模块化双向AC/DC变换器并联系统无缝切换控制

研究模块化双向AC/DC变换器并联运行系统,分析指出现有单模块双向运行控制方法引起各并联模块的功率流向不一致的问题;研究系统功率流与直流母线电压变化趋势的内在联系,提出一种模块化AC/DC变换器的双向运行控制方法,分别采用正向和负向电压调节器以保证各并联模块的功率流向一致;整流和逆变状态以不同的直流母线电压运行、自然区分两种功率流向。提出的控制方法可以实现各并联模块整流与逆变之间的无缝切换。详细分析系统稳定性,并指出多模块并联对系统动态特性有所改善;给出关键参数的设计准则。搭建实验验证系统,进行稳态和动态实验。实验结果证明了所提出控制方法的可行性和有效性。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

一种模块化光伏发电并网系统

提出一种全模块化光伏发电并网系统结构,由直流模块和交流模块组成,直流模块输出与交流并网模块共享直流母线。研究逆变模块并联运行时模块之间的电流耦合关系,提出对逆变模块输出火线和零线的交流滤波电感电流均进行闭环控制,实现了各逆变模块之间的入网电流解耦。提出一种系统效率(尤其是轻载效率)优化控制方法,利用控制电路参数的分散性,使只有一个模块工作在非满载状态,其余模块处于满载或待机状态。搭建实验验证系统,进行了稳态和动态实验。实验结果证明了所提出系统的可行性和控制策略的有效性。     

无通信互联线储能系统的直流母线协调控制策略

针对无通信互联线的储能系统如何在不增加系统成本和复杂度的前提下维持直流母线功率平衡及电压稳定,提出了一种直流母线协调控制策略,DC/AC变流器采用定直流电压或定交流电压控制,两台DC/DC变换器采用包含电池充放电控制的改进型二阶直流电压偏差控制。通过对系统典型工况的分析,说明了系统中各个装置是如何协调工作的。搭建了微网实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证,实验结果证明了该控制策略的有效性和实用性。     

一种新型光储系统的电路结构及其控制方法

现有的集中式光储一体化系统为提高输出电流,一般将多个光伏组件并联,但这种结构在局部阴影下能量利用效率较低;而将每个光伏组件经过DC/DC变换器接入直流母线的方案虽能提高光伏利用率,但变换器的容量和成本较高。为此提出一种新型光储一体化系统的电路结构及其控制方法:首先将光伏组件和DC/DC变换器的输出端串联后接入直流母线,实现所有光伏组件的最大功率跟踪控制,与现有方案相比大幅降低了DC/DC变换器的电压等级和成本;继而设计适用于该光储一体化系统的能量管理策略,在保证蓄电池荷电状态不超过允许范围的前提下,可实现整个光储一体化系统并网功率的分时恒定。最后,在RT-LAB半实物仿真平台上验证所提系统结构和控制策略的有效性。     

Modelling and Coordinated Control of Grid Connected Photovoltaic, Wind Turbine Driven PMSG, and Energy Storage Device for a Hybrid DC/AC Microgrid

In a DC/AC microgrid system, the issues of DC bus voltage regulation and power sharing have been the subject of a significant amount of research. Integration of renewable energy into the grid involves multiple converters and these are vulnerable to perturbations caused by transient events. To enhance the flexibility and controllability of the grid connected converter (GCC), this paper proposes a common DC bus voltage maintenance and power sharing control strategy of a GCC for a DC/AC microgrid. A maximum power point tracking algorithm is employed to enhance the power delivered by the wind turbine and photovoltaic module. The proposed control strategy consists of primary and secondary aspects. In the primary layer control, the DC bus voltage is regulated by the GCC. In the secondary layer, the DC bus voltage is maintained by the energy storage device. This ensures reliable power for local loads during grid failures, while power injection to the grid is controlled by an energy management algorithm followed by reference generation of inductor current in the GCC. The proposed control strategy operates in different modes of DC voltage regulation, power injection to the grid and a hybrid operating mode. It provides wide flexible control and ensures the reliable operation of the microgrid. The proposed and conventional techniques are compared for a 15.8 kW DC/AC microgrid system using the MATLAB/Simulink environment. The simulation results demonstrate the transient behaviour of the system in different operating conditions. The proposed control technique is twice as fast in its transient response and produces less oscillation than the conventional system.     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

并联变流器的脉宽调制波重构与环流抑制

针对共交流滤波电感和直流母线的三相变流器并联时功率器件开关不同引起的环流问题,提出一种基于脉宽调制波重构的方法来抑制变流器并联时的零序环流。该方法采用主从控制,主控制器通过广播通信的方式将脉宽调制波参数和载波同步信号编码发送给从控制器,在满足采样时钟周期的约束条件下,从控制器根据通过解码载波同步信号和脉宽调制波参数重构出同步性良好的脉宽调制信号,从而达到减少零序环流的目的;并通过分析系统传递函数,研究通信延时对系统稳定性的影响,确定临界稳态通信延迟时间。最后,搭建了并联变流器实验系统,实验结果表明,所提控制策略能够减少零序环流。     

直流微电网不同荷电状态多储能系统分布式控制

直流微电网在离网状态下需要储能系统维持其稳定运行,而在多储能变换器并联的情况下,线路阻抗不匹配会导致各储能单元荷电状态(state of charge, SOC)无法均衡以及变换器输出电流无法精确分配,同时由“虚拟阻抗”造成的母线电压偏差也需要得到补偿。针对一系列问题,提出改进的SOC均衡控制策略,自适应调整“虚拟阻抗”实现SOC均衡,并提出一种分布式二次控制策略,构造包含多个信息的转移因子,生成唯一的且能同时实现消除线路阻抗影响及恢复母线电压两个目标的电压补偿项,以减轻系统通信压力。其中为获得全局所需平均值信息,基于一致性算法,利用低带宽通信在相邻变换器间进行信息交换,并设计了分布式动态平均值算法控制器。最后搭建光伏多储能系统模型,仿真与实验验证了该控制策略的有效性和准确性。     

多功能电动汽车模块化充放电系统控制研究

随着电动汽车动力电池需求日益扩大,其对电动汽车充电装置性能与功能的要求也随之提高,基于此,提出了一种多功能电动汽车模块化充放电系统。在此基础上,对由三相桥式AC/DC变换器和电磁隔离型双有源全桥DC/DC变换器构成的充放电模块的控制策略进行了研究。提出了可以提高充放电模块能量传输效率、功率密度等目标的两级变换器协调优化控制策略,分析得出了双移相控制下消除DC/DC变换器回流功率的条件,并通过仿真模拟动力电池的充放电过程验证了结论;在直流母线电压控制中引入充放电机负载的功率前馈补偿来提高动态和稳态性能,最后通过仿真模拟验证了控制策略的优越性。     

井控与举升控制系统的供电设计方法研究

针对带压装置操作程序繁琐,用液压与自动控制相结合的方式形成井控设备与夹持装置的逻辑控制,实现了操作流程自动化。但有关供电设计部分保护功能简单、易间断、可靠性较低。首先介绍了液压与自动控制相结合的井控与举升控制系统设计原理,而后具体剖析了已有电源模块中双 AC/DC 转换器的冷备用、热备用衔接模式各自存在的问题,并提出了一种双AC/DC转换器供电系统设计方案。研究结果表明,双AC/DC转换器能够增强供电模块的可靠性,有效地解决了直流电源在供电中的可持续问题。     

基于电流前馈补偿的双极式变流器控制策略

为了提高变流器DC／DC与DC／AC模块之间的协调控制,加强变流器系统的稳定性并提高动态响应速度,本文提出了一种基于电流前馈的新型控制算法,并应用于一个30kVA双极式储能变流器实验平台。实验结果表明,该算法能够有效地降低在直流侧功率进行转换时对直流母线电压进行的冲击,并在很大程度上提高了双极式变流器的动态响应速度。     

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。     

多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制

因新能源渗透率高,多端口光伏分布式接入直流配电系统在并网换流器交流送出线路发生故障时应具备故障穿越的能力.然而,并网换流器与光伏直流变压器的容量、控制方式不同,即使两者在故障穿越期间可以相互高速通信协调,但是由于不同换流设备功率调节响应存在差异,直流母线电压容易发生较大波动,进而导致整个系统脱网.为此,提出了基于光伏端口电压调节的变功率控制方式,对直流配电系统有功功率进行动态补偿,可使直流母线电压快速恢复至额定运行点,解决交流故障导致的直流母线电压大范围波动问题,并给出了调节系数的整定与电压触发阈值的选取方式,从而实现可靠的故障穿越.PSCAD仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提方法在不同故障程度、系统在交流故障前运行在不同有功功率的情况下,光伏电站均能有效且快速调节有功功率,避免了直流配电系统中换流器闭锁,保障了并网换流器故障穿越的实现.     

新能源直流微网的控制架构与层次划分

以新能源直流微网为研究对象,融合集中控制和分散控制特点,提出一种直流微网层次控制架构。根据直流微网的物理特性,将控制框架划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层。在变流器控制层,将各类变流器统一为终端控制型和母线控制型;在母线控制层,根据母线电压划分3种运行模式,以实现系统中各单元的自适应模式切换;在调度管理层,中央控制单元通过自上而下的决策仲裁机制,实现系统的整体优化。位于底层的变流器控制层通过分散自治控制保证系统的可靠性;处于顶部的调度管理层通过集中控制提升系统的灵活性;处于中间的母线电压控制层作为重要衔接,实现系统的能量流动和信息交互。最后,通过理论分析和实验测试,验证了所述控制策略的有效性。     

交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

Energy Management and Control of Electric Vehicle Charging Stations

Abstract

Charging infrastructure is an important component for the healthy growth of the electric vehicle industry. This article presents an energy management and control study of an electric vehicle charging station. The charging station consists of an AC/DC converter for grid interface and multiple DC/DC converters for electric vehicle battery management. For the grid-side AC/DC converter, a direct-current control mechanism is employed for reactive power, AC system bus voltage, and DC-link voltage control. For the electric vehicle-side DC/DC converters, constant current and constant voltage control mechanisms are developed for electric vehicle charging and discharging management. The article considers energy management needs for charge and discharge of multiple electric vehicles simultaneously in a dynamic price framework. A real-time simulation system is developed to evaluate how the electric vehicle charging station can meet grid-to-vehicle, vehicle-to-grid, and vehicle-to-vehicle charging and discharging requirements.     

基于柔性多状态开关的混合配电网能量管理策略与控制方法

基于柔性多状态开关(SOP)的交直流混合配电网能量管理控制方法是保证其高效、可靠、灵活和可控性的关键技术挑战.为了减少SOP非必要交换功率,并最大限度地利用可再生能源,提出了一种新的能量管理策略.该策略优先考虑可再生能源输出功率的使用,并辅以交直流子网储能的相互支持.交直流混合配电网并网运行划分为20种运行模式.基于能量管理目标生成了不同运行模式下交直流子网储能单元参考指令.针对传统交直流母线并联变换器的下垂控制电压压降和环流问题,提出了交流母线电压压降补偿方法和环流抑制方法.最后,通过仿真软件建立了基于SOP互联的交直流混合配电网仿真平台,仿真结果验证了该平台的可行性和有效性.     

DC/DC变换器无均流线均流控制方法

对DC／DC变换器无均流线均流控制方法进行了研究。利用变换器输出端传递的交流信号来实现均流控制具有其它均流控制方法所不具备的优点。非常适用于大量模块并联时的均流控制。对采用这种均流控制的并联电源系统进行了介绍，并对均流控制方法的基本原理进行了详细的分析。为验证这种控制方法，对采用3个模块的并联系统进行了仿真试验。     

多模式下风电直流微网功率协调控制策略研究

直流微电网系统的功率平衡是电网安全稳定运行的重要保证。综合考虑微网的运行方式和换流站功率裕量,将含有全功率笼型异步风电机组、储能蓄电池、交直流负载的直流微电网系统分为5种运行模式,即并网运行模式、限流运行模式、短时故障运行模式、孤岛减载运行模式和孤岛降功率运行模式。针对以上5种运行模式,提出一种基于多变量的功率协调控制策略。该策略根据并网变流器电流、蓄电池荷电状态以及直流电压的变化量自动协调各端换流站的工作方式,保证各工况下微网内部的功率平衡和直流母线电压的稳定。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中进行了仿真实验,验证所提出功率协调控制方法的有效性和可行性。