三端口柔性多状态开关多模式平滑切换控制策略

光伏整县推进和电动汽车快速发展造成配电网末端电压偏高等电能质量问题,基于区域柔性互联的柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)技术成为解决方案之一。针对柔性多状态开关PQ模式与VF模式间切换的波动及冲击性问题,提出在状态跟随控制器之后添加惯性环节,并改进相位预同步环节,可实现FMSS并离网工作模式的平滑切换。针对FMSS直流母线控制端的馈线故障导致系统运行崩溃问题,提出一种引入权值调节的控制策略,可实现系统稳定运行情况下,有功控制和直流母线电压控制的平滑切换。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端口FMSS仿真模型,对提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果实现了任意馈线故障下三端口FMSS无缝转供电功能。最后搭建物理实验平台,进一步验证了所提平滑切换策略的有效性。

一种晶闸管型混合直流断路器全工况控制策略

围绕快速晶闸管的混合式直流断路器的建模与控制进行研究。综合考虑不同控制策略下的故障电流迁移条件,提出了基于有限状态机方法的控制策略,实现不同状态之间相互转换,重点对预合闸控制和重合闸控制的实现过程进行了详细的状态切换分析和实现,通过将原来时序逻辑关系融合到不同状态的设定中,从而能够随时快速响应不同的事件,避免了传统时序控制方式必须完整执行全部控制过程导致的重复判断和交叉干涉。最后搭建了基于状态机下直流断路器控制系统,并对不同故障模式下的直流断路器状态切换进行了仿真,验证了采用有限状态机控制下多状态间的可靠、快速运行。

柔性多状态开关应用场景分析

随着配电网负荷、分布式能源及电动汽车的快速增长,传统的配电网结构与调控方式面临巨大挑战,馈线功率失衡、变压器重过载、城市输配电增容困难等问题日益突出。配电网柔性多状态开关技术为解决上述问题带来了可能。文中以配电网区域柔性互联典型应用场景为切入点,分析了柔性多状态开关适用的不同应用场景,研究了不同应用场景下柔性多状态开关的应用背景和优势,并对典型应用场景下功能需求、技术支撑情况、示范应用以及研究难点进行了分析,给出了不同应用场景面临的关键问题和挑战,并展望了柔性多状态开关未来的研究方向。

柔性多状态开关新型复合控制策略

分布式电源的大量接入和电动汽车的快速普及成为现今配电网面临的双重挑战,同时当前配电网普遍存在闭环设计、开环运行的现象,导致配电网内馈线功率失衡现象严重。为解决上述问题,文中研究了用于配电网馈线互联的柔性多状态开关控制技术。基于柔性多状态开关接入方式和拓扑分析,分析了柔性多状态开关与两侧馈线进行功率交换的原理。然后提出了一种新型复合控制策略,直流母线电压由所有变流器共同控制,能够实现装置同时独立进行有功潮流调节和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型和原理样机实验平台,进行了配电网两条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。仿真和实验结果显示,所提出的控制策略有效可行。

2种改进的滑模并网逆变器控制策略

为改善光伏并网逆变器控制系统的动态性能,根据并网逆变器数学模型,提出利用指数滑模变结构控制律和平方根滑模控制律,设计基于改进滑模变结构的单相电流环光伏并网逆变器控制系统。推导了滑模变结构控制在并网逆变器应用的滑模面存在性,并利用李亚普诺夫定理证明了系统稳定性。针对所选滑模控制律存在的非线性可能引起系统抖振的问题,采用单位控制连续化方法,使改进后的控制算法在切换面附近具有高增益特性,使系统具有抵抗干扰和参数摄动的能力。最后对2种控制方法进行了比较,证明改进的指数滑模变结构有更精准的跟随特性。

微源逆变器不平衡非线性混合负载的控制

为解决微电网中不平衡非线性混合负载对微源逆变器输出电压的影响,提出一种混合负载控制策略。通过补偿5、7次谐波和负序不平衡分量,使微源逆变器本地独立运行时,可以带载平衡负载、不平衡负载、整流型非线性负载及相关组合的混合负载。进行谐波和不平衡控制算法的理论推导,对所提控制策略进行仿真研究和实验验证。结果表明,所提控制策略控制效果理想,能够对混合负载提供良好的电力供应。

D-FACTS装置交互影响分析及协调控制研究

随着智能电网的迅速发展,为实现区域配电网电能质量的综合治理和实现不同电能质量的分级管理,常常需要多台D-FACTS装置联合运行。近年来越来越多的研究表明,由于各种D-FACTS装置之间的电气耦合、参数不匹配等原因,它们之间存在一定的负交互影响,并直接影响到各装置的正常运行。本文对多台D-FACTS装置联合运行时的交互影响、协调控制及优化配置问题展开研究,对已取得的研究工作进展总结介绍,并对下一步工作内容进行了展望。

基于IPI控制策略的APF控制

提出基于重复控制的积分-比例积分(IPI)控制策略,其将比例积分(PI)控制与重复控制并联,并对重复控制器进行改进,使IPI控制器实现无静差控制,有效提高系统的控制精度,实现大功率非线性负载时较好的控制效果。改进的重复控制器决定系统的稳态精度,PI控制器决定系统的动态响应速度。仿真和实验结果验证了所提控制策略在谐波控制及系统稳定性方面的有效性和可靠性。

微电网中微源逆变器带混合负载控制

为解决微电网中不平衡非线性混合负载对微源逆变器输出电压的影响,提出基于改进型重复控制的并联双环控制策略。采用PI控制与重复控制并联的复合控制结构,并对重复控制器进行改进,使其可以实现无静差控制,有效提高系统的控制精度,实现带载大功率混合负载时较好的控制效果。提出的基于重复控制的并联双环控制策略中,改进型重复控制器决定系统的稳态精度,PI控制器决定系统的动态响应速度。对提出的控制策略进行了仿真和实验研究,结果验证了本文所述控制策略在不平衡和谐波控制及系统稳定性方面的有效性和可靠性。

微源本地不平衡负荷控制策略分析

针对未来高渗透率的微网结构中,大量民用单相负荷的供电会导致微源本地不平衡问题,分别利用跟踪法、补偿法和滑模控制3种控制策略进行研究。选择每种控制策略的控制传递函数,并进行相关理论推导,根据其控制策略搭建各系统模型,调整控制参数得出每种控制的理想控制结果。针对每种控制策略,在相同的硬件结构和控制参数情况下,进行了微源本地带平衡负荷和不平衡负荷的研究。根据结果分析比较得出:3种控制方法均能实现在平衡负荷和不平衡负荷情况下的理想控制;从控制效果看,补偿法有较好的控制性能;从控制方法上看,滑模控制方法更加简单实用。

微电网与公共电网即插即用技术研究

采用基于主控微源恒压恒频的组网控制策略,主控微源建立微电网的电压和频率,从微源以最大功率点跟踪运行。在微源组网基础上提出微电网的即插即用技术,通过对微电网中主控微源的并网过程和离网过程平滑切换控制,实现微电网与公共电网的能量交换,并保证微电网内敏感负荷上电压稳定。对微电网即插即用的各个实现过程进行了详细分析,并对即插即用过程进行了仿真和实验研究。结果表明微电网即插即用技术正确可行,对本地敏感负荷影响较小,易于硬件实现。

一种空间用双向直流斩波电路拓扑

针对空间环境应用的限制,提出一种空间用双向直流斩波电路拓扑。将放电变换器和充电变换器结合在一个变换器拓扑中,使得空间用电源系统体积更小、重量更轻以及功率密度更高。对提出的电路拓扑双向工作原理进行详细分析,对其升压过程和降压过程的电路增益进行理论推导。采用电压外环和电流内环的双环控制策略实现电路的升压和降压,完成电源系统的放电和充电过程。搭建计算机仿真模型和物理实验平台进行仿真和实验验证,结果表明提出的拓扑正确可行。

微源逆变器双环控制策略

为解决微电网中非线性负载对微源逆变器输出电压的影响,提出基于重复控制的双环控制控制策略。采用PI控制与重复控制并联的复合控制策略,并对重复控制器进行改进,使其可以实现无静差控制,有效提高系统的控制精度,实现带载大功率非线性负载时较好的控制效果。提出的基于重复控制的双环控制策略中,改进的重复控制器决定系统的稳态精度,PI控制器决定系统的动态响应速度。对提出的控制策略进行了仿真和实验研究,结果验证了本文所述控制策略在谐波控制及系统稳定性方面的有效性和可靠性。

永磁同步电机优化控制

为了推进永磁同步电机在实际工程领域的应用,通过Matlab软件搭建了基于滑模变结构的永磁同步电机控制模型。为了使控制效果更加理想,提出了一种优化的指数滑模速度控制器,并针对这种连续的速度控制器在控制系统中进行了仿真。仿真结果表明,控制效果得到了很大改善。

基于负序补偿微源逆变器带不平衡负载研究

三相四线制微源逆变器在不平衡系统中具有独特优势,因此可作为微电网中变流器拓扑。为了改善微电网系统离网运行工况下带不平衡负载时的供电质量,提出一种改进负序控制方法。基于对称分量法和叠加原理对三相微源逆变器在不平衡负载下产生三相输出电压不对称的机理进行系统分析,得到了输出电压正序、负序、零序分量不同的补偿特性。设计了一个简单可行的同步正/负序参考系控制器,有效地补偿了不平衡负载引起的微源逆变器输出电压畸变,保证了微源逆变器在不平衡负载下能维持三相平衡输出电压。最后通过仿真和实验验证了理论分析和所提控制方法的正确性。

永磁同步电动机的精确线性化

通过对永磁同步电动机在同步旋转的d-q-0坐标系下的电路-磁路模型的状态方程,使用MATLAB求解仿真分析,验证其为复杂的非线性系统,然后根据精确线性化理论证明了可以对电机进行精确线性化,并根据反馈坐标变换,求出了线性化的结果,最后提出对线性化的展望。

基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究

交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。

一种新型全桥变桥臂型VSC-HVDC变流拓扑

目前广泛应用于VSC-HVDC的变流方案主要有3种:HVDC-light、HVDC-Plus和变桥臂多电平拓扑(alternativearm multi-level converter,A2MC)。A2MC结构采用变桥臂技术,在直流母线、损耗、子单元数量上与另外两种方案相比都有所改进。基于变桥臂变流原理,提出一种全桥型变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternative arm multi-levelconverter,FA2MC),对柔性直流输电变流器性能进一步优化。系统阐述该拓扑结构的工作原理,并对FA2MC结构、A2MC结构和模块化多电平变流(modulator multilevelconverter,MMC)结构的子单元数量、IGBT数量以及损耗进行数学分析和理论推导。所提出的FA2MC结构在A2MC结构的基础上进一步降低了直流母线电压等级、子单元和所需IGBT数量,并且延续了A2MC结构损耗较低、具有直流侧故障阻隔能力的优势。仿真与实验结果验证了新拓扑结构的正确性和有效性。

新型直流电网潮流控制器及其控制方法

直流潮流控制器能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决直流电网部分线路潮流不可控问题。针对现有直流潮流控制器应用场合的局限性,基于电容线间能量交换的思路,提出一种新型直流潮流控制器拓扑,并对其工作原理和运行特性进行了深入研究。基于新型潮流控制器的多种运行状态,设计了基于脉宽调制(PWM)的控制策略,并以其中一种运行状态为例,研究了各状态变量之间的关系。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建等效三端直流环网模型,验证了所提出的直流电网潮流控制器拓扑方案与控制策略的可行性与有效性。

配电网中多台动态电压恢复器的优化配置研究

在电力系统中安装动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR),需要确定安装容量及位置。DVR储能单元成本高,且与容量正相关,通过合理配置,可减少DVR总容量,降低DVR配置总成本。首先,建立了含多台DVR的配电网简化模型,分析了不同位置DVR安装容量需求。然后,以各敏感负载工作电压范围为约束条件,以DVR总容量最小为目标函数,基于遗传算法提出了配电网中多台DVR的优化配置策略。算例结果验证了该方法的可行性。