基于暂态导数极性分段优化的VSG二次调频控制策略

二次调频能使电力系统在一次调频过程中始终满足频率稳定的要求。采用虚拟同步发电机VSG控制策略的并网逆变器在离网运行时仅具备一次调频特性,若VSG的输出频率超出安全工作区间时将会对微电网的稳定运行产生影响,因此,需在有功控制环加入固定积分系数来实现频率无差控制的二次调频,但传统二次调频存在恢复时间与频率振荡的固有矛盾。提出一种根据暂态导数极性分段优化的改进VSG二次调频策略,该策略基于频率恢复特性,将频率恢复过程划分为2个阶段,并分别配置不同的积分系数,使得整个频率恢复时间缩短,且避免了频率的振荡,并给出了所提方法关键参数的设定依据。最后通过仿真与基于HIL的半实物平台验证了所提策略的可靠性。

计及频率耦合效应的并网逆变器稳定控制研究

随着可再生能源的不断发展,高比例新能源发电系统和电网交互易发生次/超同步频率振荡。在弱电网下这2种频率振荡分量之间具有强耦合关系,称为频率耦合现象。此现象是由三相并网逆变器控制器中控制结构或参数不对称引发,由此诱发的频率耦合现象会影响并网系统稳定运行,放大频率振荡的影响,恶化系统的电能质量。针对上述问题,建立了基于功率外环控制的计及频率耦合效应的三相并网逆变器阻抗模型,首次给出了系统临界稳定时锁相环带宽和电流环不对称度的理论分析过程,进而推导出锁相环和电流环的参数优化方法。此外,提出了改进功率外环和锁相环结构的方法消除控制器中的不对称因素,从而抑制频率耦合的影响。通过总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)数据表明,2种方法极大削弱了频率耦合强度,提升了并网系统稳定性。最后,仿真及实验结果,验证了理论分析的正确性和提出策略的有效性。

弱电网下基于虚拟同步机的并网逆变器短路电流抑制研究

随着电力系统中新能源发电渗透率的提高,电网逐渐趋于弱电网,导致发电系统中低惯量、弱阻尼现象日益严重。虚拟同步机(VSG)技术可以提高惯量增加阻尼,保证系统在小扰动下的动态稳定性。然而高渗透率的电网系统为非无穷大系统,当网侧发生短路故障时,故障瞬间产生因非周期分量引起的暂态冲击电流,仅依靠传统的VSG控制无法有效地抑制短路电流,难以保证系统在大扰动下的暂态稳定性。针对以上问题,本文基于VSG暂态功角特性,提出了适用于弱电网的单位圆混合相量分析法,并结合提出的动态调节控制策略能够在电网阻抗波动时有效地抑制短路电流的稳态值和暂态冲击峰值,保证了系统的暂态稳定性。仿真和实验结果验证了本文所提控制方法的正确性和可行性。

基于改进自恢复下垂控制的储能逆变器多维度优化控制

微电网被认为是接纳可再生能源、提高电能质量的有效手段。含有储能逆变器的微电网,要求储能逆变器具有并网/独立双模式功能,并且能够实现在孤岛时储能逆变器输出频率的稳定以及减少线路阻抗对逆变器无功控制性能的影响,并网时实现并网有功和无功功率精确可控以及并/脱网的平滑切换。为实现上述多维度控制,提出一种改进的自恢复下垂控制策略(self-recovery droop control,SRDC),对传统自恢复下垂控制进行改进。引入偏差比例前馈,从而显著提升了孤岛模式下负载扰动时储能逆变器的频率恢复暂态性能,解决了频率动态越限并实现稳态无差控制;引入附加并网功率控制环路,实现了并网模式下逆变器的有功功率和无功功率精确可控以及非计划孤岛的脱网平滑切换。对上述改进自恢复下垂控制的工作机理和整个并脱网运行过程进行了详细分析,并通过仿真和实验结果验证了所提出方法的有效性。

3通道蛇形流场板氢氧质子交换膜燃料电池性能仿真研究

3通道蛇形PEMFC(质子交换膜燃料电池)因能量转换效率高、体积小、低噪声、清洁无污染等优势而被广泛应用。3通道蛇形燃料电池流场内燃料压力、燃料流量直接决定着电池的电压-电流性能,采用数值仿真法分析3通道蛇形流场质子交换膜燃料电池的燃料压力、流量对电池性能及启动性能的影响,可以直观获得膜燃料电池通过实验手段无法测量局部微弱变化。仿真结果表明:电池电压、电流分别受氢气压力和流量影响较大;当氢气与空气的流量比控制在1.3—3.0时,电池的输出电流最佳,电池的电流密度分布比较均匀;电池启动后电池和电流都有一定波动,电池运行13 min以后,电池电压和电流趋于稳定。3通道蛇形质子交换膜燃料电池仿真模型的建立为燃料电池流场仿真模型的构建与优化提供了参考。

现场总线控制的单相逆变电源并联系统

逆变电源并联对于扩大系统供电容量、提高供电系统可靠性等具有重要的意义。针对常规逆变电源并联方法中同步控制复杂、冗余性不佳的问题,引入了争主方式的并联控制。应用数字信号处理器TMS320LF2407A芯片内嵌CAN控制器的特点,设计了一种基于CAN总线的争主主从冗余同步和均流控制的全数字化并联系统,实现了对并联逆变电源模块运行的实时通信。以两台单相逆变电源并联为例,全面叙述了争主主从方式并联方法中软件和硬件的设计过程。最后在样机并联实验中证明了该方法的正确性和可行性。

分布式发电系统无缝切换控制策略

双模式工作的分布式发电系统存在并网运行与独立运行工作模式切换及电流型控制与电压型控制的控制模式切换。实现运行模式的无缝切换,减小电流电压冲击,是双模式分布式发电技术的关键问题。传统无缝切换控制算法忽略两种切换的不同步性,造成切换过程中出现并网电流冲击大,负载电压波动等问题。本文提出一种电压电流加权控制策略,在不增加系统复杂度的情况下,保证切换过程中的暂态变量均可控,抑制电压电流冲击,实现无缝切换。最后在样机实验中证明了该方法的正确性和可行性。

分布式发电并网无缝切换控制算法设计与实现

并网切换过程中冲击电流电压过大严重影响并网逆变器、大电网及本地负载的正常工作。为减小分布式发电并网过程对电网的冲击,提出了基于加权控制的三相逆变器并网无缝切换控制策略,解决了切换过程中存在不可控现象造成的电压电流冲击问题,给出了加权控制策略中参数的设计方法,探讨了加权系数对切换暂态的影响。该控制方法在不增加系统复杂度的前提下,实现了并网无缝切换。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和可行性。

基于相位簇扰动的下垂控制并网逆变器孤岛检测

传统孤岛检测方法多基于恒功率控制和电流控制的并网逆变器研究,随着下垂控制等其他控制策略并网逆变器的不断发展以及多机并网逆变器的广泛应用,传统孤岛检测方法的有效性受到挑战,必须寻找一种通用性更强的检测方法来适应分布式发电系统的发展。该文首先针对下垂控制策略提出一种基于P-f有功功率环相位簇扰动的孤岛检测方法,根据Goertzel算法提取的各次谐波幅值求和进行孤岛检测,该方法应用于下垂控制并网逆变器中,能够有效地增强抗干扰能力,无盲区地检测出孤岛,并适用于传统并网控制策略和多机并网系统。最后在三相并网逆变器的基础上建立仿真和实验平台,验证了该相位簇扰动主动孤岛检测方法的正确性及优越性。

下垂控制并网逆变器的孤岛检测机理研究

分布式发电系统并网运行时,孤岛检测是必须具备的功能。孤岛检测既要求快速准确地检测孤岛,又要求尽量减少对电网造成的不良影响。本文针对微电网中应用越来越广泛的下垂控制并网逆变器进行研究,提出了一种基于相位差变化率检测的改进移相法,该方法具有非破坏性,能够快速准确地检测到孤岛的发生。通过仿真和实验,证明了所提出孤岛检测方法的可行性。

基于下垂控制的双模式逆变器一体化控制策略

微电网具备并网与孤岛2种运行模式,2种模式存在较大区别,传统设计在运行模式切换时,需要进行控制策略转换。切换过程易产生较大的电压电流冲击,且在三相并网系统中尤其突出,严重影响了系统稳定运行。为简化运行策略,保证系统有效控制,深入研究了基于下垂控制的双模式逆变器一体化控制策略。为解决孤岛运行时并联逆变器无法精确分担负载无功功率的问题,提出了基于电压幅值变化率的下垂控制方法,该方法在并网和孤岛模式及模式切换状态下均可实现系统有功和无功功率的有效控制。仿真和实验验证了方法的可行性。

微电网孤岛运行模式下谐波电流抑制研究

微电网中采用下垂控制的逆变器对外呈现为近似电压源的特性,并经由线路阻抗连接到公共母线处。如果交流母线电压存在谐波分量,在线路阻抗较小的情况下将产生较大的谐波电流,进而降低母线电能质量,影响微电网安全有效运行,因此需对谐波电流进行相应控制。该文针对低压微电网中逆变器并联孤岛运行系统,提出采用准比例复数积分调节器进行谐波电流抑制的方法,该方法无需坐标变换,可直接针对特定次谐波电流进行控制,并且该复数调节器为一阶系统,较易于工程实现。最后通过仿真和实验对该方法进行验证。

多机并网对孤岛检测方法的影响研究

分布式发电系统并网运行时,孤岛检测是必须具备的功能。孤岛检测既要求快速准确,又要求尽量减少对电网造成的不良影响。随着大规模分布式发电系统的应用,尤其是微电网的出现,使得系统常连接多台并网逆变器,多逆变器并网系统孤岛检测技术的研究越来越受到关注。本文选取了三种典型孤岛检测方法进行研究,从盲区的角度分析了此三种孤岛检测方法对多机并网的适应性,以期为分布式发电多逆变器并网系统孤岛检测技术的研究奠定一定的理论基础和依据。

双模式三相逆变电源控制器设计与实现

大功率分布式发电系统通常采用三相逆变器并网,由于三相逆变器系统参数耦合,传统方法设计的控制器算法复杂。在d,q坐标系下为双模式三相并网逆变器的独立和并网模式建立了数学模型,采用新的解耦方法,依据独立和并网模式控制系统超调量越小,模式切换过程中被控量的波动越小,切换过程就越平滑的原则,完成了两种模式的控制器设计,即分别应用积分环节、比例环节即可将独立模式和并网模式整定成典型的二阶系统,控制器设计简单,能取得优良的动、静态特性。仿真与实验验证了设计方法的正确性和可行性。

基于0-1序列的三相并网逆变器孤岛检测方法

为了保证供电的稳定性和可靠性,IEEE Std.1547提出了孤岛后脱网运行的概念,传统孤岛保护的观念受到冲击。本文提出一种适用于微电网运行与控制的新型主动式孤岛检测方法,该方法在不破坏逆变器孤岛运行条件的前提下,对并网逆变器的PWM调制波进行0-1序列调制,实时采集并网公共点电压,利用数理统计方法提取输出电压的二次方差值,根据数学特征值在并网与孤岛模式中的变化判断孤岛,属于非破坏性孤岛检测方法。理论分析、仿真和实验结果证明了该方法的正确性和可行性。

分布式发电系统并网切换暂态过程分析

为减小分布式发电并网过程对电网的冲击,提出从时域角度对并网暂态电路的进网电流和负载电压响应进行分析。应用电路分析原理中的基本方法,建立了分布式发电并网切换电路微分方程,推导了暂态变量表达式。考虑到三相并网电流相位相差120°,探讨了并网时刻、相位与暂态分量的特征关系。依据暂态过程中系统各变量之间的函数关系,采取有效措施抑制暂态变量,以获得切换过程的平滑过渡,实现无缝切换。仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。

基于自适应下垂控制的多机逆变器双模式运行及平滑切换研究

使多机分布式发电单元无互联线并联组网系统工作于独立运行和并网运行两种模式,已成为可再生能源应用的重要技术手段。针对实际应用中存在的技术问题,文中提出了自适应下垂控制策略,其主要包括带低通滤波器的虚拟阻抗控制、主动同步控制和P-D/Q-I下垂控制三部分。首先改进了传统的虚拟阻抗控制,即在该环节加入了低通滤波器,从而在改善基波阻抗特性的同时提高了输出电压质量;然后提出了主动同步控制算法,该算法适用于采用下垂控制的分布式发电单元与电网的同步控制,实现了独立运行到并网运行过程中公共耦合点电压的平滑过渡;最后提出了P-D/Q-I改进下垂控制,改善了传统下垂控制实现电压型并网的性能。仿真分析与实验结果都验证了所提控制策略的有效性,实现了多机组网系统的双模式运行及平滑切换。

非理想电网下并网逆变器复数控制器及其控制簇研究

针对电网出现的频率偏移、不平衡及含有低次谐波等问题,提出一种基于αβ静止坐标系可消除交流稳态误差的通用型复数控制器,此通用型复数控制器可等效变换成正序准PCI(QPCI)、正负序解耦准PCI、正负序2阶解耦准PCI以及高次正负序解耦准PCI网逆变器对称、稳定输出。最后在三相并网逆变器基础上建立仿真和实验,验证通用型复数控制器及其控制簇的正确性及优越性。

基于PLL的相位扰动孤岛检测方法

针对多机并网对孤岛检测方法的要求,研究一种基于锁相环的相位扰动孤岛检测方法,该方法快速,无盲区,能适合电网不平衡情况,并在多机并网情况下有效。通过仿真和实验,证明所提孤岛检测方法可行。

下垂控制并联系统中功率精确分配的控制策略

采用下垂控制的多台逆变器并联运行时,如果各逆变器的线路阻抗存在差异,下垂控制的固有特性将导致逆变器输出的无功功率无法精确分配,进而会在并联系统内引起无功环流,严重时可能会损坏逆变器,因此,研究逆变器并联运行时无功功率的精确分配问题显得尤为重要。此处从逆变器并联运行时的功率分配问题入手,对功率无法精确分配的原因进行了分析,对常见的功率分配控制方法进行了分析与比较,在此基础上提出一种采用无功功率反馈的控制方法来解决功率无法精确分配的问题。最后,所提控制方法的有效性通过仿真以及实验得以验证。