不平衡负载工况下三相变流器有源功率解耦控制

三相电压源型变流器(VSC)对于微电网的稳定运行有着重要的作用。然而,孤岛工况下带三相不平衡负载运行时,交流侧产生的二次脉动功率耦合至直流侧,导致系统的工作性能降低并影响系统的寿命。针对该问题,在二次功率脉动分析的基础上,提出了一种基于虚拟三相瞬时功率的解耦控制策略,通过控制虚拟三相瞬时功率脉动分量为0,在不增加开关器件的情况下,利用LCL滤波器中电容提供负载所需二次脉动功率,实现交直流侧二次脉动功率解耦。在此基础上进一步分析了该拓扑结构直流侧所需的最低电压以及电流应力影响因素。最后仿真和实验结果均表明所提控制策略可以较好地实现功率解耦控制,直流侧源电流二次脉动分量大大减小,有利于提高系统控制性能和实现直流侧电容轻量化。     

一种APF直流侧电容电压的新型控制策略研究

针对传统PI控制方法存在的超调量过大、电压纹波问题的缺陷,提出一种有源电力滤波器(APF)直流侧电容电压的新型复合控制策略,即将自适应检测无差拍控制产生的误差,经由重复控制,从而进一步减小控制误差。分析比较了传统的PI控制方法与基于重复控制的自适应预测无差拍控制方法,并对直流侧电容电压的控制进行了仿真,结果表明了该新型控制策略的可行性与优越性。     

基于虚拟直流母线结构的轴向磁场永磁电机小电容驱动系统

该文提出一种新的有源功率解耦电路及瞬时电压控制策略,基于此构建轴向磁场永磁电机(axialfieldpermanent magnet,AFPM)的小电容驱动系统。该有源功率解耦电路在电网、直流母线之间构建2套功率供给通道,增加了电网脉动功率控制自由度和灵活性。控制解耦电容电压跟踪虚拟直流母线电压脉动量变化,有效抑制电网脉动功率对直流母线电压的影响。将瞬时电压控制策略引入到小电容AFPM电机驱动系统直流母线电压抑制环节,进一步将直流母线电压波动控制在较小的范围内,实现静、动态工况下小电容AFPM驱动系统高性能运行。分析该有源功率解耦电路的工作机理,对其数学模型进行推导,详述电路关键参数的设计思路。最后,通过原理样机验证该解耦电路及对应小电容驱动系统的有效性。     

直流微网系统中混合储能分频协调控制策略

针对直流微网架构的特点,设计了一种分频段响应的控制策略。通过母线电压的反馈来提取功率波动,利用直流母线电压环和超级电容电压环设置高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器这三个"隐形"滤波器。其中母线功率波动的高中低频分量依次由母线电容、超级电容和蓄电池响应,从而充分利用了蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环使用寿命长的优点,有效提升了储能系统的性能。而且,隐形滤波器的实现完全由软件控制完成,具有很好的灵活性和适应性,且无需增加额外的硬件成本。最后,通过实验验证了所提出的混合储能控制策略的有效性。     

含超级电容的新能源直流微电网系统控制策略研究

在含新能源的直流微电网系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以满足要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。将蓄电池与超级电容相连接构成混合储能模块,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供或吸收负载波动功率高频分量,以抑制负载或新能源功率突变对直流母线造成的冲击。提出了含分布式发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。实验表明,该控制策略可控制蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

基于逆变器两侧能量平衡的HAPF电流控制策略

针对注入式混合有源电力滤波器(HAPF)实际应用过程中出现的电网基波和谐波电压致使有源部分分压过高并向其传送能量,从而与逆变器产生的电网谐波补偿能量相抑制形成能量脉动,并导致直流侧电压的波动乃至抬升的现象,建立了有源部分逆变器两侧的能量平衡数学模型,在此基础上提出了基于比例增益在线自调整结合递推积分的改进型PI控制器,控制有源部分吸收或释放一定的有功功率,结合检测注入支路回灌谐波电流控制逆变器产生与之相反的抑制电流来抑制能量脉动,然后联合电网谐波电流跟踪控制以获得系统参考信号.实验结果证明该方法能够有效抑制有源部分逆变器两侧的能量脉动,控制直流侧电压的稳定,从而提高了系统的滤波性能.     

单独注入式APF直流侧电压的稳定控制

有源电力滤波器(APF)的直流侧电容电压不稳定直接影响滤波装置的补偿性能.通过对单独注入式.APF的直流侧电容电压升高机理进行分析,得出了APF的能量交换中有功功率与无功功率的流动造成直流侧电压的波动,同时当逆变器开关损耗及输出滤波器内阻损耗小于回灌到APF直流侧的有功功率时,直流侧电压也会抬升的结论.一方面在注入电路参数设计中考虑了实际应用中要注意电网电压的冲击等情况,以保证逆变器中功率器件的安全运行;另一方面提出对直流侧电容电压进行模糊控制的方法,通过检测滤波器支路的基波电流,控制APF产生与基波电流方向相同或相反的基波电压,来实现主动地控制APF从电网吸收或向电网释放有功功率,从而提高了电容电压稳定性.     

H桥链式STATCOM直流电容电压稳定与均衡控制

H桥链式静止同步补偿器(STATCOM)是目前高电压大容量无功补偿装置的首选.由于其直流侧各链节的电容存在充放电过程和无公共母线而相互独立,不可避免地会出现直流侧电容电压脉动与失衡问题,而保持直流侧电容电压稳定与均衡是实现STATCOM装置高效动态补偿的关键.为此,此处详细分析了 H桥链式STATCOM直流侧电容电压脉动与失衡的机理,提出了一种适用于其直流侧电容电压稳定与均衡的综合控制方法,采用零序电压注入法调节相内有功功率均衡来实现各相变流器直流侧电容电压间的均衡,通过控制相内子模块的有功分配实现各相内的H桥功率单元模块直流侧电容电压间均衡.最后,在实验装置中对该方法的可行性及有效性进行了验证.理论分析和实验结果显示,所提控制方法具有稳定性高、动态性能好的优点.     

基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。     

电容不匹配下直流分裂电容功率解耦衍生谐波识别与优化控制

传统上,在直流母线上安装大容量电解电容可有效吸收单相AC-DC变换器的二次脉动功率、降低直流电流或电压脉动。但电解电容存在体积大、寿命短等问题,有被可靠性更高的有源功率解耦取代的趋势。基于直流分裂电容的半桥解耦电路作为有源功率解耦拓扑的一种,独立运行于单相变换器,具有安装方便、应用灵活和反馈控制解耦精度高的特点。但相关研究均基于完全匹配的分裂电容进行分析,忽略了湿度和时间效应对于电容容值和功率解耦性能的影响。为提高解耦电路实际运行中的性能,对电容不匹配下的直流分裂电容进行分析,识别由此衍生出的直流和交流侧谐波的产生机理。以标准IEEE 1547-2003为谐波抑制目标,提出在分裂电容电压上引入直流偏置的谐波抑制准则和反馈控制,无需在线测量电容来识别电容漂移量,具有高解耦精度、高鲁棒性的特点。最后,以一台1kW实验样机对谐波抑制准则和功率解耦性能进行验证。     

实现有源功率解耦控制的改进三相四桥臂拓扑

传统三相四桥臂拓扑在含单相/三相不平衡负载或源的微电网系统中备受关注。然而当采用现有策略控制电压三相平衡时,由于单相/三相不平衡负载或源的存在,交流侧电流存在负序分量,将引起瞬时功率二次脉动,耦合到直流侧,导致直流电压或电流含有二次纹波,影响系统性能和寿命。针对该问题,文中提出了一种改进的三相四桥臂拓扑,并通过有源功率解耦控制,在不增加开关器件的基础上,使交流侧的二次脉动功率由交流侧电容提供,直流侧仅需提供交流侧平均功率分量,实现功率解耦并减小系统总电容量。其次,分析了所提拓扑直流侧所需最低电压和开关器件电流应力的影响因素。最后,仿真以及实验结果表明所提改进拓扑和策略在保证电压质量的同时可以实现有源功率解耦,有利于改善系统性能并实现直流侧电容轻量化。     

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。     

单相有源电力滤波器L2增益重复控制新方法

提出一种适合于单相有源电力滤波器的L2增益重复控制新方法。这种方法在所建立的考虑干扰和参数摄动影响的单相有源电力滤波器端口受控哈密顿系统平均化模型基础上,首先通过对误差系统方程的等价变换,将参数摄动的影响转化为周期干扰的一部分;而后设计L2增益重复控制方法,利用重复控制对周期干扰进行补偿,利用L2增益控制确保重复控制的收敛性和对控制目标的渐近跟踪,并抑制非周期干扰对控制效果的影响;此外,该方法还采用在大电容情形下忽略波动量影响的方式克服了准确在线计算直流电容参考电压波动量的困难。仿真实验中通过与采用传统PI控制策略和L2增益控制方法时的结果进行对比,验证该文所提出方法的正确性和有效性。     

三电平两桥臂有源电力滤波器单周控制策略

提出了一种三电平有源电力滤波器（APF）单周控制策略及其均压方法。以三电平两桥臂变换器作为拓扑结构,能够有效降低硬件成本,在充分理解工作原理的基础上,详细推导了控制目标方程。为了抑制直流母线上、下电容电压的波动,提出了两种均压方法：电压模式均压和电流模式均压。仿真结果表明本文所提出的单周控制策略可有效补偿谐波,抑制直流母线上、下电容电压的波动,从而验证了该控制策略的有效性和可行性。     

单相PFC输出母线电压波动抑制与脉动功率转移技术

采用电解电容抑制单相功率因数校正PFC(power factor correction)输出母线电压波动的方式受到电解电容本身寿命短、体积大等因素限制,难以做到高功率密度以及长时间稳定性。因此,提出一种采用双向升降压电路实现输出母线功率解耦的策略,从而可移除母线处的电解电容。详细分析了解耦电路的基本工作状态,并基于相关参数的设计考虑提出一种新型控制方案,在双闭环的基础上引入输出母线电压波动加权控制,进一步增加在功率解耦支路与输出母线之间转移的脉动功率,减小母线电压纹波,实验结果验证该电路及控制方案的有效性。     

基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制

为了减小电网中非线性负载带来的谐波电流对电网质量的影响,针对基于H桥的有源滤波器装置中直流电容电压问题,提出一种新的控制方法。将控制模块分成模块均值电压控制器和直流母线电压控制器两个部分,通过调节每个H桥之间的有功功率交换和有源滤波器同电网间有功功率的交换来实现直流电容电压的平衡控制。利用该方法对八个单元H桥级联的并联型有源滤波装置进行Matlab/Simulink仿真,并基于FPGA+DSP实验平台搭建了三单元H桥级联样机。仿真和实验结果表明,基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制方法是有效和实用的。     

适用于直流配网的故障自清除型电力电子变压器

基于MMC-ISOP电力电子变压器结构的直流配电系统发生中压直流母线双极短路故障后,若采用常规半桥型MMC子模块,交流母线会与故障点构成三相短路而产生较大故障电流损坏功率器件,后级ISOP变换器输入侧若采用直接串联方式同样无法避免输入电容对地放电问题。提出具有故障电流自清除能力MMC子模块拓扑,未提高器件数量、电容耐压等级,且保证了阻断能力。提出DAB变换器输入侧混合串联型ISOP拓扑,可有效切断故障后电容放电通路,降低电容电压应力及电感电流脉动,缩短故障后系统恢复时间。利用Simulink软件搭建了直流配网稳态及故障状态仿真模型,仿真结果验证拓扑结构有效性及理论分析准确性。     

基于开关复用型子模块的电力电子变压器及其控制策略

直流配电系统一般采用双极性供电形式,其中真双极接线形式在故障工况下正、负极可单独运行,但成本较高,适用于对可靠性要求较高的场合。为实现电力电子变压器在真双极接线形式的直流配电系统中的应用并有效降低装置成本,文中提出了一种基于开关复用型子模块的电力电子变压器拓扑,并对其工作原理和控制策略进行分析。所提电力电子变压器控制包括低压端口电压控制和电压均衡控制,电压均衡控制器和低压端口电压控制器相互解耦,方便独立设计。相比传统真双极接线形式,所提子模块中双有源桥和电压均衡电路之间功率开关实现了有效复用,能够有效降低系统成本,提高功率密度。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

New DC Hybrid Filter for Attenuating Low-Frequency Ripple of AC-DC Power Converter

In this article, a new DC hybrid power filter is proposed to attenuate the low–frequency ripple of AC-DC power converter. The proposed DC hybrid power filter is connected between the DC bus of AC-DC power converter and the load, and it composes of a passive power filter and a single-arm power converter. The passive power filter can reduce the voltage rating of single-arm power converter, and the operation of single-arm power converter generates a virtual harmonic resistor connected to the load in series. The DC hybrid power filter can suppress the twice-utility-frequency ripple for eliminating the use of electrolytic capacitor. The salient feature is that the control circuit of the proposed DC hybrid power filter is simplified because only a feedforward control is used. A hardware prototype is developed to validate the performance of the proposed DC hybrid power filter. The experimental results are as expected.