Buck_Boost变换器恒功率负载优化算法

本文以非线性Buck_Boost直流变换器为研究对象,利用状态反馈线性化,将模型转化成线性标准型。针对系统发生的恒功率负载和阻性负载波动,设计Luenberger观测器对负载总功率进行观测,根据观测的负载总功率计算出系统新的稳定工作点。最后通过求解线性二次型最优控制问题优化系统性能指标,优选出控制输入量,驱动系统状态快速达到稳态点,对于扰动情况也具有较强的鲁棒性。仿真结果验证了设计方法的有效性。     

基于无源控制的Buck变换器稳定性研究

直流微电网中存在大量的恒功率负载,由于恒功率负载具有负阻抗特性,会给电源系统的稳定运行带来不利影响,不利于负荷的即插即用。通过分析带有恒功率负载的Buck变换器动态特性,基于无源控制理论和系统的状态空间数学模型将传统无源控制器与比例积分调节器相结合,得到自适应的无源反馈控制器,用于消除由负载变动引起的稳态误差。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明:与传统无源控制相比,在恒功率负载发生变化时,改进后的无源控制器能对扰动快速响应,输出电压无稳态误差,具有更好的稳定性能。最后,该控制策略的有效性在Opal-RT实时仿真机上得到了进一步验证。     

双有源桥DC/DC变换器输出电压优化控制策略

基于电压控制的双有源桥(DAB)DC/DC变换器是直流微电网中控制直流母线电压的核心变流器装置,电容电压反馈控制作为DAB控制中的常用策略存在着控制系统增益与传输功率耦合的问题,并且控制性能受恒功率负载的负阻抗特性的影响较大。为优化DAB的控制性能,在充分分析耦合问题产生的原因、恒功率负载的负阻抗特性的影响的基础上提出了一种基于电容能量反馈解耦的优化控制策略。通过电容能量反馈控制消除DAB控制性能与恒功率负载的耦合;结合基于模型的解耦移相控制得到对应的移相控制信号,解除传输功率对控制系统闭环增益的耦合,实现了以DAB为核心的直流微电网控制性能的优化。理论分析与试验结果验证了所提控制策略的有效性     

Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

Boost变换器带恒功率负载状态反馈精确线性化与最优跟踪控制技术研究

分析了Boost变换器带恒功率负载的特性，推导出系统传递函数并得到系统稳定运行条件。采用状态反馈精确线性化技术对系统进行控制。根据Boost变换器带恒功率负载的特点，将最优跟踪技术应用于精确线性化控制中，得到系统非线性控制律。用SABER软件对得到的控制律进行了仿真。仿真结果表明：精确反馈线性化结合最优跟踪可以对Boost变换器带恒功率负载系统进行有效的控制，使系统具有理想的稳态特性和动态响应，在电源及负载大范围变化时，保证系统的稳定运行，满足不同类型负载的要求，具有大信号稳定特性。     

恒功率负载条件下Boost变换器复合控制技术

直流微电网中大量接入变换器驱动负载,因其输入阻抗往往表现出负阻抗特性,易与供电单元产生交互作用,极大地衰减了系统阻尼,激发了系统振荡。为此,针对直流微电网源侧Boost变换器,此处提出一种无源控制(PBC)和扩张高增益状态观测器(EHGSO)相结合的复合控制方法,首先建立了考虑多因素影响的Boost变换器模型,然后结合无源理论及观测器理论设计了复合控制器,确保了系统在不同负载工况下的全局稳定性,并在实验室内建立了含两台120 W原理样机及一台恒功率负载的实验微电网系统,通过实验验证了所提方法的有效性和正确性。     

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略

直流微电网中,当双有源全桥(DAB)变换器及直流固态变压器(DCSST)带恒功率负载运行时,恒功率负载负阻抗特性会对系统的稳定性造成不良影响。文中提出了一种基于非线性扰动观测器及反步控制的新型复合带恒功率负载直流变换器控制策略,推导得出DAB变换器和DCSST数学模型的布鲁诺夫斯基标准型,采用基于非线性扰动观测器的大信号非线性扰动估计方法作为前馈补偿提高输出电压调节的准确性,结合反步控制方法保证DAB变换器和DCSST在大信号扰动下的稳定性。实验结果表明,所提出的控制方法既能在大信号扰动下保证DAB变换器和DCSST的稳定性,又能在不同工况下保证快速动态响应和准确的电压跟踪。     

基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制

针对直流微电网中母线电压控制问题,设计一种基于鲁棒扰动观测器的动态补偿控制策略,完成DC-DC变换器的电压补偿。首先,在直流微电网系统架构的基础上对母线电压波动进行理论分析。其次,建立直流微电网系统的DC-DC变换器状态空间数学模型,得到控制系统的输入输出关系。根据鲁棒双互质分解和尤拉参数化稳定控制器理论,得到基于鲁棒扰动观测器的控制架构,应用模型匹配理论反向补偿电流扰动所产生的输出值。通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解电压环补偿控制器,并根据DC-DC变换器的动态结构图设计电流环补偿控制器。半实物仿真结果表明,该架构能够在不改变原系统结构参数的前提下,提升DC-DC变换器的动态性能,抑制负载投切、功率波动以及交流侧负载不平衡等引起的直流母线电压波动,增强系统的鲁棒性。     

直流微电网自适应滑模控制策略

为提高微电网的稳定性,提出一种集自适应观测技术、滑模控制方法、定频PWM技术于一体的新型定频PWM自适应滑模控制策略,可在不需要增加额外传感器/硬件电路的情况下实现对状态变量的快速跟踪和调节,便于直流微电网内微电源和负荷的扩展与即插即用,且简化了滤波器的设计难度。同时,采用非线性复合控制方法在恒功率负载突变的情况下实现对母线电压和系统稳定控制的目标。初始状态的合理选择、变切换面的设计,使得状态变量全程处于滑动模态,并且抖振现象得以减轻。在包含光伏电源、燃料电池、蓄电池、双向Buck/Boost变换器、恒功率负载与阻性负载的直流微电网仿真环境中,验证了所提控制方法的有效性。     

直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略

建立了Boost变换器带恒功率负载时控制系统的小信号模型,分析了影响母线电压稳定的相关因素,证明了增加直流母线电容有利于提高直流母线电压稳定性,针对该结论对Boost变换器提出一种虚拟电容电流前馈控制策略。小信号模型分析、仿真和实验结果均表明这种控制策略能有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统功率稳定输出范围。     

含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

交直流混合微电网接口变换器虚拟同步发电机控制方法

随着分布式发电技术的推广,交直流混合微网以其灵活性正得到越来越广泛的研究和应用,而接口变流器是其核心部件。提出了一种接口变换器虚拟同步发电机控制策略。该策略不仅能使交直流子网有功功率分配更加均匀,还能使系统在大容量负荷投切过程中响应更加平滑,降低交直流子网快速功率波动的耦合影响。Matlab/Simulink仿真算例的验证结果表明,提出的接口变换器虚拟同步发电机控制方法能够降低交直流子网功率传导影响,有利于提高交直流微电网的运行稳定性。     

基于阻抗网络模型的多变流器直流微电网小扰动稳定性分析

大量新能源设备与负荷通过电力电子变流器接入直流微电网,导致多变流器直流微电网(MCDCM)的小干扰稳定性面临严峻挑战,且使用传统阻抗比与状态空间模型分析MCDCM时存在一定的局限性.基于变流器端口的阻抗特性,建立MCDCM的阻抗网络模型与具有开环稳定特性的负反馈系统,并将阻抗网络模型应用于直流微电网的稳定性判别与设计.一个包含6个变流器的MCDCM的时域仿真结果验证了该方法在MCDCM稳定性判别与设计中的优势.     

交直流混合微电网分段协调控制策略

为解决交直流混合微电网因微源出力变化、负荷变化和储能装置因荷电状态导致充放电功率发生变化等引起的功率波动问题,提出一种混合微电网分段协调控制策略。针对孤岛状态下的混合微电网,分析了混合微电网的典型拓扑和各运行模式下的功率关系。采用标幺化的方法得到了可表征混合微电网整体运行状态的特征量,根据该特征量的变化量对控制策略进行分段,对各段控制的工作原理进行了详细的分析,具体研究了在不同控制段中各变流器的相互协调;针对可能出现的网间交换功率振荡以及互联变流器(ILC)运行模式频繁切换的问题,对动作判据进行了补偿。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,仿真结果表明,在不同工况下各变流器均可迅速做出响应,保证系统的稳定运行。     

直流微网系统的多模态运行控制

详细分析了系统处于并网和孤岛模式的运行情况,归纳设计了系统的9种工作模态,并针对每一种工作模态提出基于本地信息的系统整体协调控制策略,来协调光伏接口、储能接口及网侧接口的工作方式,旨在保证直流母线电压维持恒定,确保对电压变化敏感的重要负荷(如恒功率负载)的可靠供电和系统的能量平衡及稳定运行。根据电网状态、分布式电源输出功率与负载需求关系、蓄电池荷电状态等本地信息,决定系统的工作模态及模态间切换,所提控制策略有效维持了直流母线电压的恒定,实现了直流微网系统的运营可靠性。最后利用Matlab/Simulink进行仿真研究,结果验证了所提方案的有效性。     

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。     

光伏直流微网协调直流电压控制策略的研究

直流微电网是新能源发电接入常规公用电网的一种有效方式,并以其显著的优势成为微电网技术研究的一个新方向。本文以光伏发电系统、储能系统、交直流负荷组成的直流微电网为研究对象,在分析该直流微电网运行状态的基础上,提出了直流电压协调控制策略。该控制策略根据直流电压的变化量以及蓄电池的荷电状态SOC(State of Charge)自动协调各换流器的工作状态,从而实现了在各种运行工况下直流微电网内的有功功率平衡,达到了维持直流母线电压稳定的目的。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真实验,结果验证了该控制策略的有效性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。