直流配电系统有源阻尼控制的阻抗释义与谐振点灵敏度参数调节方法

直流配电系统有源阻尼控制一般通过在换流站配置补偿环节调节输入或输出阻抗来实现。为进一步阐述有源阻尼补偿环节对系统阻抗的影响机理,并指导其参数调节和设计,首先在建立定电压控制换流站阻抗降阶模型的基础上,分别以串、并联虚拟阻尼支路对直流电压反馈、直流电流前馈两类补偿环节进行溯源。其次,分析补偿环节对定电压站输出特性的影响,并在阻抗-频率曲线维度重构Nyquist稳定性判据,确定对有源阻尼补偿环节的基本约束。结合阻抗灵敏度,推导建立阻抗-频率曲线的谐振点灵敏度,提出采用阻抗/谐振点灵敏度的有源阻尼补偿环节参数调节方法。最后,以双端与四端直流配电系统为例,通过对比扫频结果展示了定电压站降阶阻抗模型的准确性,并分别在定电压站与定功率站配置补偿环节,以Nyquist曲线、MATLAB/Simulink时域仿真为参照,验证重构稳定性判据和所提阻抗/谐振点灵敏度参数调节方法的有效性。     

多端直流配电系统VSC换流站交流电流反馈阻尼控制策略

多端直流配电系统VSC定功率站的恒功率特性与直流电网交互作用,易引起系统直流电压和电流的振荡甚至失稳。为此,文中提出一种适用于定功率站的交流电流反馈有源阻尼控制策略,该策略可充分利用已有交流量测量,并避免新的反馈通路引入。首先以定功率站平均值模型和背景直流配电系统戴维南等值电路为基础,分析不同阻尼策略的差异性及其在直流侧阻抗表征上的相互联系。其次,通过改变采样点和反馈点,得到交流电流反馈有源阻尼控制策略的降阶实现方式,并基于等值电路阻抗给出阻尼补偿环节参数设计方法。进而,建立计及所提阻尼控制策略的定功率站小信号模型,并推导能准确反映阻尼控制特性的输入阻抗模型。最后,以三端直流配电系统为例,通过波德图、小信号特征值轨迹和阻抗奈奎斯特曲线对比及Matlab/Simulink时域仿真和RT-Lab硬件在环实验,验证所提策略对抑制直流侧振荡和提升功率传输极限的有效性。     

VSC抑制含电池储能直流配电系统振荡的阻尼控制及参数计算方法

双向DC-DC变换器运行于Buck模式所产生的负阻尼效应是诱导直流配电系统发生振荡失稳的主要原因之一。针对VSC与双向DC-DC变换器所构成的直流配电系统振荡失稳问题，基于构建的状态空间理论分析模型，研究了稳态运行点、主电路参数以及控制系统参数对直流配电系统失稳特性的影响，揭示了振荡失稳发生的本质机理。其次，通过实时调整注入直流配电系统的瞬时有功功率，提出了在VSC电流内环反馈直流电流的有源阻尼控制策略。再次，以低频段阻抗幅值无交点、中频段幅值交点的相位差限制在180°范围内为约束条件，对有源阻尼控制器参数的选择范围进行了解析计算，分析了影响参数选择的主要因素。最后，以稳定性最严重的工况为例，在参数解析计算范围内，选择了矩形方框的4个点参数进行电磁暂态仿真验证，结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于双端有源阻尼的直流配电网稳定性提升技术研究

恒功率负载大量接入直流配电网会引起直流侧电压振荡失稳,现有研究仅从单端VSC有源阻尼角度出发提高系统稳定性,然而单端有源阻尼改善效果有限,基于这一问题,提出双端VSC有源阻尼控制策略,不仅能提高系统稳定性,而且可提升系统带载能力。首先以下垂控制下的双端VSC直流配电网为研究对象,建立系统等效阻抗模型,然后分析恒功率负载造成系统失稳的原因,采用奈奎斯特稳定性判据分析恒功率负载对系统稳定性的影响,对比单端VSC有源阻尼控制策略与双端VSC有源阻尼控制策略的系统稳定性,最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略。该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能。首先,对多端口变换器的拓扑结构进行了简介;其次,对所提控制策略进行了理论分析与推导,并给出了控制策略框图;再次,建立了变换器小信号模型,分析了加入类VSG虚拟惯性控制策略后变换器的稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立了系统仿真模型,并进行了仿真对比,验证了所提控制策略的有效性及稳定性分析的正确性。与传统控制策略相比,所提控制策略增加了直流配电系统的惯性,平抑了直流母线电压的波动。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

含电池储能的直流配电网振荡抑制有源阻尼控制及参数计算方法

运行于Buck模式的双向DC-DC变换器是引起直流配电网发生振荡失稳的主要因素之一。首先,该文通过简单的直流配电网案例,建立了三相VSC考虑交流系统动态过程的阻抗模型和双向DC-DC变换器的阻抗模型,分析了主电路参数、控制系统参数以及稳态运行点对两者阻抗模型的影响程度与规律,并揭示了直流网络等效电感和双向DC-DC变换器相互作用诱发直流配电网振荡失稳的机理。其次,从直流配电网振荡抑制所需的阻抗特性角度考虑,提出了一种双向DC-DC变换器反馈直流电流的有源阻尼控制策略,并研究了阻尼控制器参数对其阻抗特性的影响规律。再次,以电池储能装置并联谐振抑制和直流网络串联谐振抑制为约束条件,解析了阻尼控制器的参数选择范围表达式。最后,采用电磁暂态仿真验证所给计算公式的正确性。     

双有源桥DC/DC变换器输出电压优化控制策略

基于电压控制的双有源桥(DAB)DC/DC变换器是直流微电网中控制直流母线电压的核心变流器装置,电容电压反馈控制作为DAB控制中的常用策略存在着控制系统增益与传输功率耦合的问题,并且控制性能受恒功率负载的负阻抗特性的影响较大。为优化DAB的控制性能,在充分分析耦合问题产生的原因、恒功率负载的负阻抗特性的影响的基础上提出了一种基于电容能量反馈解耦的优化控制策略。通过电容能量反馈控制消除DAB控制性能与恒功率负载的耦合;结合基于模型的解耦移相控制得到对应的移相控制信号,解除传输功率对控制系统闭环增益的耦合,实现了以DAB为核心的直流微电网控制性能的优化。理论分析与试验结果验证了所提控制策略的有效性     

含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统阻抗建模及稳定性分析

“双碳”目标下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备成为中低压直流配电系统的主要特征,使得系统因其低惯量、弱阻尼的特性所引起的稳定性问题尤为突出。为此,针对含输入串联输出并联型双有源桥(ISOP-DAB)变换器的中低压直流配电系统进行阻抗建模并提出一种适用于中低压直流配电系统的稳定性分析方法。首先,建立了ISOP-DAB变换器的二端口阻抗模型以及其他单元的阻抗模型。在此基础上根据系统内各单元的端口特性将中低压直流配电系统等效为2个单母线直流子系统,并得到整个系统在中、低压侧的等效阻抗比,当且仅当该等效阻抗比满足奈奎斯特判据时,系统可稳定运行。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统的时域仿真模型,通过仿真实验以及理论计算对比分析了恒功率负载及线路参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了ISOP-DAB变换器的小信号模型以及所提稳定性分析方法的准确性和有效性。     

一种用于并网三相变换器的电流应力优化控制策略研究

针对含高频变压器结构的三相双向AC/DC变换器,提出了一种电流应力优化控制策略,其中前级双有源桥采用基于三重移相控制的电流应力优化控制策略,后级全桥逆变器采用脉冲宽度调制方式。与传统的移相控制相比,针对并网双向AC/DC变换器提出的控制策略显著降低了电流应力,所提优化控制策略减少了直流侧中间电容,降低了双向变换器的设计成本和体积,提高了系统功率密度。通过Simulink/MATLAB对所提出的控制策略进行了仿真验证。     

移相全桥变换器无源性控制研究

介绍了移相全桥变换器的基本结构和工作原理,在分析变换器占空比丢失的基础上,建立变换器基本矩阵数学模型。为改进普通PID控制器的控制效果,将无源控制策略运用于变换器的电压控制。针对负载扰动,系统谐振程度未知,输出电压偏离参考值的问题,引入覆盖扰动量的鲁棒因子,使输出电压稳定性得到保证。仿真实验验证了带鲁棒因子的无源控制器能实现变换器输出电压稳定、动态响应迅速且鲁棒性好。证明了无源性控制策略运用于移相全桥变换器可行性与有效性。     

一种三电平全桥直流变换器新型控制策略研究

三电平全桥变换器的移相控制策略中,不能使所有开关管实现软开关条件;斩波加移相控制策略中,隔离变压器原边绕组电压谐波总畸变率(total harmonic distortion,THD)高。针对这一问题,提出一种新的对称双移相控制策略。将对称双移相控制策略与斩波加移相控制策略进行对比研究。通过对对称双移相控制策略下开关过程进行分析,得出所有开关管均能实现软开关条件;通过对变压器原边电压进行傅里叶分析,得出该控制策略下变压器原边绕组电压谐波总畸变率低。通过分析谐波总畸变率随斩控角的变化规律,得出该控制策略下变换器的最优稳态工作点。制作一台三电平全桥直流变换器科研样机,对该文的分析进行验证。     

基于双积分滑模控制的DAB电压控制研究

提出一种基于双积分滑模控制的双向有源全桥（DAB）DC-DC变换器电压控制策略,该策略在模型精度要求低、控制器设计流程简单的情况下,可以获得良好的控制效果。首先,基于单移相调制方式建立变换器的降阶模型。然后,采用双积分滑模控制理论设计变换器的输出电压控制器。设计过程通过引入时域分析法进行滑模面系数的选取分析。最后,仿真和实验结果表明了所提控制策略的有效性。     

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

一种新型的双向全桥直流变换器控制策略

隔离型双向全桥直流变换器在传统移相控制策略中,存在功率回流现象,并且由于变换器特性参数不一致将使得变压器初级产生直流分量而导致偏磁问题。提出了一种新型的PWM加移相控制策略,完全消除了功率回流和偏磁现象。给出了偏磁抑制过程,对隔离型双向全桥直流变换器运行时各模态进行了运行特性分析,并在Psim软件中对其进行建模仿真。仿真结果表明,将新型PWM加移相控制策略应用于隔离型双向全桥直流变换器中,能对直流偏磁以及功率回流进行有效抑制,证明了所提出方法的正确性和可行性。     

中低压直流配电系统:关键装备阻抗建模与稳定性分析

中低压直流母线电压稳定是中低压直流配电系统稳定的关键指标.针对由多绕组变压器隔离型变换器与输入串联输出并联的多模块Boost+LLC型直流变压器组成的中低压直流配电系统,为分析其小信号阻抗稳定性,建立柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的小信号模型,推导中压和低压直流端口阻抗表达式.采用阻抗分析法分析了表征级联系统稳定性的参数,以伯德图和奈奎斯特曲线为依据,分析了电路参数和控制参数对系统阻抗特性和级联系统稳定性的影响.分析结果表明,增加柔性变换器电压控制环参数和直流变压器电流控制环参数,可提高中压直流级联系统的稳定性.增加直流变压器电压控制环参数,可提高低压直流级联系统的稳定性.最后在MATLAB/Simulink平台中搭建系统仿真模型,验证了所推小信号阻抗模型的正确性.     

一种用于优化LC-DAB级联系统稳定性的虚拟阻抗控制技术

将LC滤波器级联在双有源桥(DAB)变换器输入端,可改善输入电流质量,但DAB变换器和LC滤波器之间的相互作用易导致LC-DAB级联系统出现振荡现象.该文首先建立DAB变换器的状态空间平均化小信号数学模型,推导LC-DAB变换器的输入和输出阻抗模型以用于预测级联系统稳定性.基于此,采用有源阻尼的优化思路,分别提出基于LC-DAB变换器一次侧电容电压的并联虚拟阻抗和一次电流的串联虚拟阻抗控制策略,从而使得级联系统在全功率范围内均能稳定运行.实验结果证明,该阻抗模型及所提控制策略的有效性及正确性.     

一种基于泰勒展开的临界降阶直流配电系统稳定控制算法

以中压直流（medium-voltage DC, MVDC）配电系统为研究对象,建立了直流系统的临界降阶模型,研究了恒功率负载对系统稳定性的影响。由于直流系统中恒功率负载的负阻抗特性会导致系统电压发生振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响,提出一种能够提高MVDC配电系统电压稳定性的稳定控制算法,通过状态反馈控制、下垂控制及电压控制中关键参数的分散灵活设计,改变系统主导极点在s域平面的位置,有效提高MVDC配电系统的稳定性。仿真结果验证了临界降阶模型的合理性以及基于泰勒展开控制算法的有效性。     

低压直流配电系统谐振机理分析与有源抑制方法

谐振对低压直流配电系统有负面影响,是导致电压崩溃的潜在原因。提出了分布式控制下低压直流配电系统的基于阻抗的单母线谐振分析方法和系统级谐振分析方法,并给出了一种有源阻尼补偿器。对各子系统建立了考虑控制器影响的阻抗模型,结合系统的阻抗模型和节点阻抗矩阵分别提出了分布式控制下系统的单母线和系统级谐振分析方法,并对单母线谐振机理进行分析,通过时域小信号模型分析该方法的正确性;系统级谐振分析方法适用于多并联、多级联和环型的低压直流配电系统。研究了部分影响因素对谐振的影响。根据谐振机理提出了有源阻尼补偿器,能够有效降低谐振频段输出阻抗的幅值,提高系统的稳定性。仿真结果证明所提分析方法和阻尼补偿器的有效性。     

基于等面积法的双有源桥变换器控制策略

随着电池储能系统的不断发展,储能用双向直流变换器的规格与效率要求越来越高,双有源桥(DAB)变换器由于可以更好地胜任功率双向传输场合而备受欢迎。但其常规调制方式均有一定的缺陷,单移相调制方式在轻载时软开关特性丢失,效率低;双移相与三移相调制方式需要实时求解最小电感电流有效值对应的内外移相角组合,控制计算过程复杂,对主控制器要求高。这里综合考虑变换器常规调制方法存在的优缺点,提出一种基于等面积法的优化控制策略,根据电池电压灵活调整初、次级全桥占空比,有效降低电感电流有效值,拓宽软开关范围,提高变换器效率,且控制复杂度相较于双移相与三移相调制方式大幅减小。最后,搭建了额定功率为5 kW的实验样机,验证了所提控制策略的有效性。