交直流混合微电网互联变流器微分平坦控制

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、电源缺失等情况下的动态和鲁棒性能,提出了一种基于微分平坦（flatness-based control,FBC）理论的互联变流器（interlinking converter,ILC）控制策略。首先分析了孤岛模式下子网内分布式电源采用下垂控制策略解决各自网内的功率分配问题;其次建立dq坐标轴下ILC数学模型,并证明了ILC系统满足微分平坦性;接着,根据微分平坦理论设计了ILC的功率控制器,其结构包括前馈控制和误差补偿两部分,系统采用串级控制结构,由功率外环产生平坦输出的参考轨迹,电流内环产生ILC期望输出的dq轴电压分量;最后,在Matlab/Simulink中建立FBC和PI控制的ILC仿真系统,在3种工况下仿真结果验证了FBC控制系统具有更好的动态性与鲁棒性。     

交直流混合微电网互联变流器微分平坦控制

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、电源缺失等情况下的动态和鲁棒性能,提出了一种基于微分平坦（flatness-based control,FBC）理论的互联变流器（interlinking converter,ILC）控制策略。首先分析了孤岛模式下子网内分布式电源采用下垂控制策略解决各自网内的功率分配问题;其次建立dq坐标轴下ILC数学模型,并证明了ILC系统满足微分平坦性;接着,根据微分平坦理论设计了ILC的功率控制器,其结构包括前馈控制和误差补偿两部分,系统采用串级控制结构,由功率外环产生平坦输出的参考轨迹,电流内环产生ILC期望输出的dq轴电压分量;最后,在Matlab/Simulink中建立FBC和PI控制的ILC仿真系统,在3种工况下仿真结果验证了FBC控制系统具有更好的动态性与鲁棒性。     

含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。     

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。     

基于微分平坦理论的双有源桥式变换器的单移相控制

针对双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)变换器系统受到扰动时动态响应速度慢,基于微分平坦理论,结合单移相控制,提出了一种平坦控制策略。设计DAB变换器平坦控制系统,包括前馈控制和非线性误差反馈控制两部分:前馈控制利用期望输出来规划状态变量轨迹;非线性误差反馈对平坦输出进行校正,消除误差。证明了平坦控制的稳定性,最后在仿真平台上分别对DAB变换器平坦控制和PI控制进行仿真,结果表明:在DAB变换器输出电压给定值改变、输入电压波动以及负载突变时,平坦控制策略下DAB系统可以更快达到输出稳定,系统具有更好的动态性能。     

并联型有源电力滤波器功率平坦控制策略

随着地铁配电系统谐波含量不断增多,并联型有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)也逐渐取代传统谐波处理装置。建立了αβ坐标系下SAPF中PWM变流器交流侧输出电压与功率之间的数学模型,为了使SAPF在无需精确数学模型条件下仍具有良好谐波抑制效果,通过选取变流器交流侧输出功率作为状态变量及系统输出量,交流输出电压为输入控制变量,提出了一种基于微分平坦理论的功率平坦控制策略。控制器设计通过参考轨迹前馈控制和误差反馈补偿等两部分实现,前馈控制根据期望平坦输出及输入控制量与输出变量间的数学关系规划系统控制状态量参考轨迹,误差反馈补偿消除输出实际值与期望值之间误差值。仿真结果表明所提出控制策略的有效性,谐波补偿效果明显,为SAPF功率控制器设计提供了一种新的思路。     

不平衡电网电压下柔性直流输电系统功率滑模补偿策略

针对柔性直流(VSC-HVDC)输电系统在交流电网电压不平衡情况下,功率产生2倍频波动分量的问题,首先通过分析不平衡电网电压下VSC换流器的数学模型,将引起系统2倍频功率波动的因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以系统2倍频功率为状态变量的控制方程;进而基于该控制方程提出了一种VSC-HVDC功率滑模变结构补偿策略,以同时抑制电流因素和电压因素引起的功率波动,以及VSC换流器输出电流的畸变,并提高了变工况状态下系统的动态响应性能。将该补偿策略引入到VSC-HVDC原有矢量控制环节中,当交流电网电压不平衡时,该控制策略能够单独对其中的2倍频分量进行有效控制,可以在不影响正常状态运行的同时又能抑制2倍频功率波动分量。通过在PSCAD/EMTDC中搭建两端VSC-HVDC仿真模型,证明了该策略抑制不平衡电网电压下系统2倍频功率和平衡交流侧电流的有效性。     

基于精确线性化变结构控制的UPFC控制器设计

统一潮流控制器自身结构复杂、变量多,为了简化其控制器的设计过程,建立只考虑并—串联变流器交流侧电流状态和直流电容电压状态的UPFC的5阶非线性模型。采用双环控制策略来设计UPFC控制器,通过PI外环控制直流电容电压,选取并—串联变流器交流侧电流作为系统控制输出,通过状态反馈精确线性化将原非线性系统线性化为4个线性子系统,并应用变结构控制原理实现并—串联变流器交流侧输出电流的内环控制。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究

在dq0坐标系下建立了双端VSC-HVDC系统的数学模型,并基于该坐标系制定了相应的控制策略。所采用的控制器由外环控制器和内环控制器构成,外环控制器由基于常规PI调节器的定功率控制器/定电压控制器构成,输出为内环控制器的参考值;内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制。此外,针对VSC-HVDC启动时需要限流和限压的要求,在启动前投入限流电阻,确保系统能够平稳快速的响应,系统达到稳态后切除限流电阻。最后,在PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的调节性能。     

基于电容电压反馈的直驱风力发电变流器控制

在兆瓦级直驱型风力发电系统中,并网变流器控制是实现电能回馈电网的重要环节.针对采用LCL型滤波器结构的风力发电并网变流器在谐振频率附近的不稳定性、选择基于电容电压超前校正结合电网电压电流双前馈补偿间接控制变流器并网输出电流的控制策略.实验结果证明,采用该控制策略可以有效实现并网变流器稳定运行.抑制网侧输出电流谐波,同时具有较好的动静态性能.     

基于同步坐标变换的VSC-HVDC 暂态模型及其控制器

对基于电压源型换流器的新型直流输电系统的暂态数学模型和控制策略进行了研究,建立了同步旋转坐标系下VSC-HVDC系统的暂态数学模型,提出了直接电流控制策略和双闭环控制器结构.内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制;外环控制器由稳态逆模型和PI调节器构成,实现系统有功功率和无功功率的独立调节.最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能.     

基于电压源换流器的高压直流输电系统离散化建模与仿真研究

基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的工业控制系统通常为微机控制器,该控制器的控制对象是系统的离散化模型。为此提出了一种在dq0同步旋转坐标系下的VSC-HVDC离散化状态空间模型。在此基础上建立了VSC电流内环离散化控制器和外环控制器,并实现了有功电流和无功电流的解耦控制;为提高VSC-HVDC的外环控制器响应速度,在外环控制器中引入了前馈控制。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化控制器模型。仿真结果验证了离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

功率硬件在环仿真中功率接口直流电压控制及电容参数设计

作为功率硬件在环(PHIL)仿真中连接数字侧和物理侧仿真的互联装置,功率接口对PHIL仿真系统的稳定性起决定性作用。物理侧负载扰动所引起的直流电压波动是影响功率接口的稳定运行的关键问题之一。针对这一问题,为了提高PHIL仿真系统稳定性,考虑控制时滞,提出一种基于直流输出电流前馈的直流电压改进控制策略,并给出了其前馈系数的参数设计方法。根据变流器交直流侧有功功率平衡关系,利用小信号分析方法,建立了功率接口交直流统一模型,通过该模型分析并证明了所提控制策略在负载小扰动情况下抑制直流电压波动的有效性。提出一种直流电容参数计算方法,并证明前馈控制可以有效地减少直流电容。最后,仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略

传统高电压穿越(high voltage ride through, HVRT)过程的实现主要是针对转子过电流或直流母线过电压的单一场景设计控制策略,容易产生控制盲区。为此,提出一种基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略。为抑制转子过电流,在检测定子电压和电流的基础上,通过分解定子磁链获得转子电流直流分量参考值,将转子回路实际电流作为反馈量抵消转子回路中的直流电流分量。另外,考虑到直流母线过电压容易导致高电压穿越失败,采用功率平衡关系式推导稳定直流电压所需的控制电流参考值。若控制电流超过变流器允许工作电流范围,则考虑将输出电流限值作为控制电流参考值以最大限度利用变流器控制能力,降低直流母线过电压。仿真结果表明：所提出的控制策略能在降低过电流以及直流母线过电压的同时确保良好的动态响应性能。     

基于微分平坦理论的PMSM电流环控制器设计

将基于平坦控制(FBC)运用到永磁同步电机(PMSM)电流环控制器的设计中,来提高电流环的动态性能。简单介绍微分平坦系统的理论和平坦控制的架构,证明电流环平坦性;然后设计了基于FBC电流环控制器,包括前馈控制量的产生和误差反馈补偿,根据系统期望输出量在空间规划状态变量的前馈控制量,用PI控制器产生消除的误差反馈量,且前馈控制量在控制系统中处于主导地位从而提高电流环的动态性能,并推导出电流环的闭环传递函数;搭建仿真模型,验证控制算法的有效性。     

VSC-HVDC三相不平衡控制策略

分析了电网三相不平衡时电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统的谐波传递特性,设计了一种基于瞬时对称分量法的序分量检测技术,适用于VSC-HVDC系统的正、负序双回路的双闭环控制策略。该控制策略利用瞬时对称分量变换获取电压和电流的无延迟正、负序分量,不仅在时域范围内对传统对称分量法进行了扩展,而且也解决了正、负序分解时所带来的延迟问题。另外,提出在三相不平衡电力系统的控制中增加一个不平衡指令补偿模块,改善VSC-HVDC系统在电网三相不平衡时的运行特性。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下建立了一个VSC-HVDC系统及相关控制策略,验证了所设计控制策略的正确性。     

柔性直流输电的动态电流限幅控制

研究了对电压源变流器型高压直流输电系统(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的电压和电流的限幅控制。通过建立VSC-HVDC的离散化状态方程,分析电压、电流的稳态限幅控制和电流的动态限幅控制的关系,设计了电流可工作范围的预测方法。建立了VSC-HVDC的串级控制系统,用外环控制功率目标,内环控制电流,在两环间加入动态限幅环节。对VSC-HVDC系统的启动状态和接收电网发生接地故障进行仿真,仿真显示动态电流限幅措施可以大大减小系统的波动和恢复时间,说明动态电流限幅对提高控制系统动态响应速度有明显效果。     

面向电流源型PWM整流器直流侧电压的多环路控制策略

三相电流源型PWM整流器作为低压直流配电系统有源前端时,因网侧LC滤波环节和直流侧电容的存在使系统控制难度增加.首先,在同步旋转坐标系下建立电压定向数学模型,通过控制网侧电流d轴与q轴分量,完成系统有功、无功功率的独立控制;其次,基于相量法提出一种电容电流补偿方法,仅构建电容电压前馈通道,实现间接电流控制策略下功率因数...     

αβ0坐标系下带不平衡负载的三相四桥臂变流器控制策略

传统的基于同步旋转坐标系下的三相四桥臂变流器控制复杂,尤其在负载不平衡工况下。为简化四桥臂控制,提出一种αβ0坐标系下的四桥臂变流器控制策略。该控制策略采用准比例谐振调节器控制输出电压,并加入参考电压前馈改善系统控制精度与动态性能,在此基础上采用基于电感电流的有源阻尼控制方法进一步增强系统的稳定性。针对准比例谐振调节器在基波频率处有限增益导致的静差问题,分析调节器参数以及滤波器参数对增益系数选取的影响,给出控制器参数设计以及实际参数调试的依据。最后,对所提控制策略进行实验验证。实验结果表明,在不平衡负载条件下,采用该控制策略的四桥臂变流器能够实现输出电压的平衡控制,动态性能良好。     

风电并网用全功率变流器谐波电流抑制研究

电网低次谐波电压和电力电子器件的非线性将使得风电并网变流器产生较重的并网谐波电流,为改善风电并网用全功率变流器系统的输出电能质量,在详细分析网侧变换器的谐波数学模型的基础上,提出一种抑制并网低次(5、7、11、13次)谐波电流分量的交叉耦合控制策略。该控制策略通过在多同步旋转坐标系下检测各次并网谐波电流的直流分量,采用电流交叉耦合控制方式实现对各次谐波电流的准确控制,详细分析并设计谐波电流交叉耦合控制器。所提控制方案考虑了各次谐波电流回路的交叉耦合影响,可有效降低各次谐波电流以及基波电流之间的相互影响作用,有利于提高系统工作的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制方案的正确性和可行性。