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。     

基于平坦系统的VSC-HVDC控制

简述平坦系统和基于平坦系统的控制策略的概念;建立电压源变流器型直流输电(VSC-HVDC)的状态方程,证明VSC-HVDC可以作为平坦系统。将变流器输出电流作为平坦输出向量,利用平坦系统控制理论建立VSC-HVDC的双环控制系统;控制外环根据控制目标产生电流的参考轨迹;控制内环利用前馈和反馈控制输出电流,即用平坦输出和输入之间的函数关系产生输出电流的前馈分量,用比例积分控制产生消除误差的反馈分量。用仿真软件建立VSC-HVDC模型,通过仿真分析功率阶跃变化和电网接地故障时系统的响应情况,并和传统的串级控制进行比较,结果显示平坦系统控制使系统的波动更小。最后得出结论:基于平坦系统的控制策略可以显著提高VSC-HVDC系统的动态性能。     

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。     

模块化多电平换流器功率平坦控制策略

首先,建立了ab坐标系下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流电压与功率之间的数学模型,结合微分平坦理论提出一种可适用电网正常和故障2种工况下的MMC直接功率平坦控制策略。控制器分为前馈控制和误差补偿2部分:前馈控制根据期望输出及输入控制变量与输出量之间的数学关系,规划系统控制变量的运行轨迹;误差补偿环节消除系统不确定因素和外部干扰引起的实际输出与期望输出间的误差。为获取电网电压不平衡功率参考值,提出一种无需电流正负序分离的功率补偿方法。仿真结果表明,所提出的控制策略在电网电压平衡和故障2种工况下运行良好,且不受电感参数变化和电网频率偏移的影响。     

基于微分平坦理论的单相PWM整流器直接功率控制

在ab坐标系下建立了单相PWM整流器交流侧电压和功率的数学模型。根据微分平坦理论,选取了系统的状态变量、输出量和中间变量,提出了单相PWM整流器直接功率平坦控制策略。依据微分平坦设计的控制器分为前馈控制和非线性误差反馈补偿两部分。前馈控制用系统输出量的期望值来规划状态变量的运行轨迹;非线性误差反馈补偿校正控制系统平坦输出,消除了输出量期望值和实际值误差。仿真结果表明,在系统网侧电压的幅值和相位突变时,直流侧电压能保持较好的稳定性,且直流电压跟随有功功率和无功功率参考值的轨迹能快速作出响应,系统抗干扰能力强、鲁棒性好。     

计及换流站间电压误差的VSC-MTDC系统自适应下垂控制

针对多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统中各换流站之间功率协调控制的问题,提出一种计及换流站间电压误差的自适应下垂控制策略。该策略考虑多个换流站间直流电压的误差对功率调节的影响,当直流电压达到允许的波动极限时,所有采用自适应下垂控制的换流站几乎同时达到或接近满载,可以最大限度地利用换流站的有功功率容量,提高了按换流站功率裕度分配不平衡功率的准确性。此外,下垂系数根据换流站的可用功率变化量和允许电压变化量灵活调节,可使直流侧电压波动显著降低。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于电压下垂特性的MMC-MTDC协调控制策略

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统中各个换流站的控制对整个系统电压和功率的稳定是至关重要的。基于电压与功率的关系进行设计的传统下垂控制器无法实现受端换流站之间的功率分配。针对这一问题,提出了一种基于电压下垂特性的多端组网协调控制策略。对MMC型换流站数学模型进行了详细地分析并根据多端直流组网结构的特点,推导出各换流站之间电压和电流关系。基于换流站U-I特性曲线,设计了电压外环控制器,通过改变U-I特性曲线的斜率即可实现换流站之间的功率分配。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端模型,仿真结果显示,通过调整U-I特性曲线斜率即可实现受端换流站功率按既定要求分配,验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于V-I特性的多端柔性直流输电系统的控制策略

针对典型的分布式电站如大型海上风电场的柔性直流输电接入和控制问题,本文建立了一个具有两个发送端和两个接收端的多端柔性直流输电系统,说明了针对该多端直流输电系统的框架结构与运行原理,给出了一种各个换流站之间的协调控制策略.该控制策略对送端换流站采用定交流电压与定频率控制,对受端换流站,通过分析其直流网络特性,并基于受端换流站的电压-电流(V-I)特性曲线,得到了各受端换流站吸收的功率之比与其V-I特性曲线的斜率之间的关系.在此基础上提出了一种在电压外环采用比例控制的方法,推导得出了比例系数与受端换流站的V-I特性曲线的斜率之间的关系,给出了调节功率分配的方法.通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该控制方法的正确性,仿真表明该控制方法具有良好的稳态特性和动态性能.     

基于微分平坦理论的单相MMC环流控制器

针对模块化多电平换流器环流抑制策略的研究主要集中在三相,为此提出了一种基于微分平坦理论的单相MMC新型环流抑制策略。首先由二阶广义积分器提取二倍频环流量,然后经全通滤波器构造虚拟正交量,再由前馈控制和动态误差反馈两部分组成环流控制器,前馈控制作为主导控制量由输入变量和状态变量及系统期望平坦输出参考轨迹之间的函数关系构成;误差反馈控制用于消除期望值与实际值误差和内外部扰动的影响,增强控制器动态响应速度。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提环流控制策略的有效性。     

一种新型的MMC-RPC功率控制策略

为综合治理牵引供电系统中的电能质量问题,分析V/v变压器左右两侧供电臂上的功率关系,通过有功功率平衡、无功功率补偿以及谐波功率分离等方式综合治理无功功率、谐波、负序等电能质量问题。同时,在对基于模块化多电平的铁路功率调节器(MMC-RPC)直接功率控制的基础上引入微分平坦控制理论。选取供电臂上的有功和无功功率作为系统的输出量,并结合微分平坦理论证明其满足微分平坦条件,使得整个MMC-RPC为微分平坦系统。控制系统由前馈控制与误差反馈控制两部分组成,前馈控制环节产生主控制量,反馈控制环节产生修正控制量。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,模拟不同的工况进行仿真,并与其他控制方式进行对比,所得结果验证了该控制策略的有效性与优越性。     

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。     

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。     

直流电容储能反馈和负载功率前馈的Boost变换器控制策略

从Boost变换器的状态空间平均方程数学模型出发,推导出其功率传递关系。在此基础上提出了一种以电流作为内环、直流侧电容储能作为外环的反馈控制策略,电流内环采用滞环电流控制,电容储能外环采用PI调节器控制,并设计了相应的控制器。为了进一步提高系统的快速性,减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率的前馈,并给出了前馈功率的估计算法。实验比较了传统的电压电流双闭环和所提控制策略的动、稳态特性,结果表明,所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

VSC-MTDC系统直流电压自适应斜率控制策略

针对电压源型换流器多端直流系统,提出了一种直流电压自适应斜率控制策略。该控制策略考虑了换流站运行工况及功率裕度,将稳定直流电压的任务分配给多个换流站,保证了功率裕度较少的换流站分担较少的不平衡功率,功率裕度较大的换流站则承担较多的不平衡功率,实现了不平衡功率的合理分配,避免换流站在按照固定直流电压斜率运行时因满载无法对直流网络潮流变化进行响应的情况。最后在PSCAD/EMTDC中以一个四端柔性直流输电系统为例进行仿真,验证了所提出的控制策略的有效性。     

任意负载条件下动态电压恢复器的复合谐振控制策略

针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐波电压所对应的谐波电流成分并控制DVR产生反向的谐波电流,间接消除了DVR输出电压中的谐波成分,显著提高了动态电压恢复器对任意负载特别是对非线性负载的电压补偿能力。实验验证了所提控制策略的有效性。     

三相并网逆变器微分平坦控制策略

对并网逆变器的控制传统方式通常将非线性系统线性化后设计控制器,根据微分平坦理论直接对并网逆变器设计非线性控制器。首先建立了并网逆变器的数学模型,根据微分平坦理论基本定义证明了并网逆变器具有平坦性,并设计相应的控制器。控制器主要分为两部分:参考轨迹生成和轨迹实现,轨迹生成是指在选取合适系统平坦输出量在空间规划状态变量的参考轨迹,轨迹实现部分则利用前馈参考轨迹和反馈误差补偿量根据系统状态方程生成并网逆变器的输入控制量,同时前馈量处于控制系统的主导地位使得整个系统的动态性能得到提高。最后通过搭建仿真模型验证了文中提出的控制策略的有效性。     

多端柔性直流输电直流电压控制策略研究

多点直流电压控制常用于系统功率经常变化的多端柔性直流输电系统,因此系统功率调节和分配的性能就成为保证系统正常运行的一项重要指标。基于换流站容量裕度和调节速度,提出一种直流电压自适应斜率控制策略,把常规直流电压斜率控制策略中斜率参数固定修正为根据实际运行工况变化的自适应斜率控制,实现了不平衡功率基于换流站容量裕度的合理分配。运用PSCAD/EMTDC软件平台建立中压四端柔性直流输电系统模型,仿真结果验证了所设计的直流电压自适应斜率修正控制策略能有效维持系统的稳定运行。     

直流电容储能反馈和负载功率前馈的PWM整流器控制策略

首先介绍了三相电压型PWM(pulse width modulation)整流器在dq轴系下的数学模型,分析了整流器的能量和功率交换关系。提出了一种电流内环、直流侧电容储能作为外环的电容储能反馈控制策略,并给出了环路设计方法。为了减小负载的不确定性对整流器系统的影响,引入了负载功率前馈估计算法。最后,实验比较了传统的电压、电流双闭环和本文所提出的控制策略的动、稳态特性。结果表明,本文所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压、电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。     

基于多端直流网络潮流分布的变斜率下垂控制策略

柔性直流输电(flexible AC transmission system,FACTS)是大规模可再生能源并网的有效技术手段。下垂控制作为多端直流输电系统(multi-terminal high voltage direct current transmission,MTDC)主要的站间协调控制方式,存在直流功率利用率低、直流电压质量较差、易造成系统过电压等缺点。为有效改进下垂控制的控制性能,首先推导直流网络通用潮流计算算法,该算法适用于换流站任意控制方式组合的直流网络。基于潮流计算结果,提出变斜率下垂控制策略。该策略制定了3种控制模式,根据不同需求,通过相关计算,重新分配下垂系数。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建4端直流网络进行时域仿真验证。结果表明,所提出的变斜率下垂控制策略能有效减小稳态误差,并有效预防过电压。