基于反馈线性化的高性能逆变器数字控制方法

传统逆变器控制方法大多基于小信号原理,其频域模型并不能保证系统在大信号扰动下的稳定性。提出一种新型的基于逆变器大信号模型的反馈线性化控制策略,可改善逆变器在输入电压波动和输出负载扰动下的输出特性,并具有良好的电压和电流跟随特性。根据逆变器电路的大信号方程,分析提出数字控制器的线性化反馈结构及其参数设计方法。与传统控制结构相比,此控制策略在动态响应和稳态精度上更具优越性,并具有较强的鲁棒性。仿真与实验结果均验证了该策略的正确性和有效性。     

带四线制整流桥负载同步发电机的等效电路模型与小信号模型

带四线制整流桥负载的发电机始终处于非对称运行状态。为了进行系统性能的解析分析,将发电机的d、q轴变量分解为低频和高频分量分别处理,忽略了转子回路对高频电流的电阻及阻尼绕组对低频分量的作用,并在假定交、直轴超瞬态电抗相等的基础上,建立了同步发电机的等效电路模型,通过在稳态运行点线性化处理得到了等效发电机的小信号模型。文中还给出了稳态等效发电机的Park方程、相量图及稳态量的计算方法。分别通过发电机整流桥硬件系统的试验及在PSCAD/EMTDC软件环境下详细模型的仿真验证了等效电路模型,也间接证明了小信号模型的正确性。文中的等效电路模型与小信号模型可分别应用于此类系统的性能分析与小扰动稳定性研究。     

无线电能传输系统小信号模型降阶研究

无线电能传输(WPT)系统具有高阶、非线性及强耦合的特点.为准确描述WPT系统动态响应,进而实现控制系统的优化设计与分析,该文以LCL-S电路拓扑为研究对象,利用广义状态空间平均建模方法得到WPT系统的大信号模型,在此基础上建立系统高阶小信号模型.同时,为简化系统控制器设计,采用拉盖尔多项式展开与平衡理论相结合的方法,对高阶小信号模型进行降阶处理,即将11阶系统降为3阶.仿真与实验结果表明,降阶系统与全阶系统具有相似的动态响应及小扰动稳定性,验证了降阶模型的有效性与准确性,为WPT控制系统的设计奠定了模型基础.     

基于粒子群优化算法的VSC-HVDC系统的控制参数优化策略

建立了双端基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统的小信号模型;利用特征根分析法,基于线性化状态空间模型,将与系统特征根直接相关的振荡模式和衰减模式的罚函数作为目标函数;提出了基于粒子群优化算法的VSC-HVDC系统的控制参数优化策略,对整个系统的控制参数同时进行整体优化。仿真结果验证了小信号模型的正确性;优化后的系统在小扰动、大扰动、潮流反转及故障情况下均具有较高的控制精度,整个系统的稳态与暂态特性均得到较大改善。     

LCC-MMC串联型混合直流输电系统小信号建模

该文建立了整流侧为电网换相换流器(LCC)、逆变侧为LCC和模块化多电平换流器(MMC)串联的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型.首先,推导LCC的交直流侧等效电路和考虑内部动态特性的MMC的交直流侧等效电路;然后,基于等效电路构建系统整流侧模型和逆变侧模型,并对直流输电线路和控制系统进行建模,通过组合各个部分模型得到全系统模型;最后,通过线性化全系统模型得到全系统小信号模型.通过对比基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态模型验证小信号模型的准确性;基于小信号模型,分析MMC定直流电压控制参数、逆变侧LCC定直流电压控制参数、锁相环(PLL)参数和交流联络线参数对系统小信号稳定性的影响.该文所提出的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型可用于系统的小信号稳定性分析,从而为系统设计和参数选择提供有价值的参考.     

管式换热器分布参数模型的分段线性化方法研究

管式换热器动态过程分布参数模型的解析求解是比较困难的，分段线性化是近似求解的有效办法。对不同抗动困难，各段之间的连接方式不同，不能简单处理成串联结构，否则将导致错误的结果。对于入口温度扰动，各段之间的联系为串联结构；对流量和加热量扰动，各段之间的联系为串联结构；对流量和加热量扰动，由于这些扰动在系统空间上具有同时性，因此各段之间的联系为串并联结构。该文针对三种不同扰动，分别推导出分段线性化的总传递函数的形式，并证明当分段数量趋于无穷大时，其结果与分布参数模型的解析解完全相同，从而也证明了可以通过提高分段数量改善仿真计算结果的精度。该文进行了实例仿真计算，主要针对温度和加热量扰动进行，仿真结果很好地验证了理论分析。     

双馈感应风力发电机强迫功率振荡的频域分析法

在建立双馈风力发电机小信号模型的基础上,通过状态方程的线性化,提出一种基于传递函数的动态频率分析法.以风速变化为输入量、电磁功率变化为输出量,建立了目标传递函数表达式并给出了各参数矩阵的求法.在不同风速扰动频率下,传递函数幅频特性曲线能定量地表征电磁功率波动幅值与风速扰动幅值比.当风速扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振.时域仿真波形图与幅频特性曲线相一致,验证了所提分析方法的正确性.     

全桥LC-LC串并联谐振逆变器小信号建模及闭环设计

主要研究恒频移相控制全桥LC-LC串并联谐振逆变器的动态性能,采用相量建模法PDM(phasor-domain modeling)对其小信号模型进行分析,通过将时域量变换到相量域,可以得到谐振逆变器的相量域大信号模型,再加入小信号扰动后即可得到相量域的小信号模型.在此基础上,对采用相量建模法建立的大信号及小信号模型,进...     

基于调速系统等值模型的电力系统发生扰动后最低频率预测

电力系统发生扰动后的最低频率预测是电力系统频率安全稳定分析的重要内容。提出一种基于调速系统一阶等值模型的电力系统发生扰动后最低频率预测模型。在传统的平均频率响应模型的基础上,将各调速系统的动态模型等值为一阶模型,并对调速系统的反馈输入进行不同形式的线性化近似,进而实现对平均频率响应闭环模型框架的开环处理,最终根据最低频率出现时刻的边界条件,建立耦合系统最大频率偏差的非线性代数方程。通过求解非线性代数方程组即可得到最低频率。通过与PSS/E中10机39母线系统的仿真结果进行比较,证明了所提算法能够快速、准确地计算得到系统发生扰动后的最低频率。     

基于扩展状态平均法的隔离型多端口移相全桥双向直流变换器建模研究

建立了一种用于混合储能系统的隔离型多端口双向直流变换器的数学模型。通过星-网变换建立了移相控制下直流变换器多端口网型等效电路,通过扩展状态平均法建立了N端口变换器在电感电流连续时的状态平均模型和小信号模型,并分析了各端口之间传输的功率。仿真比较了不同端口数下变换器的模型输出和拓扑输出,并以三端口变换器为例,分析了移相比扰动下的模型和拓扑电路的动态响应。结果表明,提出的多端口直流变换器的数学模型能够准确反映移相控制下多端口变换器的稳态性能和动态性能,且对于不同端口数量的直流变换器具有普遍适用性。     

计及全风况小干扰稳定的双馈风机变换器控制参数设计

随着双馈风电并网容量增大,系统的稳定性与风机变换器控制参数的相关性也越来越大,风机变换器控制参数整定时必须计及电网小干扰稳定性。针对双馈风机单机无穷大系统,建立风机工作在全风况下的小信号模型,采用李雅普诺夫线性化方法并考虑风速分区,分别推导出风机在最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区电网小干扰稳定分析的状态方程。分析风机变换器控制参数与特征根之间的相关性,引入表征系统稳定性强弱的小干扰稳定裕度指标,提出使系统全风况小干扰稳定的风机变换器控制参数设计方案。实例仿真表明:所提方案可快速获取有效参数,并保证全风况下电网小干扰稳定性。     

交直流混合运行电力系统动态稳定分析中直流准稳态线性化模型的研究

建立了小干扰动态稳定分析的直流系统准稳态模型线性化方程,并比较分析了直流系统分别采用准稳态线性化模型与直流恒定功率模型对交直流混合运行电网动态稳定的影响。计算结果表明,直流系统准稳态线性化模型可以用于交直流系统低频振荡分析中,而且,在不考虑直流附加控制的情况下,直流系统分别采用准稳态线性化模型和恒定功率模型计算得到的低频振荡特征值差别较小,为简化计算,工程应用时可以采用恒定功率模型来简化直流系统。     

平均电流控制下的DC/DC变换器大小信号统一动态模型

提出了适合平均电流控制下DC/DC开关变换器的大小信号统一模型.此模型可用于Buck、Boost和Buck-Boost变换器.它由两部份组成:一部份是开关变换器的平均电路模型;另一部分是平均电流控制器的电路模型.以平均电流控制下的Boost变换器为例,通过实验证明所提出的模型能够准确地预测平均电流控制下DC/DC变换器的稳态、小信号和大信号动态特性.     

IGBT模块的新型开关模型与损耗分析

为解决绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）模块开关模型适用性差、拟合度低、开关损耗难以实时连续计算的问题,通过分析IGBT模块开关过程的动、静态特性,着重考虑器件结温和杂散参数等参考量对IGBT开关过程中的瞬时电压、电流波形的影响,基于曲线拟合理论,建立了IGBT模块的开关模型与损耗模型。所建立的开关模型通用性强,适用于相邻开关周期内开关管导通电流不相等的电路;损耗模型精确度高,能够实时累加计算电路的损耗数值。基于Matlab/Simulink环境对开关过程进行仿真并搭建了双重移相DC-DC实验样机进行验证,仿真与实验结果验证了所提出的开关模型及损耗模型的正确性和准确性。     

并联H桥DC/DC变换器软开关技术研究

与传统的Buck电路相比,基于H桥并联的DC/DC变换器可以实现电压的双极性输出和故障时的冗余控制,非常适合用于大功率电动机正反转控制的场合。分析了并联H桥型DC/DC变换器的结构组成和双脉宽调制(PWM)模式。为了降低双脉宽调制下H桥型DC/DC变换器的开通和关断损耗,对无源软开关技术进行了分析,重点探讨了RCD缓冲电路和最小应力缓冲电路之间的性能差异,指出最小应力软开关技术可以获得更好的软开关性能,并就将其用于双脉宽调制下的并联H桥DC/DC变换器进行了仿真研究。仿真结果表明:最小应力软开关技术用于双脉宽调制下并联H桥DC/DC变换器时,可以实现开关管的零电压开通和零电流关断。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

基于脉动参数热路模型的架空线路动态增容风险评估

架空输电线路动态增容的热路模型对环境气象依赖性小,但忽略了环境热阻脉动,故当线路温度波动时,增容风险评估可能出现偏差。为此,通过引入平均热阻和脉动热阻参数,提出了一种计及参数脉动特性的线路增容热路模型。基于参数辨识和马尔可夫链方法,对模型参数及其随机特性进行了确定。利用架空导线温升实验平台,对所提模型有效性进行了验证。实验与计算结果表明:当导线温度存在波动时,参数辨识方法得到的平均热阻精度高于传统计算方法;马尔可夫链能够得到脉动热阻的统计规律,并生成随机特性相似的模拟序列;得到热阻参数后,所述模型能够描述导线温度受环境气象影响而产生的波动,并以概率形式对载流量进行有效估计,将增容风险控制在合理范围内,为电力系统运行和调度提供必要依据。     

基于优化的Thevenin模型的镍氢电池仿真

针对镍氢动力电池开路电压的动态滞回特性,在Thevenin仿真模型的基础上对开路电压的选取进行优化,仿真模型主要优化开路电压与历史充放电方向的关系。对镍氢电池进行混合脉冲功率特性测试(HPPC),用递推最小二乘法对模型参数进行系统辨识,用Simulink搭建电池Thevenin经典模型及优化模型,用变电流对模型进行仿真分析。仿真结果表明:优化模型输出平均电压误差10 mV,对于电动汽车的实际工况而言,优化模型更能体现电池特性。     

一种碳化硅器件三电平电路的损耗计算方法

三电平电路较之两电平电路,斩波频率高,谐波小,有利于滤波器的优化设计,以及能更好地用于高速电机的驱动.三电平电路中开关器件的损耗是影响逆变器性能的主要因素,而传统的IGBT损耗计算方法不适用于SiC MOSFET,且常用的物理模型方法计算量较大,因此,为了精确且简便地计算分析开关器件的损耗,通过平均值法和SiC器件的损...     

级联H桥Boost PFC电源建模及应用研究

针对电感电流断续导电模式(DCM)功率调节器固定占空比,输入电流纹波含量大导致功率因数降低的问题,提出了一种具有自动调节功能的级联H桥开关周期平均模型。给出了Boost PFC电路拓扑结构,并分析了该电路的工作原理。论证推导了在DCM模式下时均模型修正方程表达式。利用LTspice软件进行仿真分析并进行实验验证,其结果与传统固定占空比的DCM功率调节器相比,很大程度减少了低频输入电流纹波,有效降低了谐波含量。仿真结果和样机实验验证了所提出的模型和控制策略的有效性。