基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。

含混合储能直流微电网混合势函数建模及稳定性分析

针对含恒功率负荷的混合储能直流微电网大扰动稳定及储能变换器建模问题,在推导混合储能(hybrid energy storage system,HESS)脉宽调制开关网络等效模型基础上,提出了一种基于混合势函数理论的含HESS直流微电网稳定性判据及分析方法。首先,计及HESS充放电特性,将含HESS直流微电网系统的工作状态划分为buck和boost工作模式;接着,分别建立上述两种工作模式下基于脉宽调制开关网络等效模型的直流微电网系统混合势函数模型;最后,应用混合势函数理论第3稳定性定理,分别推导得到buck和boost工作模式下的直流微电网大扰动稳定性判据,并对比基于开关平均模型的系统稳定性判据,提出的稳定性判据推导方法对系统动态行为预测更为准确。仿真验证了所提稳定性分析方法的合理性以及混合势函数判据的先进性。

三电平混合全桥DC-DC变换器全局电流应力优化与回流功率优化对比分析

三电平双有源混合全桥(hybrid three level full bridge,H-TLFB)DC-DC变换器在双重移相控制下存在回流功率和电流应力较大的问题,为此提出电流应力优化控制和回流功率优化控制两种优化控制策略。首先分析变换器4种工作模态,推导不同模态下电流应力、回流功率的表达式,通过对比求解全局内最小电流应力、最小回流功率对应最优移相比,并设计相应优化控制策略。然后基于相同传输功率段将两种优化控制策略进行对比分析,发现两种优化控制策略均可在全功率传输内对变换器进行优化。当1/2<p<2/3时,两种优化控制对电流应力的优化等效,当0<p<1/2时,两种优化控制对回流功率的优化等效。最后通过实验验证了理论分析的有效性和正确性。

LCL型并网逆变器新型电容电压有源阻尼策略

在弱电网条件下,数字控制延时会导致虚拟阻抗呈现负阻性,无法起到阻尼效果,因此并网逆变器在电网阻抗变化情况下不能稳定运行,鲁棒性受到严重威胁。针对上述问题,提出一种双线性正反馈有源阻尼策略,以扩大系统的有效阻尼区。为了节省传感器成本,将其优化为电容电压正反馈有源阻尼策略,在电容电压两端添加合适的正反馈阻尼环节,使得系统的有效阻尼区扩大为(0,0.477f3)。分析结果表明该策略使得并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性,即使谐振频率等于1/6采样频率时,系统也具有较好的稳定性。最后,以三相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了该策略的正确性。

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。

考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

孤立交直流混合微电网集中储能荷电状态趋近充、放电临界值,容易引发微电网及其子网功率越限,从而导致系统供电不可靠。在此背景下,该文提出了一种考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,根据交直流混合微电网及其子网功率盈缺状态,同时考虑混合储能中传统集中和灵活储能之间协调配合,将交直流混合微电网运行模式划分为正常、临界平衡和功率越限3种。在此基础上,根据储能荷电状态不均衡或异常、子微网越限等非正常状态进一步划分工况,以将控制目标进行细分。接着,通过分析电动汽车灵活储能、传统集中储能与互联接口变换器在同一时间尺度下的响应优先级,设计混合储能功率分配和互联接口变换器功率传输原则,并提出系统运行模式及工况间平滑切换方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的交直流混合微电网仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。

废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网关键技术及瓶颈问题

从废弃矿井残留能源与空间资源协同利用出发,在废弃矿井绿色低碳多能互补体系框架下,统筹考虑废弃矿井采空区煤层气开采活动用电需求与采煤沉陷区可再生能源发电潜力,以及低浓度瓦斯发电和储能作为补充,提出探索构建集成风-光-气-储的废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统。相较于普通直流微电网,低系统惯量、弱电网连接、分布式发电随机波动和周期变工况负荷大扰动等多重不利因素叠加使得废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统稳定运行面临更加严峻的挑战。为此,有必要围绕废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统这一废弃矿井残留能源与空间资源协同利用潜在场景涉及的关键技术及背后的瓶颈问题展开系统梳理与探讨。首先,阐述了废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的拓扑结构与组成单元,并从能量流动模型出发探讨了在寻求系统容量优化配置过程中需要考虑的约束条件。接着,提炼出煤层气抽采机电动机周期变工况负荷分析、低浓度瓦斯发电机气-电转换环节耦合、电压稳定控制及协调运行等破解废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统可靠稳定及协调运行难题涉及的关键技术,总结和回顾了已有研究进展,分析了目前工作存在的难点和问题,同时探讨了可能的解决方法及后续工作建议。进一步指出亟待攻克低浓度瓦斯发电机气-电耦合长时间尺度与风光储短时间尺度联合建模,以及低惯量、弱连接、大扰动等多重不利因素作用导致的电压振荡机理等关键技术背后的核心瓶颈问题。最后,从已有工作基础、研究进展及经济效益评估等方面展望了构建废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的可行性及应用前景。

基于改进下垂控制的直流微电网大扰动稳定性分析

针对含恒功率负荷的改进下垂控制直流微电网系统大扰动稳定问题,本文基于混合势函数理论,提出一种适用于改进下垂控制的直流微电网系统稳定性判据推导方法。通过推导得到稳定性判据,给出恒功率负荷稳定运行边界和储能变换器下垂系数及幂指数的取值上界。该判据能够良好地反映改进下垂控制的直流微电网系统大扰动稳定性与储能变换器下垂系数及幂指数取值间的关联,为系统控制参数的选取提供了重要参考。仿真验证了所提方法和稳定性判据的正确性。

交直流配网混合式接口变流器及其控制策略研究

交直流接口变流器是在当前交流配电网下构建直流供电系统的关键设备之一。传统的交直流接口变流器通常工作在较低的开关频率以降低大功率运行时的损耗,但同时会导致变流器对直流侧电压控制性能下降,直流电网的电能质量难以保障。由于直流电网的阻抗会随其结构的改变而变化,直流电网电能质量的控制变得更加复杂。为解决传统交直流接口变流器效率与控制性能的矛盾,本文采用了一种前后两级级联的拓扑方案,将传统交直流接口变流器作为整流级,增加了由超级电容构建的功率缓冲级,提出了一种两级协调的控制方法,可在保证接口变流器效率的前提下,提高变流器的控制性能。功率缓冲级同时可实现直流电网电能质量的集中治理,提高交直流接口变流器对直流电网电能质量的控制能力。此外,还探讨了功率缓冲级中超级电容的设计与控制。仿真结果验证了所提方案的可行性与优越性。

基于PCS变主从协同控制的微电网平滑离网技术

当微电网由并网模式进入离网模式时,储能变流器和光伏逆变器采用传统控制方式可能会造成微电网系统振荡、储能系统过充和过放的问题。采用储能变流器和光伏逆变器并联运行的微电网结构,通过分析微电网各电源出力情况,提出一种在微电网离网时刻,考虑储能系统荷电状态(State of charge,SOC)的变主从协同控制策略,即将主从控制、对等控制、分层控制的优势结合起来,实现储能变流器在二次调压调频的下垂控制和PQ控制间灵活切换,实现微电网的平滑离网,防止储能系统过充和过放。最后搭建仿真模型,对所提方法的有效性进行验证。

有源电力滤波器指定次谐波补偿优化限流策略研究

为保障有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)在超过其额定容量的工况下稳定运行,提出了一种基于负载谐波电流重构的限流策略,实现有源滤波器输出指定次谐波电流的精确限流。根据补偿后电网电流总谐波畸变率(THD)最小原则构建补偿结果的评价体系,通过对电流重构波形中各次谐波含量的调整,提出了一种有源滤波器的最优补偿方案。最后利用半实物平台进行了相关实验,对比分析了负载电流在稳态和动态下,谐波电流重构与传统方法的限流与补偿效果,验证了所提重构补偿方案的正确性与优越性。

级联整流二维调制多维扩展策略

级联整流(CHBR)作为新兴中高压电力电子变流器的整流级,是主动式配电网接口变流器、链式储能变流器实现的关键环节。二维调制(TDM)在优化两桥CHBR直流电压平衡速度、提升直流母线不平衡带载能力等方面优势明显。但随着级联数量的增加,多维调制的自由度数量激增,优化也变得异常复杂。该文首先在二维电压平衡调制的基础上,提出了一种多维扩展调制策略,并对扩展策略的调制逻辑进行了化简,使得二维电压平衡调制可应用于多桥级联的场合。之后,研究了多维扩展调制策略对TDM自由度优化的继承性,从理论上对比分析了CHBR单位功率因数运行时,多维扩展调制策略与TDM策略的直流电压平衡性能,以及影响多维扩展调制平衡性能的主要因素。最后,在搭建的实验平台上验证所述理论的有效性与优越性。

变压器对LCL型SVG多模块并联系统稳定性的影响

采用LCL滤波器的SVG(static var generator)多模块并联补偿时,受并联模块数量以及系统变压器的影响,使得原本可单独稳定运行的SVG模块,不能满足此类系统的稳定性要求。在研究变压器对SVG多模块并联系统影响的基础上,验证了传统有源阻尼设计方法适用性的不足;进而对传统有源阻尼的设计进行了修正,给出了电容电流反馈系数和电流调节器参数的取值范围。改进的整定方法使得此类系统控制参数的设计更为准确,系统的响应和稳定裕度改善明显。仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。

不平衡电网下隔离型固态变压器非线性一体化控制

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solid state transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承受的电压应力与交流侧的并网电流质量更加难以保障,影响着SST的运行安全与适用性。为此,根据SST前后级的非线性特性,建立三相电网不平衡条件下SST一体化仿射非线性模型。在此基础上,采用输入-输出精确反馈线性化的方法,实现前级电流环、前后级级间电压与SST直流侧电压的解耦,加强了前后2级功率传递的一致性,保障了SST交流侧并网电流的质量。为进一步提高系统整体的动态性能,将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,改善了系统对参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果验证了以上方法的正确性与有效性。

隔离型交−直流固态变压器前后级一体化滑模控制

为了提高固态变压器(SST)控制系统的动态性能和鲁棒性,提出SST前后级一体化滑模控制方法.根据SST前后级的非线性特性,建立整体仿射非线性的数学模型,采用输入−输出精确反馈线性化,实现前级电流环、前后级级间电压以及SST直流侧电压的解耦,加强前后两级功率传递的一致性.将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,进一步提高系统整体动态性能,改善系统对参数摄动的鲁棒性.仿真和实验结果表明,在外部发生扰动时,SST采用一体化滑模控制方法能够快速、有效地调整电网侧电压、两级间电压和直流侧电压的波动,改善前、后级功率传递的一致性,在发生参数变化时仍具有较强的鲁棒性.

多端口直流微电网实验平台设计

为精准培养电力电子专业硕士的实践技能,为后续科研奠定基础,提出了一种多端口直流微电网实验平台方案。在研究国内外相关直流微网实验平台的基础上,考虑满足一般配电的实验室环境,制定了实验平台的设计目标,详细介绍了平台的构成、搭建以及相关实验的开展,探讨了搭建过程中对电力电子专业硕士知识体系与实践能力的培养。通过引入有效的管理机制,在保障平台搭建进度的同时,培养学生独立思考与团队协作的能力。实验结果表明,系统运行稳定,微网中各变流器均实现了设计的目标。

一种适用于级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡的新型调制方法

针对无工频变压器大功率多电平变流器级联H桥(Cascaded H-Bridge,CHB)整流级的结构与特点,本文提出了一种使单位功率因数下运行的CHBR在安全工作区的优化工作点上工作的概念以及相应的新型调制策略。该新型调制策略不仅可以使负载突变后CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到快速平衡,还可以使CHBR各级联H桥负载的不平衡程度达到最大限度地扩展。本文首先从理论上对于所提优化工作点的概念进行了讨论,然后分析了新型调制策略可以使CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到最快平衡的基本原理,同时给出了在此优化工作点下,CHBR各级联H桥负载容许的不平衡程度最大值的定量描述。之后进一步详细讨论了利用CHBR交流侧输出电压与输入电流的极性关系,通过二维调制区域中两条不同的调制轨迹的相互配合,实现新型调制策略的具体方法,最后通过搭建的试验平台验证了该调制方法的正确性和优越性。

LCL型并网逆变器并联谐振机理分析及抑制方法

针对两个并网逆变器并联系统,利用叠加定理分析了各逆变器对并网电流的影响,对并网电流进行分解,研究了由交互电流和公共电流产生谐振的机理,对比分析了相同和不同容量多个并网逆变器并联系统的谐振频率点特性.基于并联系统中交互电流产生的谐振频率点,设计了数字陷波器,引入到传统电容电流反馈有源阻尼控制中,实现了对基波信号的无静差控制,满足了此类系统的并网要求.搭建了相同和不同容量的逆变器并联系统模型,仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性.

煤矿井下无工频变压器级联式多电平变换器的应用与实现

文章对一种新型的功率单元级联式多电平变换器的基本工作原理进行了深入详细的理论分析,论述了可能的具体的实现方式和控制策略,并给出了相应的仿真实验波形。并且提出应用此种新型的功率单元级联式多电平变换器代替目前煤矿井下体积庞大、重量重、综合性能不高的供电设备、传动装置,具有的无可比拟的优势。