超导储能用大功率换流器及其控制技术

根据超导储能系统的研制现状,阐述了超导储能系统中大功率换流器技术的发展,比较了近年来采用的电压型大功率变换流电路的优缺点以及控制方式,并在此基础上分析了基于载波调制的相移PWM技术和基于非载波PWM的滑模控制技术的不同控制特点。分析表明,级联型换变流电路拓扑的工作特性及灵活性优于其它常用的电路拓扑,易于构成大功率高性能的超导储能用换变流电路;用于级联型电路的控制策略具有简单可靠等优点。     

超导储能用电压型大功率换流器技术

在500 kVA超导储能系统研制中,为了选择合适的功率变换电路拓扑,使系统具有更高的电压等级和灵活性,比较了近年来国内外采用的几种电压型换流器。针对超导储能特点及其在电力系统中承担电能质量调节的要求,分析了传统2电平桥式换流电路、中点钳位型多电平换流电路以及级联型多电平换流电路的性能。分析结果表明,对于大功率超导储能装置,级联型多电平换流电路在电压等级、控制精度及结构灵活等方面均优于另外2种换流器拓扑,采用级联型换流器的超导储能系统实现了模块化构造,可以实现系统冗余及容错运行。仿真结果证实模块化超导储能系统能够在较低工作频率下精确控制电压质量。     

储能型模块化多电平换流器的分析与控制方法

电池储能是目前最有前景的储能技术之一,模块化多电平换流器(MMC)广泛应用于柔性直流输电领域。将电池储能与MMC相结合,构成储能型MMC。由于其具有电池系统、交流电网与直流电网间功率交换的功能,导致与传统MMC的控制方法不同。分析了储能型MMC的结构与工作原理,研究了多种运行工况下换流器功率解耦控制方法,搭建了仿真与实验样机,验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于级联多电平换流器的两级式储能系统控制策略

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术和维持微网可靠稳定运行的重要保证。国内外现有理论研究及示范工程主要集中于单级式链式储能系统,功率模块与电池系统之间无源连接,结构简单但控制自由度不高。同时,针对基于链式储能的电池荷电状态(state of charge,SOC)不均衡问题,现有的相内SOC均衡控制策略存在不同负载率适应性不足、极度不均衡时可能过调制等缺点,为此,文中基于两级式链式储能系统,研究其总体控制策略,对相间、相内SOC均衡策略进行分析,并提出一种自适应的相内SOC均衡策略,详细说明均衡控制参数的设计原则。该策略能有效地改善链式储能系统在轻载、重载等不同工况下的适应性和均衡效果。最终通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性,从而为工程实施提供理论储备和技术支撑。     

级联型超导储能系统的整体协调控制方法

提出了级联型超导储能系统的整体协调控制方法,当系统未产生电压凹陷时,级联型逆变器通过相位控制实现对超导磁体的充电和电流维持;当系统产生电压凹陷时,通过状态空间反馈的方法迅速实现完全补偿,以保护电压敏感的负载;当凹陷解除时,又通过相角的渐变从电网吸收能量,以补偿超导磁体中能量的消耗。同时,在电流调节器的控制中,采用统一PI电压控制模式以保持级联逆变器直流母线电压的稳定。系统仿真结果表明,本文提出的方法控制电压凹陷的效果较好。     

级联多电平换流器的高效仿真模型

级联多电平换流器是目前在柔性交直流输配电领域极具发展潜力的换流器拓扑,然而由于其拓扑中有大量独立的开关器件支路,如果在EMTP类仿真软件(如PSCAD/EMTDC)中采用器件模型直接建模将使得仿真计算极其缓慢,给研究及工程应用带来障碍。提出一种基于Dommel等值计算原理的级联多电平换流器仿真等值计算模型,可有效地解决仿真计算缓慢的问题,具有建模原理明确、计算结果可靠的优点。使用PSCAD/EMTDC软件对所提仿真模型进行仿真验证,结果表明,所提仿真计算模型与详细器件模型在暂态仿真中的响应高度一致,并且在仿真计算时间上具有明显的优势。     

基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法

提出了一种基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法。该算法以滑动模态为核心,采用具有滞环的变结构控制有效降低了标准滑模控制的抖动问题,使换流器能够快速补偿负载端电压凹陷并滤除电网谐波,保证电压敏感负荷在电压受到干扰的情况下正常工作。基于级联型换流器数学模型,分析了伪滑模变结构控制的工作特性及其与电路参数之间的关系。仿真结果表明,采用滞环伪滑模控制的超导储能系统能够在系统干扰较大的情况下保持控制的稳定性,迅速跟踪指令信号,动态响应时间在1ms之内,具有良好的鲁棒性与实时性。     

级联型逆变器的电流SPWM控制方法

传统级联型逆变器的每个级联逆变单元一般都是完全一样的，这样会限制了输出电平的数目，本文在级联单元数不变的情况下，通过改变每个级联单元输入电压之间的变化，得到更多的输出电平，使输出电压波形更接近于正统波，实验结果证明了此种方案是正确可行的。     

基于有源纹波补偿器级联多电平电池储能系统设计

通过分析传统的H桥直流端电流的谐波特性,针对其截止频率较低、影响变换器的有功响应速率、产生很大的恒定磁通、设备的体积较大的问题,提出一种有源纹波补偿器,通过匹配适当容量的开关器件,使得ARC电路在无直流源的前提下,通过单闭环单参数的控制实现电池纹波电流抑制,优化提升了LC无源滤波的效果。仿真结果表明,含有ARC电路的级联多电平储能变换器在电网不平衡工况下可以正常工作,同时流入电池的纹波电流得到了有效抑制。该研究成果应用于电池储能系统,可提供稳定的频率和电压支撑,实现经济运行,可有效解决电动汽车充电的随机性和波动性所带来的电能质量问题。     

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器控制方法

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。     

超导储能系统用四模块组合变流器功率控制设计和实验研究

讨论了超导储能系统用四模块组合变流器的有功功率、无功功率四象限控制的设计问题。为了适应大功率变流器的需要主电路结构采用四模块电流型变流器直接并联,在调试方式上采用载波相移SPWM控制,在较低的开关频率实现大功率变流器SPWM技术,以扩大容量和抑制网侧谐波;在计算功率时采用的瞬时功率理论实时的计算出变流器的有功和无功功率进行闭环控制。同时结合了863项目研制了23kVA的变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证。实验结果表明超导储能系统用组合变流器能独立快速地控制有功功率和无功功率。     

双余度舵机控制系统设计

为提高舵机系统可靠性,减小系统体积和重量,本文介绍了基于DSP和CPLD的双余度舵机控制系统。该系统选用双余度稀土永磁无刷直流电动机作为舵机本体,对硬件结构进行双余度设计,采用分段PID控制方法,充分考虑双余度电流均衡和系统故障处理,完成了对双余度舵机转动的精确控制,实现了舵面精确偏转。实验结果表明该系统响应速度快、跟踪效果好。     

开关磁阻起动／发电机数字控制系统设计

介绍了开关磁阻起动／发电机系统的构成及其工作原理。在此基础上,设计了以数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑器件（CPLD）为核心的数字控制器,包括硬件和软件。该系统利用DSP的强大运算能力实现对系统的实时控制,采用CPLD芯片实现信号的逻辑处理,输出驱动信号控制开关管的通断,仿真波形验证了CPLD逻辑设计的正确性。通过DSP和CPLD的相互配合,从而达到准确控制开关磁阻起动／发电机良好运行的目的。     

基于超导储能的新型动态电压凹陷调节装置

电能质量对用户的影响受到广泛的重视,本文对比了分析了几种解决经常出现的电压凹陷装置的特点,包括传统的基于蓄电池的不间断电源(UPS)、飞轮储能装置(Flywheel)、超导储能设备(SMES)、动态电压补偿装置(DVR)。并基于超导储能提出了综合电压动态补偿设备,可以略综合解决电能质量问题,并可作为限流器使用。给出了拓扑图,详细分析工作原理并进行了仿真和初步的试验。通过分析,表明系统可以通过不同的控制策略分别实现限流和补偿。     

基于超导储能系统的电网电压快速补偿算法

基于模块化超导储能系统,提出一种电网电压快速补偿算法。当补偿单相电压时,该算法以电网电压的基波为基准得到虚拟的另外两相电压,构成虚拟三相系统,通过dq变换检测凹陷,并与参考信号比较得到谐波和凹陷量。与传统电压控制算法相比,该算法省略了低通滤波环节,简单可靠,避免了补偿单相电压时构造三相系统带来的延时,缩短了系统响应时间。     

高精度永磁同步电动机控制系统设计

介绍利用CPLD和DSP组成的高精度永磁同步电动机驱动控制的设计方案。CPLD读取光栅编码器输出的位置信号,DSP完成控制环节的闭环校正,并进行矢量脉宽调制。从硬件构成和软件流程上对系统进行具体说明,试验表明系统具有良好的控制精度。     

基于模块化多电平换流器的电池储能系统控制策略

针对基于模块化多电平换流器的电池储能系统,提出了电网电压对称运行和电网电压不对称运行情况的通用控制策略。其控制策略主要包括输出功率控制、电池荷电状态(SOC)均衡控制以及并网电流直流分量抑制。SOC均衡控制分为相间SOC均衡、桥臂间SOC均衡以及桥臂内SOC均衡。通过控制环流实现相间SOC均衡和桥臂间SOC均衡;通过调节各个子模块输出电压工频分量,实现桥臂内各子模块的SOC均衡。首先对基于模块化多电平换流器的电池储能系统的模型进行了详细分析;基于等效模型,提出了相应的控制策略。最后,通过仿真以及实验对所提出的控制策略进行了验证。     

基于DSP的磁轴承控制系统设计

磁悬浮轴承具有无磨损、无需润滑、寿命长等优良品质,从根本上革新了传统的支承方式.对交流二自由度混合磁轴承基本原理进行了介绍,给出了控制系统框图.基于TMS320F2812设计了控制系统硬件,阐述了硬件驱动平台的开发,并设计了相关的软件,最后给出了实验结果.实验结果表明,其控制系统能较好地满足试验要求.     

级联式储能系统中电池自均衡控制策略研究

针对独立电池供电的组合级联式储能系统中电池SOC不均衡问题,基于特征谐波消除PWM方法提出了一种新的差异化充放电控制策略。当检测到各电池SOC不均衡时,采用差异化充放电控制使各电池SOC趋于一致;当电池SOC达到均衡时,切换到同步充放电的移相SPWM控制。该方法提高了整个组合级联式储能系统的可用率和储能系统的有效容量,改善了储能系统的电能质量。文中推导了差异化充放电控制方法的原理,给出了切换条件。在PSCAD/EMTDC中建立了组合级联式储能系统模型,验证所提出的电池自均衡控制策略的有效性。