基于局部复阻抗模型的LCL型并网变换器相位重塑控制策略

LCL型并网变换器采用变换器侧电流闭环反馈方式会导致并网电流的相位滞后于并网电压,无法满足并网系统单位功率因数运行.由于该相位差较小,未得到重视.然而,随着新能源并网功率的大规模化、含无功元件变换器拓扑的复杂化,并网点的相位滞后问题将日益突出,严重时将导致电网有功功率缺额甚至电网解列.针对上述问题,该文定义了局部复阻抗...     

并网变换器的多频率耦合等幅振荡分析

电压源型并网变换器与交流电网相互作用会引发新型电磁振荡现象。受控制器非线性环节的影响,该振荡不能持续发散,最终将形成等幅振荡。目前,已有研究多利用描述函数法对系统的限幅环节进行建模,从而计算振荡的幅值和频率。但是这些模型都忽略了非线性环节导致的高阶振荡分量。对现有方法进行了改进,提出了一种计及高阶振荡分量的并网变换器等幅振荡分析方法,推导了考虑高阶振荡分量后非对称限幅的描述函数,及考虑高阶分量后等幅振荡频率和幅值的计算方法,并将该方法应用于单轴限幅和双轴限幅的振荡分析。最后,利用仿真验证了所提改进方法的准确性。理论分析和仿真验证表明,所提方法提高了并网变换器等幅振荡的分析精度,并且能够计算高阶振荡分量的幅值。     

模型预测控制三相并网变换器的研究

在新能源发电领域,三相电压源型并网变换器的应用越来越广泛。为了提高并网性能,国内外的学者们提出了各种新型的并网控制策略。模型预测控制策略利用系统的离散时间模型来预测所有可能的电压矢量下系统下一个采样时刻的输出值,通过评估函数选择出最优的电压矢量。以传统的三相电压源型变换器为控制对象,提出了一种基于模型预测控制的三相电压源型并网变换器的控制方法。采用DSP28335作为控制器,设计了三相电压源型并网变换器的实验平台,分析讨论了并网电流的稳态与动态性能以及进行无功功率补偿时并网电流的稳态性能。实验结果验证了模型预测控制在三相并网变换领域的优越性。     

电感磁芯软饱和特性约束下三相LCL型并网变换器单环控制稳定性分析与设计

磁粉芯材质电感具有软饱和非线性特性,其感值随电流变化而改变.在三相LCL型并网系统中,三相交流滤波电感呈现时变不对称特性,导致控制系统模型之间存在交叉耦合,传统单电流环控制的稳定性设计可能失效.为此,该文考虑磁粉芯电感的软饱和特性,研究三相滤波电感的时变交错非线性特性,并采用广义奈奎斯特稳定判据,分析三相LCL型并网变...     

光伏并网对电力系统低频振荡阻尼特性的影响分析

日益增长的光伏装机容量和光伏发电比重让电力系统运行稳定性面临新的挑战.从系统阻尼特性角度出发,针对光伏并网对电力系统低频振荡阻尼特性的影响展开研究.首先综合考虑光伏阵列、逆变器及其控制策略等部分,建立光伏发电系统动态模型,并基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台分别搭建含光伏发电系统接入的四机二区域系统和IEEE 16机68节点系统,采用特征值分析法和时域仿真法研究光伏发电系统的并网点、渗透率、入网输送距离等因素对电力系统低频振荡阻尼特性的影响.结果表明,光伏发电系统不会增加电力系统低频振荡模式,也不会直接影响系统阻尼特性,而是通过改变系统潮流来改变系统阻尼特性的,并且光伏并网总能改善本地局部振荡的阻尼特性,但对区间振荡模式而言,其影响或正或负.     

一种高增益交错耦合电感直流变换器

提出一种高增益交错耦合电感直流-直流升压变换器,适用于低输入电压、高输入电流的低压可再生能源发电系统应用场合,如光伏/燃料电池发电系统。该变换器在输入端把两个耦合电感的原边电流进行交错并联,减小了输入电流和输出电压纹波;两个耦合电感的副边串联后再与一电容相结合组成倍压单元,进一步提高变换器的电压增益。该电路结构中,使用两个交错串联的输出电容,它们既能回收利用耦合电感的漏感能量,又能钳位开关管的漏源电压,减小开关管电压应力,因此,有利于选择低导通电阻、高性能的开关器件以进一步减小功率管的开关和导通损耗。另外,耦合电感的漏感可使主开关管零电流开通,同时漏感也能控制二极管关断电流的下降率,大大减轻二极管的反向恢复问题。论文详细分析所提变换器的工作原理和稳态特性,最后通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。     

基于电池储能的并网变换器在风电系统中应用及其控制

为解决风力发电直接并网会对电网产生很大冲击的问题,提出了一种基于电池储能的并网变换器,该并网变换器在风电系统应用中能平抑风电功率波动,在电网发生故障时提供无功功率,孤岛运行状态下向当地负荷提供不间断供电,并在电网恢复正常运行后,实现从离网到并网的快速无冲击切换。在MATLAB/SIMULINK中搭建了基于电池储能的并网变换器模型,仿真结果验证了分析的正确性。     

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性,文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理,基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统,提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标,根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响,量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性,电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合,为频率和功角的优化控制措施提供了参考。     

三相并网逆变器频率耦合机理分析及稳定性判定

并网逆变器中控制器dq轴结构或参数的不对称会导致系统在静止坐标系下存在两个扰动频率分量相互耦合,这一耦合因素会影响系统的稳定性。文中分析了系统中这两个扰动频率的耦合机理,分别得到了两个耦合频率下的逆变器等效导纳。利用这两个导纳,采用奈奎斯特判据判定了并网逆变器系统的稳定性,相比现有采用广义奈奎斯特判据的方法,稳定性判定过程简单,便于给出系统稳定裕量,指导逆变器控制器设计。实验验证了并网逆变器系统稳定性判定结果的正确性。     

基于多谐振前馈与电流估计的光伏并网逆变器控制策略研究

针对弱电网环境下电网阻抗值较大以及传感器等元件造成延迟引发的并网电流品质差的问题。本文采用多谐振前馈与电流估计法相结合的控制策略。利用多谐振前馈控制提取低次谐波,使得正反馈通道只在主要背景谐波处有反馈作用,同时引入电流估计法在不改变对LCL固有谐振频率抑制效果的前提下,降低系统成本。仿真结果表明并网电流的总谐波畸变率降低2.56%,增强系统对含有低次谐波弱电网的适应能力,验证了此控制策略的正确性和有效性。     

扩展模块化多电平矩阵变换器低频运行范围的控制方法

模块化多电平矩阵变换器(M~3C)电容电压各频率纹波幅值与对应频率成反比。当M~3C低频率连续运行至输出/输入频率比接近1/3时,差频(输入频率与输出三倍频之差)电容电压波动幅值趋于无穷大,导致M~3C难以正常运行,也阻断了输出二倍频纹波电压的连续抑制。提出一种基于电容电压分层解耦控制和桥臂电流独立控制的M~3C控制方案,电压外环通过直接反馈控制输出相间的输出二倍频纹波电压(或瞬时功率),并闭环实现电流指令重构,消除了1/3频率比及其附近的不连续工作点,提高了M~3C低频率连续运行的频率范围。最后通过半实物实验验证了该方法的有效性。     

考虑频率耦合的并网逆变器不同域控制的稳定性比较

高渗透率下并网逆变器(grid-connected inverter, GCI)与高电网阻抗的交互作用可能引发系统失稳问题。GCI的电流控制根据控制域的不同,可分为相域比例谐振(proportional resonance, PR)控制和域比例积分(proportional integral, PI)控制。首先,考虑频率耦合效应,基于谐波线性化方法分别建立了LCL型GCI采用相域PR控制和域PI控制的序导纳模型,并考虑电网电压前馈的影响,对这两种不同域控制的GCI的序导纳特性进行了对比分析。基于所建的序导纳模型和广义奈奎斯特判据(generalized Nyquist criterion, GNC),分析了电网电压前馈和电网强度对两种不同域控制的GCI并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明：不考虑电网电压前馈时,相域PR控制的GCI系统稳定性强于域PI控制的GCI系统;而引入电网电压前馈后,二者系统稳定性基本相同。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。     

适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。     

电力系统超低频频率振荡机理分析与抑制研究现状与展望

现代电力系统中多次发生了超低频频率振荡事故,威胁电网的安全稳定运行。该文根据超低频频率振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征,分析归纳超低频频率振荡的数学机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其它复杂振荡4类,并从参数变化角度给出相应的分岔特性;进一步,基于上述机理分类,分别综述相应的分析方法;再次,从改善机组阻尼、改善系统阻尼和调整系统结构3个方面,分析超低频频率振荡抑制的研究现状;最后,针对目前研究较少的切换型超低频频率振荡,从分析模型、分析方法、动力学机理、物理特性、抑制手段、实际验证等角度,讨论未来可能的研究内容与方向。     

具有低输入电流纹波带耦合电感的双向DC-DC变换器

针对燃料电池发电系统输出电压低和输入电流纹波大的问题,本文设计了一种新型带耦合电感的双向DC-DC变换器。该变换器利用超级电容器减少电流纹波对燃料电池的冲击从而提高燃料电池的发电效率,同时通过改变占空比和耦合电感的匝数比来提高输出电压增益。在Matlab/Simulink软件中创建仿真模型,采用平均电流模式搭建控制电路,并详细地分析升压和降压模式下变换器的开关状态与工作特性。仿真结果为：变换器的输入电流纹波约为1%,在耦合电感变比为1时升压电压增益最高为16。结果表明本文所提变换器可以在满足燃料电池发电系统对低频电流纹波的要求同时实现高电压增益,验证了所提出拓扑的可行性。     

基于双耦合电感高增益二次型Boost变换器

为进一步提高非隔离DC-DC变换器的增益,降低开关管的电压应力,提出一种结合双耦合电感和二次型的非隔离高增益DC-DC变换器.所提变换器采用单开关管控制,降低了控制的复杂度;采用双耦合电感,有效地减少了二极管和电容的数量,并进一步提高了所提变换器的电压增益;复用输出电容吸收漏感能量,进一步提高了变换器的功率密度.本文中...     

并网变流器频率耦合振荡分析及解耦控制设计EI北大核心CSCD

阻抗法常用于风电和太阳能并网系统的稳定性分析,变流器控制结构或参数的不对称可能引发频率耦合振荡现象,从而导致基于序阻抗的稳定性分析出现偏差。为此,文中首先建立变流器dq导纳模型,并将其控制结构分解为两个子系统分析耦合产生的原因;然后通过在变流器的电流内环和功率外环中加入解耦因子,分别消除由锁相环(phase locked loop,PLL)控制结构和功率外环控制参数不对称造成的频率耦合,使得变流器序导纳矩阵中的反对角元素为0。由于电网的序阻抗矩阵中反对角元素也为0,故并网变流器系统可以看作单输入单输出(single input single output,SISO)系统,进而能够运用传统的奈奎斯特判据分析其稳定性。解耦后的系统不存在频率耦合振荡现象,无需应用广义奈奎斯特判稳,便于分析系统振荡机理和谐振问题,分析结果可用于指导变流器控制器设计、电网规划及运行。仿真和实验都验证了所提全频带解耦方法的可行性和有效性。