基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略

虽然并网逆变器采用电容电压全前馈控制策略,能够有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响。但是在弱电网工况环境下,由于锁相环、数字控制延时等因素与电网阻抗相互耦合,导致逆变器稳定较差、在阻抗交截频域中呈现弱无源性,易引发系统谐波振荡甚至失稳问题。鉴于此,该文借助无源性理论和阻抗分析方法,深度揭示了影响系统各频带阻抗特性的主导因素,进而提出了一种基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略。理论分析表明:所提控制策略不仅能有效地拓宽系统输出阻抗稳定范围,还可以保证改进后的系统输出阻抗具有较高的幅值增益。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测电流控制

多电平有源中点钳位(ANPC)逆变器具有功率器件电压应力小、电流谐波低和器件损耗可调控等优点,被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC(4L-ANPC)逆变器的控制与调制研究相对较少,现有的调制方案实现复杂,中点电压(NPV)控制难度较大。因此,该文针对三相4L-ANPC逆变器,提出一种改进的有限集模型预测电流控制(FS-MPCC)算法,避免了复杂的调制过程。首先,使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优;其次,对参与第一步寻优的大矢量划分扇区,使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优,得到目标电压矢量并作用于逆变器;最后,仿真和实验结果表明,与传统的FS-MPCC相比,所提方法在降低系统计算负担的同时,还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

MMC器件损耗分布与电容电压纹波综合优化方法

逆变工况下,半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)(简称T_(2)管)损耗占比较大,减小其损耗有利于提升设备运行可靠性。同时,抑制电容电压纹波有利于减小电容需求及提高功率密度。然而,现有优化控制策略未关注损耗分布优化及电容电压纹波间的矛盾,难以兼顾设备运行可靠性及功率密度。为此,文中提出兼顾减小T_(2)管损耗及抑制电容电压纹波的综合优化方法。首先,通过分析电荷量对器件损耗及电容电压纹波的影响路径,阐述减小T_(2)管的通态损耗与抑制电容电压纹波间的内在矛盾。接着,通过引入罚函数,建立计及T_(2)管损耗及电容电压纹波的综合目标函数。然后,以主动旁路策略为例,通过分析二倍频环流与三次谐波电压注入对T_(2)管损耗和电容电压纹波的影响规律,提出基于二倍频环流及三次谐波电压注入的综合优化方法。最后,在MATLAB/Simulink及PLECS中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明:该综合优化方法兼顾了T_(2)管损耗与电容电压纹波优化,一定程度上增加了设备可靠性与设备的功率密度。

一种低频储能型MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对低频工况下传统MMC子模块电容电压幅值大幅波动的问题,提出一种基于超级电容和双向DC/DC变换器的新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略,采用基于子模块整体能量排序算法的双向DC/DC变换器控制超容储能系统,以维持MMC低频工况下子模块的电容电压稳定。通过MATLAB/Simulink对新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略进行仿真研究,仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制低频工况下子模块电容电压的波动。

带有死区时间补偿及电容电压平衡功能的二极管钳位型三电平逆变器数字调制方法

针对二极管钳位型三电平逆变器存在的电容电压平衡问题和死区时间导致的输出波形失真问题,该文在分析死区时间对输出波形失真及电容电压平衡影响的基础上,提出一种可用于高频逆变器的数字调制方法及具体实现形式,分析量化与采样环节、数字隔离器件传输延时及采样时钟对所提方法的影响,并给出开关时钟分频倍数的设计准则。该方法独立于闭环控制系统其他环节,无需电流采样,实现容易且易于集成在数字控制器中;无需控制环路运算,可适用于更高开关频率和输出频率。仿真和实验表明,所提方法在不同开关频率、不同死区时间和不同负载类型下均能有效地降低死区时间导致的输出波形失真现象,且能够很好地解决电容电压平衡问题。此外,所提方法在开关频率高达400 kHz的情况下仍具有良好的效果。

考虑电容电压平衡的混合型MMC调制波分配策略

针对过调制运行下混合型模块化多电平换流器半桥与全桥子模块之间的电容电压不均衡问题,提出一种桥臂调制波内部动态分配控制方法。首先分析混合型模块化多电平换流器子模块电容电压差异的产生机理;然后提出一种桥臂调制波分配方法,以两种子模块电容周期能量积累差异为控制对象,通过调制波初步分配和限幅环节动态修正调制波在半桥与全桥子模块之间的分配比例,最终生成相应的调制信号;最后,通过仿真与硬件在环实验验证所提策略的有效性。

基于电容电压全前馈的LCL型并网逆变器控制

对于LCL型并网逆变器,采用全前馈方案可以显著改善电网注入电流的质量,但是,由于升压变压器的漏感特性,导致无法直接测量电网电压,因此,这种方案的可行性受到了限制.为了解决电网电流畸变的问题,本文提出了一种新的电容电压全前馈方案,它将比例分量和二阶导数分量结合起来,并且在二阶导数分量中添加低通滤波器,从而使得整个可控频率范围内的电流具有正等效的特性,通过Simulink仿真,验证了本文方法的有效性.

改进冒泡排序的MMC电容电压均衡策略研究

模块化多电平换流器(MMC)的传统子模块电容电压均衡策略存在开关频率高、损耗大的问题。为此,设计一种改进冒泡排序的MMC电容电压均衡策略。设定梯度值,使电容电压之间增加一定的裕度。在排序过程中,若相邻两个电容电压的差值小于梯度值,则不改变子模块的索引顺序,从而减小子模块开关状态改变的次数。通过调节梯度值,控制电容电压的均衡性,并分别设计了恒定梯度值和时变梯度值这两种均压策略。利用Matlab/Simulink搭建MMC模型,对所提策略进行验证。仿真结果表明,所提策略与传统策略相比,在保证电容电压均衡的同时,能够降低子模块开关频率;同时,各子模块电容电压之间具有良好的相似性。该策略在减少MMC开关损耗的工程应用研究中具有重要意义。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

RLC电路中的电容电压过充现象研究

RLC电路是大学物理及电路分析等课程中的重要内容之一,更是电子仪器及通信设备中的基本单元。当RLC电路处于工作状态时,电容两端电压会出现超过电源电压的过充现象。然而,现有的教科书中对此现象缺少必要的原理阐释。实际上,过充现象蕴含了丰富的物理图像。本文在实验观测与分析暂态过程中各元件物理量依赖关系的基础上,从微观和宏观两个方面进行了定量研究,解释了过充现象是源于电感的存在影响了电流变化方式,当电容电压达到电源电压时,电流并未到零点,充电过程的继续导致了电容电压过充现象。本文结果有助于广大学生更深刻地理解RLC电路的暂态过程。

LCL型逆变器的电容电压反馈谐振抑制方法

LCL型并网逆变器被广泛应用于光伏、风力等分布式发电系统。由于LCL型滤波器的频率特性曲线在固有谐振频率处存在谐振尖峰,会导致系统失稳。基于电容电压反馈的有源阻尼方法,反馈量为微分环节,物理上不能完全实现,对于谐振抑制有着不利的影响。为此构造了一个比例-惯性环节作为反馈量,并利用奈奎斯特稳定判据研究了系统稳定的参数取值范围。该方法能够直接控制并网侧电流,抑制谐振尖峰。通过仿真和实验验证了该方法的有效性。

直流配电网交流侧不对称故障对直流侧电容电压影响研究

直流配电网的AC/DC换流器交流侧不对称故障对直流侧正、负极电容电压有重要影响。本文对直流配电网在交流不对称故障工况下直流侧电容电压进行理论推导分析,指出单相接地故障下因零序分量的存在使得AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压会呈现出共模波动特征。在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的直流配电网电磁暂态仿真模型,分别开展直流配电系统在稳态和交流单相接地故障暂态工况下的仿真分析,仿真结果也表明交流侧不对称故障过程中AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压表现共模波动过程,进而引起正、负极电容电压的不平衡,使得AC/DC换流器交流侧三相交流电压也出现直流偏置,影响系统恢复。

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。

基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法

基于MMC(模块化多电平换流器)的SCES(超级电容储能系统)是解决大规模可再生能源并网问题的关键技术之一,但超级电容的差异性将导致SOC(荷电状态)不一致,从而影响储能容量利用率。针对此问题,提出一种基于电容电压平衡的MMC-SCES荷电状态均衡控制方法,通过储能功率的改变和子模块电容电压平衡实现各级SOC均衡。在PSCAD/EMTDC中搭建双端输电系统验证所提控制策略的可行性和有效性。结果表明:所提出的SOC均衡策略大幅减少了控制器的数量,简化了控制系统;采用状态排序与增量投切的电容电压平衡控制策略可以在SOC均衡的同时有效减少IGBT开关次数,降低了开关损耗。

MMC电容电压直流偏移现象试验验证研究

模块化多电平换流器(MMC)是柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统中的关键换流装备。对MMC子模块电容电压的直流偏移现象进行理论分析与试验验证。首先,建立MMC子模块电容电压直流分量的精确定量解析模型;然后,基于该模型,详细分析了子模块电容电压直流偏移量的变化规律,指出交流端口的无功输出是影响MMC子模块电容电压直流偏移量变化的主导因素;最后,基于试验室所搭建的MMC小容量物理样机,开展了典型工况下的试验研究,验证了理论分析的正确性。

基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)的传统均压策略中子模块反复投切和器件损耗大等问题,提出一种基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略。将子模块电容电压利用归并排序算法进行排序,利用电容电压的平均值和不平衡度来设定其投切的最优范围,在允许的子模块电容电压波动阈值范围内,减少系统中子模块不必要的反复投切,减少器件的损耗。建立MMC电容电压均衡策略的仿真模型,验证该策略的有效性和可行性。

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)传统子模块(sub-module,SM)均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。

开关电容有源箝位型多电平逆变器的多电压区间调制方法及电容电压控制策略

针对一种开关电容有源箝位型(switched-capacitor active-neutral-point-clamped,SC-ANPC)多电平逆变器的冗余开关状态数量不足,造成电容电压平衡困难的问题,提出一种适用于该拓扑结构的多电压区间调制方法及电容电压控制方法,解决了现有调制方法计算复杂及开关频率受限的问题。首先分析了逆变器的工作原理,根据逆变器开关状态,提出了三电平区间开关状态组合模型,并设计了满足开关电容电压静态平衡约束条件的多电压区间载波移相调制方法。由于满足静态平衡条件,开关电容电压体积和纹波得到了减少,并且开关管的载波之间只有简单的移相关系,工程实现简单。在此基础上,扩展到三相系统,建立了电容电压的纹波模型,提出了相应的电容电压控制方法,通过调节占空比实现开关电容电压控制,注入零序电压实现母线电容电压控制。通过仿真和实验验证所提调制方法、控制方法的可行性。

基于广义电容电压不平衡度的MMC子模块开路故障诊断策略

模块化多电平换流器(MMC)广泛应用于高压大功率场合。MMC拓扑由大量的子模块(SM)组成,为了提高其运行可靠性,在其SM发生开路故障后,需要快速检测到故障并定位故障SM。现有研究基于经验的阈值设置在不同运行功率间难以推广。针对此,该文提出基于广义电容电压不平衡度的MMC子模块开路故障诊断策略。通过判断桥臂中电容电压最大SM的广义电容电压不平衡度是否超出设定阈值来检测故障,故障定位过程同样是基于该标志。通过理论分析,给出诊断阈值在不同运行功率下的设置方法。所提出的方法可以在不同功率点准确、快速地诊断出MMC子模块开路故障,并降低不同运行功率下阈值设置难度。最后通过硬件在环(HIL)平台验证了该方法的可行性。