低开关频率下LCL型并网变流器复矢量分析及改进解耦控制

同步旋转坐标系（dq）下的比例积分控制在并网变流器中得到广泛应用。由于滤波器和数字延迟的dq模型均存在轴间耦合并且两者相互影响,低开关频率下LCL型并网变流器的建模和解耦控制变得极具挑战。针对该问题,在对同步旋转坐标系下的LCL型并网变流器采用复矢量进行建模的基础上,通过双边频响特性曲线和零极点图对传统状态反馈和相位补偿进行了系统分析,揭示了不同位置相位补偿对系统相位裕度和解耦性能的影响关系,在此基础上提出了一种改进解耦控制方法,通过在状态反馈环内和调节器输出端依次设计相位补偿,在有效调节和改善动态性能的同时保证系统具有较好的解耦性能。最后,仿真及实验结果表明所提方法具有很好的解耦效果,同时能有效减小系统超调量和调节时间。

三电平并网变流器中点电位自平衡特性分析及拓扑改进

传统三电平并网变流器中点电位自平衡时间较长,中点电位可能产生较大偏移,使并网电流低次谐波增加,常需采用中点电位控制防止中点电位偏移。为充分发挥拓扑的自平衡能力,省去中点电位控制算法,文中首先定量分析了载波同相层叠脉宽调制输出电压的谐波分布特性,在此基础上,给出了传统拓扑中点电位自平衡机理及影响因素。针对传统拓扑自平衡时间的制约因素,提出了三电平并网变流器中点电位自平衡改进拓扑,通过新增零序通路在载波频率处产生串联谐振,减小阻抗,从而显著提升自平衡速度。最后,仿真和实验结果表明改进拓扑能快速有效地将中点电位稳定于直流侧电源中点,且自平衡速度不受直流侧电压不平衡度影响,中点电位平衡后并网电流质量较高。相对传统拓扑,自平衡速度提高10倍以上,与传统中点电位控制速度相当,因此,可省去中点电位控制。尽管所提拓扑需增加一个小电容,但其无需电压偏差检测,无需增加或调整控制算法,适用于全功率因数范围,易于实现。

基于最优三次谐波注入的改进APOD调制

在采用高阶滤波器的三电平变流器中,载波同相层叠调制(phase disposition,PD)产生的开关频率次边带谐波易扩散到高阶滤波器固有谐振点附近,引起输出电流谐波增加或振荡,而载波交替反相层叠(alternative phase opposition disposition,APOD)所需滤波器总电感量较大。针对以上问题,在定量分析比较PD和APOD两种调制方式谐波分布及边带谐波扩散特点的基础上,给出了两种调制方式总电感量约束方程。为保有APOD调制谐波分布集中优点的同时减小APOD总电感量需求,研究了一种基于最优三次谐波注入的改进APOD调制策略,分析了不同三次谐波注入量对APOD电压谐波分布及总电感量需求的影响,进而给出了以总电感量需求最小为目标的三次谐波最优注入量的计算方法,该方法可以实时根据当前调制度自动计算需要注入的三次谐波最优幅值,实现最优三次谐波的在线注入。最后,仿真和实验结果表明,所提策略不仅可以有效地避开高阶滤波器的谐振点,而且可有效降低主导谐波电压幅值,从而减小所需滤波器总电感量。

载波交替层叠调制下三电平变流器中点自平衡能力分析与改进拓扑

针对三电平并网变流器中点电位不平衡导致并网电流低次谐波增加等问题,在定量分析基于载波交替层叠调制的三电平并网变流器谐波分布特性的基础上,得出传统拓扑并网电流和滤波电流中各次分量对中点电位的影响,给出中点自平衡能力的主要影响因素。针对传统自平衡时间较长的问题,提出改进中点自平衡拓扑,详细分析了自平衡机理、参数取值原则以及自平衡时间的影响因素。最后,仿真和实验结果表明改进拓扑在保证并网电流电能质量的同时,能够实现各种工况下中点电位的快速自平衡,与传统中点电位控制速度相当,可省去中点电位控制算法和传感器,易于实现,具有较好的经济性以及可靠性。

双Boost单相逆变器并网控制策略

双Boost单相逆变器能够实现单级升压逆变,适用于分布式能源并网发电领域。针对其并网控制策略难以兼顾高性能的动态响应特性以及交直流侧电能质量的问题,在分析双Boost单相逆变器并网工作原理、功率解耦以及谐振机理的基础上,提出了一种由单并网电流环、功率解耦和有源阻尼组成且具有对称结构的并网控制策略,分析并介绍了各部分控制原理。最后,仿真和实验结果表明,所提控制策略具有动态响应速度快、并网电流质量高、直流侧无二次功率脉动等优点。

不平衡负载工况下三相变流器有源功率解耦控制

三相电压源型变流器(VSC)对于微电网的稳定运行有着重要的作用。然而,孤岛工况下带三相不平衡负载运行时,交流侧产生的二次脉动功率耦合至直流侧,导致系统的工作性能降低并影响系统的寿命。针对该问题,在二次功率脉动分析的基础上,提出了一种基于虚拟三相瞬时功率的解耦控制策略,通过控制虚拟三相瞬时功率脉动分量为0,在不增加开关器件的情况下,利用LCL滤波器中电容提供负载所需二次脉动功率,实现交直流侧二次脉动功率解耦。在此基础上进一步分析了该拓扑结构直流侧所需的最低电压以及电流应力影响因素。最后仿真和实验结果均表明所提控制策略可以较好地实现功率解耦控制,直流侧源电流二次脉动分量大大减小,有利于提高系统控制性能和实现直流侧电容轻量化。

电容不匹配下直流分裂电容功率解耦衍生谐波识别与优化控制

传统上,在直流母线上安装大容量电解电容可有效吸收单相AC-DC变换器的二次脉动功率、降低直流电流或电压脉动。但电解电容存在体积大、寿命短等问题,有被可靠性更高的有源功率解耦取代的趋势。基于直流分裂电容的半桥解耦电路作为有源功率解耦拓扑的一种,独立运行于单相变换器,具有安装方便、应用灵活和反馈控制解耦精度高的特点。但相关研究均基于完全匹配的分裂电容进行分析,忽略了湿度和时间效应对于电容容值和功率解耦性能的影响。为提高解耦电路实际运行中的性能,对电容不匹配下的直流分裂电容进行分析,识别由此衍生出的直流和交流侧谐波的产生机理。以标准IEEE 1547-2003为谐波抑制目标,提出在分裂电容电压上引入直流偏置的谐波抑制准则和反馈控制,无需在线测量电容来识别电容漂移量,具有高解耦精度、高鲁棒性的特点。最后,以一台1kW实验样机对谐波抑制准则和功率解耦性能进行验证。

直流微电网群分层控制策略

为了确保直流微电网群可靠运行,提出一种分层控制策略。在第1层控制下,各子微网独立稳定运行,分布式电源均采用最大功率跟踪控制,储能系统通过动态调整负荷功率的分配来均衡储能单元的荷电状态。第2层控制根据各子微网的母线电压控制微电网群在不同运行状态之间无缝平滑切换,并通过管理不同子微网之间的功率流动来改善母线电压质量。最后利用Matlab/Simulink搭建微电网群仿真模型,仿真结果表明该控制策略可以提高微电网群的稳定性并可改善供电电压质量。

Control of hybrid AC/DC microgrid under islanding operational conditions

This paper presents control methods for hybrid AC/DC microgrid under islanding operation condition.The control schemes for AC sub-microgrid and DC sub-microgrid are investigated according to the power sharing requirement and operational reliability.In addition,the key control schemes of interlinking converter with DC-link capacitor or energy storage,which will devote to the proper power sharing between AC and DC sub-microgrids to maintain AC and DC side voltage stable,is reviewed.Combining the specific control methods developed for AC and DC sub-microgrids with interlinking converter,the whole hybrid AC/DC microgrid can manage the power flow transferred between sub-microgrids for improving on the operational quality and efficiency.