软件平台下搭建双馈风力发电系统网侧变流器的仿真模型,验证网侧变流器的单位功率因数运行.通过仿真结果验证了所建立数学模型和控制方式的正确性和可行性.     

一种双馈风力电机网侧变流器控制策略的研究

根据双馈风力发电机的运行特点,设计了网侧三相电压型变流器.在分析变流器数学模型的基础上.采用解耦控制,前馈控制和双闭环控制,实现了能量的双向流动.实验结果与理论分析表明,具有双闭环控制的网侧变流器能够有效地稳定直流侧电压,并能很好地控制网侧电流,整个系统具有良好的静态和动态特性.     

双馈风力发电机网侧变流器的PCHD建模与IDA-PB控制

对双馈风力发电机网侧变流器进行了建模,提出了网侧变流器降阶的端口受控耗散哈密顿(PCHD)模型。针对网侧变流器存在的非线性,在其降阶PCHD模型的基础上设计了相应的系统互联与阻尼分配无源性(IDA-PB)控制算法,并进一步提出了能量成型阻尼注入的无源性控制改进策略。通过对所提出的控制策略进行仿真分析和实验验证,表明网侧变流器交流侧能够得到更好的电流特性,减少了变流器到达稳定所需的时间并改善了动态特性,从而提高了系统的稳定性和稳态精度。     

基于电流前馈的储能飞轮充放电功率控制

基于电网调频对储能飞轮输出功率的要求,建立了飞轮永磁同步电机的数学模型,通过电网侧储能变流器来提供稳定的直流母线电压,电机侧变流器采用功率/转速外环与电流内环的双闭环控制策略,实现飞轮恒功率充放电。针对输出频率波动,响应速度慢的问题,提出基于电流前馈的功率环控制方法,并对转速环做出改进。通过实验验证,飞轮系统能快速跟踪充放电功率指令,稳态时的功率输出稳定,该方法现实可行。     

基于重复控制的单相整流驱动系统高功率因数实现方法

针对传统单相不控整流供电的调速系统存在的网侧功率因数低、畸变严重以及电机转矩脉动问题,本文提出一种基础重复控制的永磁同步电机(PMSM)驱动系统高功率因数实现方法,该方法拟实现以下目标:1)调节PMSM转速;2)优化网侧电流品质;3)提高网侧功率因数。分析了母线电压波动有效值与网侧功率因数之间的关系,得出降低母线支撑电容与网侧电流的内在联系,进而推导出整流侧功率、支撑电容功率和逆变侧功率的关系函数。此外,为了满足逆变侧功率随网侧电压二倍频周期性波动,引入重复控制器实现对正弦周期性内环q轴电流的高精度跟踪。最后,基于双15 kW的PMSM对拖调速系统实验平台进行实验验证与分析。结果表明,所提方法可实现驱动系统的三大控制目标,同时降低母线支撑电容可降低驱动系统成本和压缩体积。     

一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制

针对电网电压低次谐波对双馈风电机组网侧变流器并网电流和直流母线电压造成的不良影响,提出了一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制。该多环控制在双馈风电机组网侧变流器的电网电压定向矢量控制的电压、电流双闭环基础上增加了一个重复控制环路,抑制了网侧变流器并网电流和直流母线电压的低次谐波。通过MATLAB/Simulink仿真研究验证了所提双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波多环控制的有效性。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

不对称电网故障时风电网侧变流器控制的数/模仿真

不对称电网故障时网侧变流器的有效控制,对提高风电机组的并网运行能力具有重要意义。文中采用优选的序分量分解算法,设计了基于正、负序双dq电流调节的网侧变流器控制策略。为验证控制策略并克服纯数字仿真和物理实验的缺点,采用实时数字仿真器(RTDS)和自主开发的数字信号处理器(DSP)控制器,构建了双馈风电机组数/模混合仿真系统。对一台2 MW机组的数/模混合仿真证明了控制策略的正确性和方案的有效性。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

三相电流型AC／DC变流器的最优控制

分析了电流型AC/DC变流器交流侧产生暂态振荡的原因,提出了电流型AC/DC变流器的线性二次型(LQ)最优控制策略,并给出了实验验证。结果表明,将LQ控制应用到电流型AC/DC变流器中,能够实现变流器网侧的单位功率因数和直流侧的恒流源特性。     

永磁直驱风电系统的低电压穿越控制策略

为了提高直驱式永磁同步风力发电机(D-PMSG)低电压穿越能力,在分析D-PMSG和全功率变流器数学模型的基础上,采用了一种改进的变流器控制策略,将发电机等效为电网,用机侧变流器控制直流母线电压和定子电压稳定,网侧变流器控制有功功率和无功功率。该策略使系统能在电网电压跌落故障时,保持母线电压稳定、抑制2倍工频振荡,控制网侧电流快速恢复稳定,大大提高了风力发电系统的安全稳定性。实验验证了该策略的可行性和优越性。     

能量回馈型电力电子负载的控制方法

提出一种新颖的基于电压源型变流器(voltage source converter,VSC)能量回馈型电力电子负载主电路拓扑。其由背靠背H桥构成,负荷侧变流器采用H桥级联以提高电压等级,并网侧变流器采用H桥并联以提高电流容量。网侧变流器和负荷侧变流器采用解耦控制方法,负荷侧变流器采用PQ解耦控制模拟负载消耗功率;网侧变流器采用直流电压稳定并保证并单位功率因数并网,并将负荷侧吸收的有功功率馈送回电网。建立基于PSCAD/EMTDC软件的电力电子负载仿真模型,设计制作一台400V/100kVA低压原理样机进行实验验证,仿真和实验结果表明提出的电力电子负载的主电路拓扑和控制方法是有效可行的。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器控制

在直驱风力发电系统控制中,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制策略,因此快速而准确地检测电网基波电压的大小和相位在网侧变流器同步化设计中是很关键的。介绍基于对称分量法的同步坐标系锁相方法和双同步坐标系解耦锁相方法;研究在不平衡电网电压下变流器中使用的2种不同电流控制器的性能,这2种控制器是基于正参考坐标系和负序分量前馈控制(VCCF)的电流控制器和基于正负序参考坐标系(DVCC)的双电流控制器。仿真和实验结果表明:在电网电压出现不平衡时,精确地检测电网电压基波的正、负序分量并且使用正负序旋转坐标系下双电流控制策略,在网侧变流器控制中起到了一个很关键的作用。     

中压大功率三电平充放电设备的研制

以混合动力列车电池组用大功率充放电设备为背景,研制了一台260 kW中压充放电设备。详细介绍了主回路拓扑及主要参数设计,并设计了系统控制策略。充放电设备采用三电平中点箝位(NPC)变流器与三电平Buck-Boost双向变换器串联的双级型三电平拓扑结构,系统采用双DSP控制,网侧采用电网电压定向矢量控制的控制方法,电池侧使用电压、电流双闭环可选的恒压、恒流或恒功率控制策略。最后通过实验验证了所研制的充放电设备性能的可行性与有效性。     

PMSM四象限驱动系统的自适应滑模和反步控制

针对永磁同步电机(PMSM)四象限驱动系统直流母线电压存在超调、电机转速跟踪效果差等问题,研究了一种基于背靠背变流器的控制策略。分别搭建网侧变流器和PMSM数学模型,基于改进的滑模控制和反步法,电网侧采用软给定的方法设置母线电压给定值,用以解决电压超调,机侧针对负载转矩未知情形,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,该控制方案下系统的网侧母线电压无超调,机侧转速跟踪性能良好。     

电网电压不平衡时对风电并网变流器的控制研究

针对电网电压不平衡时,永磁同步风力发电机组并网变流器直流侧电压存在2倍频的波动,进而造成网侧交流输入电流产生3次谐波,输出功率波动等问题,分别提出了以抑制输出有功功率、无功功率的2倍频波动和负序电流分量为控制目标的控制策略。系统采用双闭环控制策略,外环采用径向基(RBF)神经网络自整定PI控制器,内环采用准比例谐振电流调节器(PR)。在电网电压不平衡时通过对永磁同步风力发电系统网侧变流器的仿真和对比分析,验证了所提新型控制策略的正确性及有效性。     

基于移相空间矢量调制的多通道三相变流器

在传统阶梯波合成变流器基础上,提出一种移相结合错时采样空间矢量调制(STS-SVM)的多通道三相并网变流器,该变流器由多组结构完全一致的阶梯波合成变流器组成,其中一组变流器采用STS-SVM方式得到控制信号,其他各组变流器的控制信号可以依次延迟一定的角度得出。交流侧串联叠加各组阶梯波合成变流器输出,大幅抑制了其中的高次谐波,网侧接入很小滤波器即可得到高质量进网电流。研究了该多通道变流器的数学模型,给出了直接电流控制方案。研制了一台16通道中频脉宽调制(PWM)变流器,实验结果表明该多通道PWM变流器具有开关频率低、网侧电流质量高、系统响应速度快和功率因数可控的优点。     

超导储能系统用四模块组合变流器功率控制设计和实验研究

讨论了超导储能系统用四模块组合变流器的有功功率、无功功率四象限控制的设计问题。为了适应大功率变流器的需要主电路结构采用四模块电流型变流器直接并联,在调试方式上采用载波相移SPWM控制,在较低的开关频率实现大功率变流器SPWM技术,以扩大容量和抑制网侧谐波;在计算功率时采用的瞬时功率理论实时的计算出变流器的有功和无功功率进行闭环控制。同时结合了863项目研制了23kVA的变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证。实验结果表明超导储能系统用组合变流器能独立快速地控制有功功率和无功功率。     

一种双向储能变流器并网控制策略研究

介绍了一种双向储能变流器(PCS)主电路拓扑结构。针对变流器并网电流谐波问题,提出一种基于复合控制技术的电流谐波抑制策略。由于受到电网谐波及调制的影响,双向储能变流器的并网电流中含有一定谐波,降低了装置输出电能质量。采用结合比例积分(PI)和重复控制的复合控制策略,能有效抑制双向PCS并网电流的谐波含量,并保证了系统双向控制的动态响应速度。在此基础上,研制了一台100 kW双向PCS样机。实验结果验证了所提变流器并网控制方法的有效性和可行性。