基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究

当前,光伏、海上风电等新能源场站的直流汇流应用得到越来越多的关注,在新能源发电低压输入中高压汇流输出的场合,为了提升直流输电电压并进一步减小器件应力,多采用输入并联输出串联(IPOS)结构。虽然这种模块化串并联结构有着许多优势,但由于模块间器件参数误差,导致各模块存在电压电流不均衡的问题,影响整个功率变换系统的稳定运行。为此提出了面向直流汇流应用的IPOS多模块谐振变换器的改进下垂控制均衡方法,各模块间无需加入通信就实现各模块的输出电压和功率的完全均衡,改进了传统下垂控制电压与参考值不符的问题,并进一步提升了系统的动态响应性能。基于该控制方式,搭建了三路模块化IPOS谐振变换器原理样机,通过实验验证了所提改进下垂控制方法对IPOS系统的均衡效果。

并网逆变器整体序阻抗建模方法及其稳定性分析

在高比例新能源电力系统中,并网逆变器与电网的动态交互作用使得系统谐波谐振问题凸显且日趋复杂。以三相平衡系统为研究对象,研究abc坐标系下考虑正负序频率耦合以及逆变器与电网阻抗交互影响的并网系统整体序阻抗建模方法,以避免行列式计算,并率先提出并网系统整体阻抗测量方法;进而在整体阻抗模型基础上,提出一种频域阻抗稳定性判据和振荡频率预测方法,可建立频域阻抗判据与并网系统物理环节的联系,以大幅降低频域阻抗判据误判的风险;最后,通过MATLAB/Simulink仿真扫频验证了系统整体阻抗模型的正确性,并通过RTLAB硬件在环实验证明其可用于新能源并网系统的稳定性判断,并具有谐振频率预测精度高的优点。

一种改进组合神经网络的超短期风速预测方法研究

超短期风速预测是保障风电机组桨距角前馈控制实施效果的关键,对提高风电机组环境适应性具有重要影响。为了提高预测精度,提出了一种改进组合神经网络的超短期风速预测方法。该方法选择适合时间序列预测且具有较强非线性学习能力的BP神经网络和长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络进行加权组合,以消除单个神经网络可能存在的较大误差;同时,为了提高组合效果,采用差分进化算法对组合权重进行优化。将该方法应用于某风场超短期风速预测中,通过与单神经网络预测、等权重组合神经网络预测的结果对比,验证了所提方法在提高预测精度上的有效性。

间接电流控制独立/并网双模式逆变器研究

由于传统的独立/并网双模式逆变器在独立工作模式下控制输出电压;在并网工作模式下控制进网电流,所以在其模式切换瞬间存在两种控制方式的转换,必须采取有效措施,以避免出现输出电压突变,防止对逆变器所接本地负载造成损害。为此,采用间接电流控制技术,以控制并网运行时的输出电流,使逆变器的输出电压在双模式下均处于可控状态,以获得切换过程的平滑过渡,实现无缝切换。实验结果验证了该控制策略的可行性。

风电大规模并网时机组级电压控制技术研究

风电机组电压控制在维持风电场并网后的系统电压稳定方面具有较大的优势,且对于提高电网运行经济性具有重要意义。此处主要从风机电压控制的3个关键技术点展开分析。在无功极限方面主要针对相对复杂的双馈型风电机组(DFIG)展开分析,定子侧考虑定转子电流极限的约束,网侧考虑了网侧变流器无功能力限制。风机在无功极限内参与调压时其无功支撑能力远大于按照0.9~0.95功率因数运行所具备的无功支撑能力。无功分配及环流抑制方面,采用了基于下垂特性的电压控制,避免了无功环流,保证机组间无功合理分配。风机参与调压后振荡风险分析及抑制方面,通过仿真模拟了振荡过程,分析了振荡影响因素,合理设置电压控制速度以规避振荡风险。最后,基于1.5 MW双馈风电实验台开展了控制策略测试,验证了所提方法的可行性。

一种基于DVR的低压微网系统关键负载恒压供电控制策略

微网中的线路阻抗、逆变器输出阻抗以及电网电压波动都会造成微网中关键负载电压的波动。为使电压敏感负载恒压供电,在微网中引入动态电压补偿器(DVR)。给出了DVR的主电路,其控制策略包含有源阻尼环、瞬时电压环以及有效值电压外环,分别保证DVR的工作稳定性、动态特性以及稳态精度。给出了闭环控制参数的设计方法。仿真结果表明,将DVR应用到微网中可保证关键负载恒压供电,并具有优良的动态性能和稳态精度。

基于SHEPWM的级联五电平高频逆变器

高频逆变输出如超声换能器等应用场合,由于输出频率高,采用传统的正弦脉宽调制(SPWM)方式对开关频率的要求极高,单纯通过提高开关频率难以满足输出谐波要求。多电平技术可在低开关频率下获得更好的输出波形,在此将特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术应用到级联型高频逆变器的控制中。针对两路级联(五电平)电压型逆变器,提出一种计算相对简单的特定谐波消除模型,称为镜像剩余谐波消除模型。该模型分别对两路级联逆变器单元的输出谐波进行建模,利用第2路逆变器中的谐波作为第1路逆变器谐波的镜像谐波,实现谐波消除。通过仿真和实验验证了该模型的谐波消除效果。结果表明所提模型能够较好地实现特定谐波的消除,相比直接法多电平SHEPWM谐波消除方法具有建模简单、计算方便的优点。

一种新型的双开关高增益变换器

在新能源发电系统中,由于单体光伏电池产生的电压较低,需要采用高增益变换器以得到较高的直流母线电压。提出了一种基于开关电容的双开关高增益变换器,能够在较小的占空比下得到所需的电压增益。该变换器通过利用开关电容进一步提升电压增益的同时,可进一步降低开关管的电压应力,通过将两个电感的一侧并联接入输入端,可进一步减小电感电流,对提升功率密度有利。详细分析了该变换器的工作机理以及参数设计方法,通过Matlab/Simulink对上述理论分析进行了仿真验证,并给出了实验验证结果。仿真和实验结果表明,该变换器具有高增益变换、低电感电流,能够满足新能源发电高增益的需求,与理论分析一致。

逆变器侧电流反馈的LCL并网逆变器电网电压前馈控制策略

逆变器侧电流反馈的具有稳定性强、单闭环控制、参数设计简单和系统成本较低的优点,但是其属于电网电流间接控制,造成并网功率因数较低,此外,电网电流中还包含由电网电压引起的低次谐波电流。为保留其优点并克服其缺点,提出一种适用于逆变器侧电流反馈LCL并网逆变器的完全电网电压前馈控制策略,该策略能完全消除电网电压对电网电流的影响,并且并网功率因数得到了大大的提升。仿真与实验结果表明,所提控制策略正确、有效。

基于下垂锁相的逆变器并网控制策略研究

采用电网电压前馈的并网逆变器,其滤波电感的感值、电流控制器的参数会影响逆变器并网功率因数。在电网电压前馈电流型并网控制策略的基础上,提出基于下垂特性的新型锁相环(phase-locked loop,PLL)控制方法,采用电网电压和并网电流相位差为反馈量调节锁相环的输出,可以实现并网逆变器单位功率因数运行,并且可以实现逆变器的反孤岛运行。给出该方法的控制框图,分析工作原理和锁相环下垂系数的选取方法,仿真和实验结果验证了该方法在改善逆变器并网功率因数和反孤岛能力方面的正确性和有效性。

多机并网逆变器的并网/并联统一控制策略

分析了多机并网逆变器系统,得出其等效电路,推导出调节逆变器输出电压的相位可以调节逆变器输出有功功率,调节逆变器的输出电压幅值可以调节逆变器输出的无功功率。根据该理论,提出了一种多机并网逆变器的并网/并联统一控制策略,通过有功功率闭环调节逆变器输出电压的频率,通过无功功率闭环调节逆变器的幅值,给出了系统的运行流程,并分析了该方法内在的反孤岛能力。仿真和实验证明,所提控制策略在逆变器并网与并联时控制效果优良,并能实现平稳转换。

基于转矩分配策略与高频脉冲注入的开关磁阻电机无位置传感器控制方法

发电机是风力发电机组的核心装置,相较于目前市场主流的永磁同步电机和双馈直流电机,开关磁阻电机由于能输出稳定的直流电且电机本身成本低、坚固、有容错能力的优势,更适用于变速恒频发电系统。但开关磁阻电机起动运行时过度依赖传感器提供位置信号且起动运行过程中有较大的转矩脉动。通过使用高频脉冲注入的无位置传感器检测方法提高了电机零低速起动运行时的可靠性,同时结合转矩分配策略对电机输出转矩进行优化,抑制起动运行产生的较大转矩脉动。通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型并进行验证,结果表明将2种方法相结合能够在不影响转子位置角度估算的基础上还可以大大抑制电机运行时的转矩脉动。

基于混合整数线性规则及迭代建模的综合能源系统优化控制

综合能源网络基于多能源技术的灵活性,可以为地区及更上级的能源系统提供服务。由于非线性因素和建模的复杂性,其运行不确定性在优化控制建模时常常被忽略。为此,提出了一个包含多能源可控装置的综合能源网络优化控制框架。并将改进型混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)和非线性网络方程的线性逼近用于该框架的二阶段迭代建模。在MILP优化阶段,基于电功率、热功率和天然气功率均衡等效模型,并引入不确定概率因子,将不确定运行进行集合约束,建立成本最小化的优化目标函数。在第二阶迭代计算阶段,使用非线性综合网络模型,引入微分参数的随机概率因子集合,为提高迭代逼近计算运行效率及可行性,将线性约束独立参数进行动态修正策略引入迭代过程中。最后,所提出的优化控制模型被应用到一个工业园区,实验结果表明,该优化模型算法可以最大化地节约运行能耗成本,确保计算效率的同时能够适应综合能源网络不确定性工况。

飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究

飞轮储能风力发电系统可充分利用风能资源,抑制风电系统功率波动。但是飞轮储能系统的并网逆变器输出功率的高频扰动将降低电网吸纳风能的能力。且增加飞轮储能系统后,风力发电系统的软硬件成本较高。文中通过分析并网逆变器输出功率的高频扰动风量,计算飞轮储能系统功率参考值,实现快速功率平滑控制,减少并网功率波动,增加电网吸纳能力。通过采用定频滞环控制策略,克服了开关频率不固定、输出电流谐波含量高的缺点,其响应速度快,软硬件资源要求低,可减少PI控制器,减少锁相环等环节,降低软件开发成本。为验证采用定频滞环控制的快速功率平滑控制策略的性能,设计了仿真模型,并进行实验验证。仿真和实验结果表明:该控制策略可快速降低网侧有功功率波动,减小网侧电流谐波且软硬件成本低。

风电机组虚拟同步及惯量控制方法分析与测试评估

为了横向对比目前主流风电机组虚拟惯量控制的性能与效果,首先形成了评价指标体系,然后基于实时数字仿真器(real-time digital simulator,RTDS)和气动分析软件GH Bladed构建了2 MW双馈风电机组数字镜像系统,进而详细分析了各种惯量控制方式在电网频率阻尼、弱网运行稳定性、电网频率二次跌落和机组载荷影响等方面的优缺点。研究结果表明:不同的虚拟惯量控制方式在频率阻尼方面的效果类似;惯性同步控制(inertial synchronization control,ISynC)以及虚拟同步控制(virtual synchronous generator control,VSG)能显著提高机组弱网稳定运行的能力;此外,虚拟同步控制在降低电网频率二次跌落以及减小塔架疲劳载荷方面效果明显,可为今后的研究提供横向对比的实验支撑。

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象。提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计。双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电机转速在扭振频带的相角滞后为90°~270°,等效减小了发电机质块的阻尼甚至使其为负阻尼。通过调整整机转矩控制滞后或增加传动链阻尼,间接实现增加发电机质块阻尼,从而抑制扭振。基于实际双馈风机机械轴系特性搭建模型,对轴系扭振进行时域仿真分析及抑制策略验证,并对现场一台2 MW机组进行抑制效果测试,结果显示:转矩控制调整后轴系振荡被有效抑制。

基于dSPACE的电网谐波环境下双馈风机的适应性分析

文章以双馈电机(DFIG)机组及以含有5,7,11,13次谐波电压的电网为研究对象,针对风电机组应对电网谐波带来的扰动并维持正常运行等问题进行了研究。给出了一种基于多重谐振控制器的谐波抑制方法,并在dSPACE仿真平台上建立了一台2 MW风机模型,借助dSPACE系统提供的ControlDesk环境对其进行实时仿真分析。实时仿真结果表明,该方案能有效减少5,7,11,13次电网谐波电压带来的影响,使DFIG定子电流波形更加正弦化,改善直流母线电压波动问题,提高了电网谐波环境下风机系统的适应性。

一种新的载波移相脉宽调制策略

分析逆变器常用脉冲宽度调制产生偶次谐波的机理,从调节载波的角度出发,对多电平逆变器中常用的载波移相调制进行改进,提出了一种用于两电平逆变器的新的载波移相脉宽调制策略,通过周期性改变载波相位使输出波形保持半波对称,从而抑制偶次谐波.该策略具有通用性,适用于正弦脉宽调制、空间矢量脉宽调制等多种脉宽调制方式的偶次谐波抑制,且对于单相逆变器和三相逆变器均适用.通过搭建Matlab仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和有效性.

规模化并网逆变器网侧谐振电流信息的小波包提取方法

规模化并网逆变器在电网公共端并联易引起复杂的谐振现象,为了有效抑制该谐振,介绍了一种基于"检测-反馈-补偿"思路的系统控制结构。为了实现上述目标,首先需要实时准确地提取该谐振电流信息来为抑制措施提供基准。研究了基于小波包变换的最大谐振电流成分实时提取技术,提出一种基于db4小波包的小波树优化分解与重构算法,在每一层分解后采用阈值判据判定小波频段、保持频段和置零频段,下一层分解时仅对小波段进行分解。相比小波包完全分解算法,该优化算法可降低分解重构过程的运算量且不损失最大谐振电流信息量。基于DSP+FPGA控制平台在含不同谐振电流信息情况下对小波树优化算法的有效性进行了验证,并给出了基于"检测-反馈-补偿"思路的谐振电流抑制结果,实验表明优化算法可有效提取出最大谐振成分,并可用于电力电子变换器的实时控制。

全MOSFET型全桥非隔离光伏并网逆变器

带交流旁路环节的非隔离型单极性SPWM全桥光伏并网逆变器可以在不增加导通损耗的前提下改善共模特性。为了进一步消除共模电压引起的漏电流,可以采用箝位技术实现高频共模电压为恒值。提出一种改进型全桥电路结构和调制方式,在续流模态提供了交流旁路环节和二极管无源箝位,避免了有源箝位支路的死区对箝位效果的影响。在桥臂和续流回路中采用Si C-MOSFET器件可消除桥臂二极管反向恢复问题和降低电流回路阻抗,可以大幅提高变换效率。详细分析了新型逆变器结构和准单极性SPWM调制的差模和共模特性,并通过一台50 k Hz/3 k W实验样机对比验证了新型拓扑的性能。