基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

低电容CHB型混合动力中压电机调速系统

针对氢燃料电池大功率电机驱动系统,提出一种以燃料电池为主动力源的轻量化级联H桥(cascadedH-bridge,CHB)型混合动力中压电机调速系统。所提系统由燃料电池/蓄电池/超级电容的混合动力源供电,基于四有源桥(quad activebridge,QAB)与CHB子模块互联的两级变换器(cascaded H-bridges with quad active bridge,CHB-QAB)作为调速变换器。CHB-QAB通过四绕组高频变压器将各子模块进行内部互联,采用单边同步双边移相调制的策略,使得所有子模块呈现开关电容特性,在不依赖复杂控制的前提下,减小子模块电容的容值,提升系统的功率密度。针对三类动力源,采用基于低通滤波(lowpassfilter,LPF)的能量管理策略,保证电机实际运行过程中的有效功率分配,解决燃料电池对电机动态响应缓慢和燃料饥饿现象等问题。最后通过仿真与实验对所提轻量化电机调速系统进行验证。

MMC结构的分布式光伏系统功率不平衡优化方案

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的研究热点。然而,在不同光照强度和温度下,PV组件之间发电功率不同,导致MMC内部出现桥臂、相间功率不均衡。因此,该文先分析MMC-PV系统在功率不均衡下的表现机理,后提出一种基于MMC结构的光储电能路由,其控制策略在满足交、直流端口功率需求的同时,实现桥臂间和相间的功率自均衡,提高PV利用率和系统稳定性。同时,受桥臂内子模块功率传输极限的影响,对PV和ESS的配置约束作详细分析,最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

新型全固态模块化多电平特种高压电源优化设计

模块化多电平换流器(MMC)已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案,对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容,为降低MMC对子模块容值的需求,提高系统功率密度,提出一种改进型MMC(I-MMC)拓扑。应用隔离型开关电容变换器,实现上下桥臂一对子模块高频链互联。研究中相单元内上、下桥臂子模块对并联的高频链两侧采用同步控制,使子模块电容之间呈现开关电容特性,实现波动功率在电容之间的自由传递,进而消除相位相反的基频与3倍频波动分量。结合MMC运行调制比和功率因数分析基频与3倍频波动分量消除后子模块电容取值,完成模块化设计。所提方案可将子模块电容减小至常规MMC的1/4。仿真与实验结果验证了所提拓扑方案的正确性与有效性。

基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作点的并网逆变器阻抗模型,基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后,构建相角裕度关于集群容量的极值函数,并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上,面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求,提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法,并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效,在容量规划时算力需求量小。最后,通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统(RTDS)硬件在环算例,验证了上述理论分析和所提方法的可行性。

基于MMC-BESS的子模块电池功率极限值分析

模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)是电池储能系统(batteryenergystoragesystems,BESS)功率变换的最佳选择之一。在基于模块化多电平变换器的电池储能系统(MMC-BESS)运行时,会出现子模块之间的有功功率分布不平衡情况,为评估系统稳定安全运行的合理性,需要对子模块功率极限值进行分析。因此,该文首先对MMC-BESS建模,分析其桥臂环流的功率传输特性,再提出相应控制策略,包括外部交流及电池功率控制和内部电容电压平衡及环流控制,可以实现相间和桥臂间功率不平衡时的稳定运行,而对于桥臂内功率不平衡,根据安秒平衡原理,从过调制角度对子模块电池功率极限值进行详细分析,得出功率极限值的计算方法。最后,通过仿真以及实验验证功率极限值分析及计算的正确性。

高频链互联MMC电机调速系统高低频共模电压完全抑制策略

该文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter,RPD-MMC)电机调速系统,通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule,SM)隔离后进行横向互联,实现三相波动功率在SM电容中的解耦,进而消除共模电压(common-mode voltage,CMV)低频波动分量;并提出一种脉冲优化控制CPS-SPWM(pulse optimization control CPS-SPWM,POC-CPS-SPWM)策略,控制任一时刻MMC三相的上、下桥臂导通SM个数保持一致,消除CMV高频波动分量,最终实现对CMV的完全消除。该文从CMV的机理与特性分析出发,分别对低频与高频抑制的方案提出、原理分析与效果实现进行探讨,最后通过仿真与实验,验证CMV机理分析与两种策略消除CMV的可行性与有效性。

基于双重稳定约束的屋顶光伏逆变器分布式阻尼重构方案

为了解决屋顶光伏逆变器谐波谐振导致的渗透率提高受限问题,提出了一种基于双重稳定约束的分布式阻尼重构方案。首先,基于多逆变器等效阻抗模型,分析了强网弱化特性与渗透率之间的耦合关系及谐振易发机理;然后,以强网弱化下谐波谐振为约束,探究了差异化调控出力及台数下的新能源渗透率特性;其次,考虑调控经济性,通过在底层逆变器调制波中叠加额外阻尼等效控制量,提出了分布式阻尼重构方案,并结合系统谐波谐振抑制及自身稳定的双重稳定约束要求,构建了基于系统级阻抗匹配及底层零极点的分布式阻尼极限重构能力评估方案,以实现渗透率的最大提高;最后,通过仿真和实验验证了所提方案的有效性。研究结果表明,所提方案可提高逆变器的谐波谐振抑制能力及并网系统的渗透率水平,为屋顶光伏大规模接入提供技术保障。

一种拓展模块化多电平变换器的光伏系统稳定运行范围的谐波补偿调制策略

由于阴影遮挡、损坏等问题,基于模块化多电平变换器的光伏系统中存在光伏(PV)输出功率不平衡的现象,会使高输出功率PV对应的子模块过调制。谐波补偿调制策略是解决该问题的一种常见方案,通过向高功率PV的子模块中注入谐波而避免子模块过调制,低功率PV的子模块(称为正常子模块)则需要补偿数量相同、相位相反的谐波,使桥臂内的谐波相抵消而不会造成桥臂电压和电流畸变。然而,在PV功率严重不平衡时,为了避免高功率PV的子模块过调制,现有谐波补偿调制策略需要注入的谐波过大,会超过正常子模块的补偿范围,使正常子模块出现过调制,导致桥臂电压和电流畸变,影响系统的稳定运行。该文提出一种新型谐波补偿调制策略,在高功率PV的子模块不发生过调制的前提下避免正常子模块过调制,保证系统的稳定运行。同时,该文对不同谐波补偿调制策略稳定运行范围进行了定性和定量评估,表明所提谐波补偿调制策略能在更多PV功率不平衡工况下稳定运行。通过仿真与实验验证谐波补偿调制策略在模块化多电平变换器光伏系统中的可行性与理论分析的正确性。

微电网逆变器自适应下垂控制策略

在多分布式电源(distributed generations,DGs)并联系统中,通常采用传统下垂控制实现负荷分配。由于线路阻抗和本地负荷的影响,传统下垂控制会产生较大的功率分配误差。为提高功率分配的精确性,提出了一种自动调节下垂系数的控制策略。各逆变器在传统P-V下垂控制下,将输出有功功率信息送到中央控制器,计算给定功率,并返回给各逆变器本地控制器,通过PI调节器自动调节各自的P-V下垂系数。仿真和实验结果验证了该策略的可行性。

一种Boost型宽电压范围输入LLC谐振变换器

传统的桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且其输入电流断续。为此提出了一种新型的Boost型LLC谐振变换器。通过集成两个交错并联的Boost电感,不仅可以拓宽LLC变换器的增益范围,而且可以显著减小输入电流的纹波,因此该变换器适合用在光伏、燃料电池等可再生能源发电系统中。与传统的脉冲频率调制控制相比,该变换器采用定频脉冲宽度调制控制,励磁电感和Boost电感对变换器的增益特性影响很小,可以简化谐振参数的设计,同时定频控制也有利于磁性元器件和滤波电路的设计。首先介绍了该变换器的工作原理;然后通过时域分析,对该变换器的增益特性进行了深入研究;之后对变换器的ZVS软开关条件进行了详细的分析;最后建立了一台120~240 V输入、24 V/25 A输出的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性及理论分析的正确性。

基于自调节下垂系数的DG逆变器控制

采用传统下垂控制的多个分布式发电单元在孤岛运行时,由于线路阻抗不一致或本地负荷不平衡,会使各分布发电单元输出有功功率不均分,进而产生系统环流。针对此问题,提出一种改进的自适应调节下垂系数控制策略。其策略是以任一台逆变器为基准,对其采用传统下垂控制,将其输出有功功率信息传送到其它逆变器,从而以两台逆变器输出有功功率的差值来自适应地调节自身的P-U下垂系数,最终达到输出有功功率一致,减小系统环流。对该策略分别在线路阻抗不一致情况下带本地负荷和不带本地负荷的逆变器并联系统中进行仿真和实验验证,仿真和实验结果验证了该策略的正确性和可行性。

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。

微电网分布式储能单元荷电状态平衡和电压恢复

为保证分布式能源出力和负荷波动时微电网中能量平衡及稳定,分布式储能单元(distributed energy storage units,DESUs)工作于充放电模式,然而,受线路阻抗不一致的影响,DESUs充放电过程中会出现荷电状态(state-of-charge,So C)不平衡现象,造成过充电或过放电,减短了储能单元的使用寿命。该文基于下垂控制提出So C平衡控制方法,实现So C平衡;同时提出基于低带宽通信的电压恢复控制策略以补偿由下垂控制引起的电压偏差,So C平衡和电压恢复由本地脉冲协调控制,两者互不干扰。讨论分析了不同工况下该策略的特性,证明了So C平衡和电压恢复的有效性。

三相变流器最优控制研究

三相AC/DC双向变流器在实现能量变换的同时可以消除谐波,实现单位功率因数稳定,是一个多输入多输出非线性系统,应该用非线性控制的方法设计调节器。但现有的设计方法采用了小信号线性化、等效降阶等方法进一步求取传递函数,应用传统设计方法设计调节器。该文在此基础上,提出了一种线性二次型的电流最优控制方案,保证系统对负载变化或系统参数在一定范围内变化时具有很强的鲁棒性,使系统具有高功率因数,且输出电压可调。文中给出了性能指标矩阵Q的选择规律。最后给出了仿真和实验结果。

阻性有源滤波器分频控制位置的选择方案

电力系统中线路电感与电容之间的谐振使得电力系统背景谐波电压谐振放大,导致电力系统中的谐波电压严重畸变。利用馈电线理论建立电力系统馈电线的分布式参数模型,对由系统背景谐波电压引起的谐波电压谐振传播情况进行理论分析,提出新的基于分频控制的阻性有源滤波器的位置选择方案,以抑制电力系统中背景谐波电压的谐振传播。通过仿真分析及实验验证理论分析的正确性,以及所提分频控制的有源滤波器的位置选择策略对电力系统背景谐波电压抑制的有效性。

孤岛微电网无通信功率均分和电压恢复研究

首先分析了传统下垂控制在功率均分中的局限性,并提出一种新型下垂控制。该控制策略利用本地脉冲高低电平分别实现电压恢复和功率均分,且只采用DG单元本地信息,不存在各DG单元或控制层面之间的通信,继承了传统下垂控制无通信的优点,保证了微电网"即插即用"。在两台三相逆变器组成的小型微电网上进行了实验研究,证明了理论与方案的正确性。

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。

一种具有宽输入电压范围的集成Buck-Boost LLC级联变换器

研究一种集成Buck-Boost LLC（integrated Buck-Boost LLC,IBBLLC）变换器。该变换器适用于宽输入电压范围场合的应用,通过开关管的共用变换器减少了开关管数量。通过采用PWM＋Phase-Shift控制,使得原边各个开关管在全输入电压和全负载范围内均能够实现零电压开通（zero voltage switching,ZVS）。文中首先介绍变换器的拓扑结构及直流增益。其次详细分析变换器的工作模式及前级电感Lb对变换器性能的影响,为变换器参数的选取提供了理论依据。此外,研究变换器的ZVS特性,给出变换器能够实现ZVS的工作区域。最后搭建一台200～450 V输入、14 V/80 A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。

并联有源滤波器网侧谐波电流反馈控制

有源滤波器采用电源端电流检测的谐波抑制效果优于负载端电流检测法,但因其稳定性较差而应用较少。电源端检测方法因电源电流的反馈而构成闭环控制系统,它把产生谐振的传递函数包括在闭环内,选择适当的校正环节可以抑制谐振,通过相位超前校正可以提升系统稳定裕度和增大环路增益,但加入相位超前校正环节在提高系统的相位稳定裕度的同时系统低频段增益较低,限制了实际补偿效果。为提高低频段增益,本文提出应用选择性滤波器复合比例环节提高特定频率增益,该环节同时提高了系统相位稳定裕度和低频段的增益,保证系统稳定性并提升了补偿效果。实验结果表明了其有效性。