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。

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator,VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。

基于损失特征矩阵的CHB-BESS模块间接地故障诊断

模块间接地故障是H桥级联型电池储能系统(cascaded H bridge based battery energy storage system,CHB-BESS)的易发故障,快速诊断故障位置对减少故障损失至关重要。模块间接地故障的故障特征主要体现在零序电流上,会受到接地过渡电阻的影响。为实现接地过渡电阻不确定情况下,故障模块位置的快速准确鲁棒定位,本工作提出了一种基于损失特征矩阵的快速故障诊断方法。首先,本工作建立了零序等效电路模型;然后,将零序电流模型离散化;接着,提出基于损失特征矩阵的定位方法,该方法使用拓扑矩阵描述故障位置和过渡电阻的遍历信息,基于离散化模型来遍历计算零序电流,将计算结果与测量结果的偏差记录在损失特征矩阵中,通过偏差最优解确定故障位置;其次,本工作证实了故障定位问题作为最优化问题具有最优解唯一性,偏差最优解在接地过渡电阻不确定的情况下可获得准确的故障发生位置;最终,基于最优解唯一性提出了最优化计算的加速方法。实测表明,所提方法的平均定位误差仅为0.2个子模块,在接地过渡电阻较大范围不确定的情况下实现了准确定位,并且所提加速方法显著提高诊断速度。

级联半桥拓扑直流直挂储能装置的设计

随着海上风电、光伏等新能源的大规模建设,产生了直流输电、交直流互联和储能的应用需求。目前储能技术的研究和应用主要集中于交流储能领域。模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter based battery energy storage system,MMC-BESS)虽然在交直流互联的同时,实现了储能的功能,但电池中流过的工频、二倍频等脉动电流成分对电池寿命有潜在影响,且传统的模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)换流站的改造成本高。本工作提出的直流直挂储能装置将换流和储能分离,电池电流仅为直流和高频脉动成分,工况对电池友好,且直流直挂储能系统需要电池单体数量仅为MMC-BESS的1/6,成本低。对直流直挂储能装置的拓扑结构及工作原理进行分析;对级联子模块的数量和参数进行设计;基于载波移相调制,推导直流纹波电流,进而对并网电感参数进行设计;建立直流直挂储能装置的数学模型,推导控制模型,根据控制框图进行功率控制。最后,通过仿真和样机实验,验证该半桥拓扑级联型直流直挂储能装置设计的可行性及正确性。实验证明,该设计和控制方法效果良好,对高压大容量直流直挂储能装置的设计有一定参考价值。

模块化多电平电池储能系统功率控制与均衡策略研究

大量可再生能源接入电网会影响电网的稳定性和电能质量。电池储能系统作为可再生能源与电网间传递电能的接口,具有平抑功率波动、调频调压、提高电网运行稳定性的作用。基于模块化多电平变流器(modular multi-level converter,MMC)的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)有利于削弱电池不一致性所引起的短板效应,通过功率控制实现电池模块间的均衡。该文分析了MMCBESS的拓扑结构;针对MMC-BESS的直流侧、交流侧建立数学模型,通过控制能量的流动,提出一种对直流侧和交流侧的功率控制策略,以解决相间SOC均衡、桥臂SOC均衡、子模块间SOC均衡的问题,避免电池过充、过放,提高电池利用率;通过仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

桥臂非同步调制对模块化多电平变换器并网的影响

模块化多电平变换器的载波移相调制一般要求载波间具有严格的时序约束,这对控制器提出了较高的要求。针对各个桥臂载波非同步情况,设计了正交试验,在Simulink平台搭建仿真模型,研究了桥臂载波非同步情况对模块化多电平变换器交流并网性能的影响。结果表明:桥臂载波同步对模块化多电平变换器交流并网性能来说不是必要因素。此结论对于降低控制器设计的难度、复杂程度以及推广模块化多电平变换器有积极的意义。

MMC-BESS交直流功率控制研究

在建立MMC-BESS数学模型的基础上,实现了直流侧三相解耦的功率控制策略和交流侧同步旋转坐标系下有功和无功的解耦控制策略。实验验证功率控制策略稳态下系统控制模型的准确性,暂态下系统控制模型的快速响应能力;交流侧有功无功的典型工况实验验证了系统交流侧功率解耦控制的能力。实验结果验证了MMC-BESS数学模型和功率控制策略的正确性。

MMC电池储能系统直流侧三级能量均衡控制

为了保障电池储能系统的安全高效运行,需要对电池进行均衡。提出了基于能量偏差对模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter based battery enegy storage system,MMC-BESS)进行均衡控制,适用于梯次电池和电池混用的场合。首先,根据电池的充放电状态进行系统功率分配;然后通过相间均衡、子模块均衡和桥臂均衡实现了系统的三级均衡控制;最后,在试验样机上进行测试,得到的相关物理量波形验证了三级均衡中各个控制方法的适用性。测试结果验证了MMC-BESS三级均衡控制策略的正确性。

级联H桥电池储能系统的小容量等值设计

建立小容量级联H桥电池储能系统可以较硬件在环仿真更加有效验证控制系统设计和控制算法的正确性。对包含子模块LC滤波器的级联H桥电池储能系统进行建模,得到一种小容量等值设计方法。仿真结果证明,提出的小容量等值设计能满足电流动态响应特性,并且滤波器电容电压、电池电流二倍频波动占比与大容量系统相近。仿真结果验证了小容量等值设计能使系统稳定,且能正确反映大容量系统的目标特性。

风力机组电动变桨系统

目前,电动变桨系统已取代液压变桨系统并被大多数风力机组采用。电动变桨系统作为风力机组功率控制和安全运行的重要执行结构,直接决定风力机组吸收的风能的大小,对于机组的安全稳定运行发挥着重要作用。此处介绍了电动变桨系统的电气结构和运动控制技术要求,分析了系统中变桨控制器、备用电源、变桨电机和伺服驱动器4大部件的功能、特点及设计中需要注意的问题。详细介绍了备用电源不同储能元件的方案,不同种类变桨电机的特点及其适用场合,伺服驱动器的不同设计方案,并分别做了比较分析。最后展望了电动变桨系统的发展方向。

单相任意周期波形系统中功率因数定义的探讨

该文用频域分析的方法在无穷维实向量空间内实现了对电压、电流波形相似性的描述,进而提出了将单相任意周期波形系统中的功率因数表示为有效值相似系数(RMS和相位相似系数((的乘积的新定义形式.新定义保证了在任意波形下线性纯电阻的功率因数恒等于1;电容电感的功率因数恒等于0.其他负载的功率因数介于0~1之间.常规功率因数定义只不过是新定义在电压无畸变情况下的一个特例.最后文中分析了常规定义与新定义之间误差产生的原因及误差组成.

荧光灯光通量波动分析

本文分析了引起荧光灯光通量波动的两个原因 ,即原理性的瞬时功率波动和电网电压扰动引起的平均功率波动。后者往往为人们所忽视。针对这两种原因 ,指出了可以采取的解决方案。本文中首次提出了高频两相、三相驱动的方案。

红外遥控技术及其解码方案

红外遥控技术在家电、智能仪器、工业控制方面应用广泛 ,本文从遥控的发射和接收两个方面详细介绍了红外遥控信号的编码、调制、发射 ,接收、解调、解码的原理、分类及其实现方法 ,指出了各自的应用场合 ,并给出了应用建议。针对三种不同的编码方式 ( FM、PWM、PPM) ,给出了相应的软件解码的流程图。

一种基于可变电压源的新型并联电力补偿器

提出了一种新的连续无功补偿和谐波补偿方案——电容连接补偿器(CLC),描述了CLC实现无功连续补偿和谐波补偿的原理.试验验证了分析的正确性,将该方案与先进静止无功发生器(ASVG)方案进行比较的结果显示了它们不同的适用场合.

新型连续无功调节控制器的研制

描述了一种适用于三相对称电网的连续无功补偿的补偿方法 ,并设计了适用于该方案的无功控制器。详细描述了功率因数测量的原理及其校正技术。最后给出了控制器硬件设计方案和软件设计流程。

三电平NPC整流器控制及中点电位平衡控制技术

通过分析三电平中点箝位式整流器工作原理,建立了基于开关函数的三电平整流器的数学模型,提出了一种基于dq轴解耦的控制策略,对解耦后的电流以及电压进行双闭环控制系统设计,实现了有功电流和无功电流的无差调节以及直流侧电压的稳定。在简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的基础上,提出了一种根据三相输入电流和中点电位的波动,优化小矢量作用时间的组合控制策略,减小中点电位波动。最后通过实际系统实验,验证了整流器控制策略的正确性以及中点电位控制策略的优异性。

虚拟风场和风力机模拟系统的实验研究

在不具备风场环境或风力机的条件下,建立虚拟风场和风力机模拟系统,对风力发电系统的研究具有重要作用。根据风速变化规律,建立了基于谱密度分析的自回归理论的风速模型。在此风速模型基础上,考虑涡流效应,对叶片进行受力分析,根据叶素理论和权系数分配叶素的方法建立风轮转矩模型,利用转矩控制直流电动机模拟风力机,搭建了虚拟风场和风力机模拟系统实验平台。虚拟风场的建立为虚拟风力机暂态或连续性实验提供了良好的基础。风力机模拟系统实验不仅验证了风轮转矩模型的准确性,反映了风速变化时模拟输出风轮转矩的快速跟随性能,而且可用于变速恒频风力发电系统的研究,证明其控制策略的正确性。

减少风力机转矩波动的异步变桨控制

为了减少大型风力机的风轮转矩波动,本文根据风剪切、塔影和湍流对风轮转矩的影响规律提出了一种新型的异步变桨控制策略,即独立地对每个桨叶的桨距角进行控制,从而改变了桨叶上气动力产生的摆振力矩,减少了风轮转矩的波动和桨叶上的不平衡载荷;同时采用单神经元自适应PID控制策略设计异步变桨控制器。仿真结果不仅验证了基于单神经元自适应PID的异步变桨控制策略的正确性和有效性,而且证明采用该异步变桨控制系统不但减少了风轮转矩被动,还减少了桨叶上挥舞力矩的波动、偏航力矩波动和俯仰力矩波动,有效降低了风力发电机组各部件的疲劳载荷,对今后实际风场中异步变桨控制系统的实现具有一定的指导意义。

并联型储能系统孤网运行协调控制策略

储能系统为含波动性可再生能源、负荷扰动大的孤网系统实现系统稳定提供了一种有效的方法。通过多个子储能系统的并联可提高储能系统的容量,即并联型储能系统。分析了并联型储能系统工作原理,根据电池系统工作特性并结合传统下垂控制,提出了基于电池荷电状态的负荷分配控制策略,即外环功率协调控制。同时,考虑到下垂控制存在固有静态误差、中低压电网线路阻抗不完全为纯感性等因素,提出了含线性补偿环的电压幅值-频率控制策略,即内环电压控制。仿真和实验结果表明,在不同带载情况下,该系统不仅能维持系统电压幅值和频率稳定、且能有效地分配负荷功率,进而提高电池均衡管理能力。

三相单开关零电流Cuk型功率因数校正器的研究

提出了一种新颖的三相 Cuk 型高功率因数校正电路。在电路拓扑中采用三相全桥整流桥和单管功率开关实现高功率因数和低谐波电流输入;同时在中间储能电容(过渡电容)上串联一电感以及在续流二极管上并联一小电容,使得电路工作在复合谐振状态,从而获得零电流开关。文章分析了电路的工作原理,仿真验证了理论分析结果,同时一个 2kW 的试验电路验证了结论的正确性。该电路具有输出电压调节范围宽、功率因数和效率高等特点,具有很好的实用化前景。