Boost与Buck级联系统建模与非线性行为分析

从直流微网中抽象出Boost变换器与Buck变换器级联的系统模型,建立了该系统的分段光滑动力学模型,利用分岔图、庞加莱截面图、相图分析了级联后的系统非线性动力学行为,对比了级联前后系统非线性动力学行为差异。通过对元件参数对系统动力学行为分岔图进行分析,为级联系统参数设计提供了理论参考。     

开关电感并联Boost变换器的动力学行为及混沌控制

开关电感并联Boost变换器的非线性行为严重影响系统的性能。为研究变换器参数变化对系统性能的影响,建立系统的离散映射模型。通过分岔图观察变换器参数变化时其非线性动力学的演化过程,研究发现考电流、负载电阻增大时,变换器并不遵循周期倍增的分岔轨迹,而是在2倍周期后突然激变为6倍、8倍周期运行并通往混沌;当输入电压、电感数值减少时,变换器极易发生突变而进入混沌态;而当开关频率增大时,输出纹波减少,但不能让变换器稳定运行在单周期态。针对这些非线性动力学行为,提出一种指数延迟反馈控制方法对系统施加控制。搭建的仿真模型证明这种特殊的非线性现象的存在,验证所提出的控制方法控制方法的有效性。     

单相SPWM逆变器的分岔及混沌现象分析

以基本单相正弦脉宽调制(SPWM)逆变器为研究对象,采用迭代法建立一阶离散模型,应用频闪映射图、折叠图和分岔图,详细描述了系统出现的分岔和混沌现象,借助仿真给出了系统的稳定运行参数域,从时域及频域分析了分岔和混沌行为对系统性能的影响.本文的研究结果将混沌研究从DC/DC变换器推广到DC/AC变换器,为深入研究电力电子变换器的非线性行为打下了基础.     

应用Filippov方法分析双向直流变换器稳定性

恒功率负载的负增量阻抗特性可能导致DC/DC变换器系统不稳定。这里采用Filippov方法对带恒功率负载的双向DC/DC变换器在峰值电流控制下的稳定性进行了分析。首先根据开关切换建立了双向DC/DC变换器在恒功率负载下的电池供电和充电连续模型,然后针对恒功率负载采用泰勒级数展开并采用Filippov方法构建了系统的跳跃矩阵和单值矩阵,利用Floquet理论分析了系统的稳定性。最后,选取参考电流和供电电压为分岔参数对系统在电池供电和电池充电模式下的行为进行了仿真和实验验证,通过分岔图、时域波形图和相轨图观察系统的非线性动力学现象。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

全钒液流电池多场耦合建模研究

为了提高全钒液流电池(vanadium redox battery,VRB)的系统效率,基于全钒液流电池的组成和工作原理,将VRB等效电路模型、流体力学模型、电化学模型和温度模型相互耦合,建立了计及温度变化的全钒液流电池混合模型。其中等效电路模型总体展现VRB的电学关系,流体力学模型、电化学模型和温度模型分别展现VRB运行过程中的动量传递过程、质量传递过程和热量传递过程,4种模型将VRB运行过程中的"三传一反"同电学关系结合,并通过Matlab/Simulink仿真分析验证了该模型的准确性。通过对计及温度变化的全钒液流电池混合模型仿真,分析温度变化、流量分配变化和VRB系统效率的耦合关系。结果表明,充放电期间的最优流量是关于荷电状态(state of charge,SOC)和温度的函数,通过仿真分析得到不同时段温度下,各SOC的最优流量值。模拟5 kW4 h全钒液流电池储能系统选择计及温度变化的最优流量控制策略,仿真结果表明系统效率由73.7%提高至76.4%。     

光伏发电最大功率点跟踪交错并联Boost变换器的动力学特性分析

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)交错并联Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上采用分岔图、时域波形图、相轨迹图方法,研究了其动力学特性,并与一般Boost变换器特性进行比较。理论与实验结果均表明,在相同电路参数的情况下,与一般Boost变换器相比,交错并联Boost变换器的稳定域更大,电感电流和电容电压的纹波小、变化幅度小,更适用于光伏发电MPPT。     

独立风力发电系统中VRB的控制设计

随着风力发电规模的不断增大,为提高独立风电系统运行的稳定性,本文在该系统中增加了新型环保钒氧化还原液流电池(VRB)储能系统,以有效减少功率波动给系统带来的不利影响。根据VRB等效数学模型,分析了VRB荷电状态(SOC)与端电压之间的变化特点,设计了VRB SOC的控制方法,并对具有VRB储能系统的独立风电系统进行建模和仿真。仿真结果表明,在含有VRB储能系统的独立风电系统中,通过控制VRB SOC可以使系统在风速及负荷瞬变的情况下保证对负荷的稳定供应。     

多级钒电池储能系统的功率优化分配及控制策略

为了更好利用储能系统平抑大容量风电场功率波动,提出采用多级全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)储能的功率优化分配控制策略。首先,在建立VRB等效电路基础上,采用交直流变换器级联多重双向直流变换器作为VRB储能系统接口,分别建立了以稳定直流母线电压为目标的DC/AC变换器矢量控制策略,以电池荷电状态为约束的VRB充放电切换的DC/DC变换器双闭环控制策略。其次,以每级电池组的荷电状态值作为吞吐功率的优选目标,以外部端电压作为电池安全充放电的约束条件,提出多级VRB组的功率优化分配策略。最后,以不同荷电状态(stateof charge,SOC)值下的2级VRB储能系统为例,对其在风速波动情况下的风电功率平抑效果以及各个储能单元充放电运行性能进行仿真,并与功率平均分配策略进行对比。结果表明,所提出的多级VRB储能系统功率优化分配和控制策略能很好的平滑风电功率波动,又能减少单台VRB组的充放电次数,并确保电池工作于安全运行区域。     

基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制

随着风力发电并网容量的增加,风电场功率波动对电网的影响越来越大.为提高风电场并网运行的稳定性,在其出口处增加新型环保钒氧化还原液流电池(VRB)储能系统,以有效调节并网功率.根据VRB的等效数学模型,分析了VRB荷电状态与端电压之间的变化特点,采用一级双向DC/AC变换器作为VRB储能系统的功率调节器,设计了相应的充放电控制与能量管理策略,并对具有VRB储能单元的风电场并网系统进行了建模和仿真.仿真结果表明,在风速波动的情况下,采用VRB储能系统能够快速、有效地平滑风电场输出的有功功率波动,并可为电网提供一定的无功支持,有效地改善了风电场的并网运行性能.     

光伏系统中钒液流电池特性的研究

针对太阳能发电输出功率的不连续性和波动性,分析了各种储能电池的优缺点,提出了采用以钒液流电池(VRB)储能来解决这一缺陷的方法,研究了VRB的工作原理及其等效电路模型。在此基础上搭建了其仿真模型,通过采用恒流控制策略在Matlab/Simuink中对VRB特性进行了验证,仿真结果表明VRB能够快速平抑输出功率的波动,可以保证直流电压的稳定,增强系统运行的安全性和供电的可靠性,仿真结果与理论分析相吻合,为进一步研究钒液流电池在大规模光伏发电系统的应用提供了理论指导。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

基于遗传算法和微分进化算法的分布式电源优化配置

配电系统中,分布式电源（DG）安装位置的选择、额定容量的确定对于电网规划、设计和投资至关重要,以10节点配电网系统为例,采用遗传算法和微分进化算法对分布式电源进行了优化配置,建立了DG的不确定性模型,并将其加入到优化分析中,给出了优化算法的求解程序。对含DG的配电网进行了潮流计算,分析了DG容量与系统总网损的关系。算例分析结果表明,优化配置有效改善了配电网的电压分布,减小了网损,提高了系统负荷率,说明了该优化配置方法合理、有效。     

Boost变换器的非线性最优控制系统

在Boost变换器状态空间平均模型的基础上,利用基于微分几何的非线性最优控制策略,建立了非线性仿射模型,且推导出了非线性状态反馈表达式,得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型,并对其控制器进行了设计,实现了系统在工作点大范围内变化时的稳定运行,有效提高了系统的动、静态性能.Matlab/Simulink仿真结果表...     

链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略

针对链式电池储能系统相间荷电状态(SOC)不均衡问题,在详细分析链式储能系统功率模型的基础上,提出了一种结合零序电压和负序电压注入的新型复合SOC均衡控制策略。此控制策略兼顾了储能装置的输出性能、相间SOC均衡能力和电能质量,均衡过程能够实现平滑过渡,对系统无扰动。实验样机的运行结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

磷酸铁锂电池倍率容量特性建模及荷电状态估算

针对磷酸铁锂蓄电池,首先采用解析型动力学电池模型(KBM)对电池的倍率容量特性进行描述,进而推导出双井荷电状态(SOC)的数学表达式;为建立SOC与电池电压的联系,进一步将KBM与电动势模型相结合形成综合模型;最后,基于该综合模型及非线性滤波算法实现SOC估算。实验结果表明,该模型可以体现锂电池的倍率容量特性及可用容量恢复特性,双井SOC估算结果可更全面地体现锂电池的SOC;此外,这种基于非线性滤波的SOC估算策略还具备初始误差自校正能力。     

电流控制反激式变换器动力学特性研究

利用变压器原副边电流安匝和作为状态变量之一,建立了具有两条安匝和边界的电流控制反激式变换器的离散时间模型,并采用Jacobi矩阵求特征值导出了最大Lyapunov指数。进一步地,利用分岔图和最大Lyapunov指数谱,进行了反激式变换器的分岔分析和工作状态域估计。PSIM电路仿真结果验证了理论分析的正确性,表明了电流控制反激式变换器在参数变化时,存在倍周期分岔、边界碰撞分岔、混沌、周期窗等复杂非线性现象,有着周期态、CCM鲁棒混沌态和DCM弱混沌态三种不同的工作状态。     

含荷电状态修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制

针对储能电站参与调频时与传统机组的协调问题及通信延迟产生的影响,设计了一种含荷电状态(SOC)修正和通信延迟的储能电站负荷频率鲁棒控制方法.首先,在储能电站参与频率控制过程设计SOC回归修正环节与传统机组进行协调而实现SOC裕度调节,同时考虑协调过程存在通信延迟问题,建立含储能电站SOC回归修正的区域电网延迟系统模型.其次,考虑通信延迟对于系统控制性能的影响,在负荷频率控制系统延迟边际计算的基础上,设计储能电站负荷频率控制的系统鲁棒控制器,对可再生能源功率扰动进行抑制并实现系统频率的快速恢复与偏差调节.最后,基于MATLAB/Simulink平台对负荷频率控制系统进行仿真验证,结果证明了所提方法的有效性.