Adaptive linear active disturbance-rejection control strategy reduces the impulse current of compressed air energy storage connected to the grid

The merits of compressed air energy storage(CAES)include large power generation capacity,long service life,and environmental safety.When a CAES plant is switched to the grid-connected mode and participates in grid regulation,using the traditional control mode with low accuracy can result in excess grid-connected impulse current and junction voltage.This occurs because the CAES output voltage does not match the frequency,amplitude,and phase of the power grid voltage.Therefore,an adaptive linear active disturbance-rejection control(A-LADRC)strategy was proposed.Based on the LADRC strategy,which is more accurate than the traditional proportional integral controller,the proposed controller is enhanced to allow adaptive adjustment of bandwidth parameters,resulting in improved accuracy and response speed.The problem of large impulse current when CAES is switched to the grid-connected mode is addressed,and the frequency fluctuation is reduced.Finally,the effectiveness of the proposed strategy in reducing the impact of CAES on the grid connection was verified using a hardware-in-the-loop simulation platform.The influence of the k value in the adaptive-adjustment formula on the A-LADRC was analyzed through simulation.The anti-interference performance of the control was verified by increasing and decreasing the load during the presynchronization process.

H6 Non-isolated Full Bridge Grid-connected PV Inverters With Low Leakage Currents

为满足非隔离光伏并网发电系统对共模漏电流的限制，提出一种六开关逆变器拓朴（H6拓扑）。所提出的H6拓扑在功率传输模态时，进网电流半个工频周期流过3支开关管，而另半个工频周期流过2支开关管，故相对于H5拓扑，降低了通态损耗，有利于热应力均衡，且仍满足续流阶段光伏电池输出端与电网脱离的要求。详细分析拓扑的工作原理，并推论给出H6非隔离光伏并网逆变器的其它3种拓扑结构；比较分析了H5拓扑、Heric拓扑和H6拓扑的损耗和成本。通过1kW通用样机平台对比验证了上述3种拓扑的效率和共模特性。实验结果表明，H6拓扑的变换效率高于H5拓扑、但略低于Heric拓扑，共模特性优于Heric拓扑、但略劣于H5拓扑。

Topology for current-source grid-connected inverter with improved effciency and pulse width modulation control strategy

A novel topology of the current-source grid-connected inverter is proposed based on the immittance converter theory. A control strategy of sine-sine pulse width modulation （PWM） is studied. Compared with the traditional current-source inverter, the power frequency inductors and power frequency transformer are replaced with high frequency inductors and a high frequency transformer. Thus, the proposed inverter has advantages of small volume, low cost, low total harmonic distortion （THD）, low power losses, high power factor （PF） and simple control. Furthermore, grid voltage cannot influence output current of the grid-connected inverter and the current-source inverter with a high PF that approaches one has been realized. Finally, validity of the theory analysis and feasibility of the control scheme are shown by simulation and experimental results.

Comparison the Performances of Three Earthing Systems for Micro-Grid Protection during the Grid Connected Mode

This paper presents, tests and compares three earthing systems (TT, TN and IT) for Micro-Grid (MG) protection against various fault types during the connected mode. The main contribution of this work is including the models of all the micro sources which interfaced to the MG by power electronic inverters. Inverters in turns are provided with current limiters and this also included in the inverter models to exactly simulate the real situation in the MG during fault times. Results proved that the most suitable earthing system for MG protection during the connecting mode is the TN earthing system. That system leads to a suitable amount of fault current sufficient to activate over current protection relays. With using TN system, Touch voltages at the faulted bus and all other consumer’s buses are less than the safety limited value if current limiter is included with the transformer of the main grid which connects MG. For the two others earthing systems (TT and IT), fault current is small and nearly equal to the over load current which make over current protection relay can not differentiate between fault current and overload current. All models of micro sources, earthing systems, inverters, main grid and control schemes are built using Matlab?/Simulink? environment.

基于VSC-HVDC的海上风电柔性直流输电系统并网控制

由于现有的控制方法并网点处的直流和交流电压较低,控制效果不佳,为此基于VSC-HVDC,针对海上风电柔性直流输电系统并网控制方法展开研究。首先,根据VSC-HVDC系统结构建立海上风电柔性并网模型,在换流侧通过换流设备将交流电源转换为直流电,并将转换后的直流电能输送到直流输电线路上;然后,运用PI控制器根据电流偏差进行调节,调整换流器的输出电流与实际电流误差,限制幅度环节输出控制系统并网有功功率信息,实现内环网并网控制;最后,运用PI控制器对交流电进行跟踪,调整无功分量来改变交流电压,实现外环网并网控制,完成针对海上风电柔性直流输电系统并网控制方法的设计。实验结果表明,经该方法控制后,交流电压维持在约0.7 p.u.的水平,直流电压被成功地限制在0.5~1 p.u.以内,控制效果较好。

Analysis and Validation for an Inverter-side Current Controller in LCL Grid-connected Power Systems

Transformerless grid-connected inverters offer greater efficiencies when transferring power from renewable energy sources to the electrical grid.If the grid-inverter connection is done with an LCL filter,high attenuation of switching harmonics is achieved while preserving a small-size output filter.However,damping must be included in the controller to assure closed-loop stability.This paper proposes a reference computation methodology for the inverter-side current feedback in a photovoltaic(PV)generation system connected to the grid through an LCL filter.Theoretical analysis of the closed-loop system stability and of the steady-state performance are presented as well as experimental validation of the closed-loop performance.The feedback controller includes active damping and relies on a resonant control structure which improves the ability of dealing with grid harmonic distortion.The controller uses a reduced set of measurements,which requires the inverter-side current and grid voltage only,and assures a power factor close to unity.

用于并网逆变器谐波抑制的重复-比例复合控制器分析与设计

并网逆变器中比例多谐振控制器能够同时抑制多个频率的入网电流谐波。为了解决传统比例多谐振控制器设计复杂,并联谐振控制器个数有限的问题,该文提出一种基于重复控制和比例控制的新型重复-比例复合控制器,该复合控制器只需要设计少数几个控制器参数。首先,根据重复控制器频域展开式,推导出重复-比例复合控制器可以由重复控制器和比例控制器并联构成;其次,分析新型重复-比例复合控制器的稳定性及参数设计理论依据;最后,以L型单相并网逆变器为被控对象,给出复合控制器的参数设计流程。实验结果验证了该文提出的复合控制器能够同时抑制多个频率的电流谐波,并具有快速的动态性能。

基于双d-q坐标系的并网逆变器控制策略

根据三相并网逆变器的数学模型分析了直接电流控制策略和间接电流控制策略的控制机理。忽略线路电阻时,在单位功率因数情况下,逆变器输出电压d轴分量总等于电网电压峰值,据这一特征提出对逆变器d轴电流分量id单闭环的间接电流控制策略。分析了新方法的并网功率因数受线路阻抗与电网电压检测精度的影响程度,并根据造成功率因数低的原因提出了一种在双d-q坐标下的并网控制策略,将不同的量设定在不同的坐标系中,但双坐标中所有的量仍满足平行四边形法则,实现了单位功率因数并网运行。仿真结果表明,所提控制策略具有良好的控制效果。

MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略

模块化多电平换流器型直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMCHVDC)和交流线路可为重要负荷双路供电,因此MMCHVDC需具备在联网运行状态和孤岛运行状态间稳定转换的能力。该文分析了MMC在联网状态和孤岛状态间相互转换的过程,并设计了一种基于本地电气量的MMC控制模式切换策略。之后,对MMC无源供电控制器进行改进,设计了一种无需切换控制模式的MMC下垂控制策略。最后,通过PSCAD仿真对上述2种转换策略进行验证和比较,结果表明2种策略均能使MMC在联网状态和孤岛状态间稳定转换。2种策略各有优缺点,实际应用中MMC需依据具体的控制目标选取合适的策略。

有功调频-无功调压的间接电流型并网逆变器控制方案

分析了并网逆变器的数学模型,得出逆变器输出电压的频率和幅值与电网吸收的有功和无功的关系,并基于此关系,提出了一种间接电流控制型并网逆变器控制方案,即在锁相环完成锁相的基础上,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输出电压的幅值。为保证逆变器相位调节的精度,提出了一种逆变器频率调节算法。仿真和实验验证了所提出控制方案的有效性。

虚拟同步控制在MMC-HVDC无缝切换控制的应用

针对MMC(modular multilevel converter)型VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)在并网运行模式与孤岛运行模式相互切换过程中易于发生切换失败、冲击电流大的难题,将虚拟同步控制运用到MMC的运行模式切换中。在虚拟同步控制和MMC基本原理的基础上,提出基于虚拟同步控制的MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)无缝切换控制方法。引入的虚拟同步控制无需采用专门的同步控制电路,并网前可自动与电网同步;并网后能准确跟随电网频率,实现友好并网。当电网出现故障或需要检修时,MMC仍可孤岛运行,从而实现了运行模式的无缝切换。PSCAD/EMTDC平台下的仿真结果验证了所述控制策略的可行性和有效性。

基于萤火虫扰动麻雀搜索算法-极限学习机的光伏阵列故障诊断方法研究

光伏阵列具有随机性、间歇性输出特点,发生故障严重影响电力系统安全运行。针对有效表征不同程度局部阴影与雨天接地故障的故障特征量缺乏的问题,分析不同故障状态下光伏阵列运行特征,提出一种新的6维故障特征向量:开路电压Uoc、最大功率点电压Um与短路电流Isc、最大功率点电流Im分别表征短路与断路故障;U-I特性曲线二阶导数零点数表征局部阴影故障,并利用遗传模拟退火算法优化的模糊C均值聚类算法(the fuzzy C-means clustering algorithm optimized by the genetic simulated annealing algorithm,GSA-FCM)验证Um、Im表征不同程度局部阴影故障的有效性;并网电流总谐波畸变率表征雨天接地故障。引入萤火虫扰动的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm with firefly perturbation,FSSA)优化传统极限学习机(extreme learning machine,ELM),建立FSSA-ELM模型,解决传统故障诊断方法实现复杂、收敛速度慢的问题。基于现场数据驱动,建立考虑对地寄生电容的光伏系统仿真模型和实验平台,设计2种不同辐照度范围的仿真方案和实验方案进行方法验证,结果表明,FSSA-ELM模型结合ELM实现简单且FSSA收敛速度快的特点,利用6维故障特征向量,可准确识别光伏阵列故障类型。

基于S7-200PLC光伏供电自动切换控制系统

光伏发电在实际应用中用户端的负载是不断变化的,当一台变压器下有多个用户且只有单个用户使用光伏时,如果光伏输出电流大于负载消耗时,会发生逆流现象,这种现象不利于同一变压器下各个用户之间电费的结算。为了解决这一问题,通过S7-200PLC设计一套自动切换系统,采集负载端的电流信号,根据电流变化情况通过PLC控制并网逆变器的输出负载对象,最终达到了光伏并网逆变器和负载之间的最佳匹配,消除逆流现象,便于用户之间电费的结算。此系统正式投入使用以来一直处于正常运行状态,并且达到了预期的效果。

基于径向基函数神经网络的PI-准比例谐振控制策略

针对三相并网逆变器在电网电压波动时存在电流畸变等问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的改进型PI-准比例谐振复合控制方法,在分析PI与准比例谐振控制原理的基础上,通过径向基函数神经网络的自适应控制能力,根据系统运行状态对改进型PI-准比例谐振控制器参数进行在线整定,解决了传统PI控制器存在稳态误差和准比例谐振控制器参数难整定的问题。采用Matlab/Simulink平台进行仿真研究,结果证明该方法实现了电流的无静差跟踪,降低了输出电流的总谐波畸变率,提高了系统的抗干扰能力,增强了系统的稳定性。

微电网并网逆变器M-DPC容错预测控制研究

考虑微电网并网逆变器对电网的适应能力,以及滤波电感参数比较敏感的特点,提出了一种多模型自适应容错预测控制的三相并网逆变器直接功率控制方法。通过先验知识和一些试验结果得到交流侧并网电感的变化范围,离线得到多个模型,根据多模型切换策略得到一个最优子模型;为了补偿建模过程中数据的丢失、误差、故障以及干扰等因素,在参数变化范围已知的情况下,采用在线学习的自适应控制方法得到自适应模型,和多模型集中最优的子模型进行比较,取跟踪误差最小的模型为预测模型,设计控制算法;最后,将该理论用在光伏发电系统三项并网逆变器的控制中,在相同的条件下,和直接功率控制(DPC)及单模型直接功率预测控制(S-DPPC)方法比较,该方法控制效果要好,通过对并网电流的频谱分析,所采用的方法电流总谐波畸变率(THD)要小,结果表明了所提出方法的有效性和其在可再生能源开发利用中的工程实用前景。

电压跌落下MMC-HCVD负序电流抑制策略研究

针对配电网电压暂降,提出了基于模块化多电平换流器的电流抑制控制方法。建立正常运行下(modular multilevel converter,MMC)换流器的两相同步旋转坐标模型,根据配电网不对称电压暂降情况,将MMC换流器控制模型转变为正负序分离的两相同步旋转坐标模型。针对于电压暂降故障,设计了一种可以快速实现跟踪故障分量的锁相环;在此基础上,利用基于PIR控制器的正负序电流内环控制器减小负序电流,实现对MMC输出电流的幅值抑制。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台验证该方法的有效性。

基于TrueTime的光伏-通信联合仿真模块设计

针对现有电力通信协同仿真方法普遍存在时间同步难、数据交互接口复杂、动态仿真精度不足等问题,综合考虑操作简易性与光伏并网系统动态仿真精确性,采用模块化思想设计了一种基于TrueTime工具箱的光伏-通信联合仿真模块。所设计联合仿真模块可在同一个Matlab/Simulink仿真环境下实现,无须考虑复杂的时间同步机制与数据交互接口设计,为研究人员仿真分析已知的通信网络对光伏并网系统性能的影响提供了一种简单的分析手段。最后通过典型的测试系统验证了基于该模块的联合仿真方法的有效性。

VSC-HVDC风电并网的自抗扰无源控制策略

针对风电并网的轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的变流器具有非线性强耦合的特点,单一的控制策略难以满足并网的需求。首先将VSC-HVDC的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,采用端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,设计了一种基于互联与阻尼配置的无源控制器来追踪参考电流,同时,为增强系统的鲁棒性,采用自抗扰控制来确定相应的外环电流参考值,最终实现风电的可靠并网。仿真结果表明了自抗扰无源控制为基于VSC-HVDC的风电并网控制提供了一种新的解决方案。

基于TAC-Heric的光伏并网逆变器拓扑控制研究

因在传统非隔离型光伏并网逆变器中存在交、直流解耦拓扑中点电压悬浮问题,导致漏电流无法被有效抑制,因此提出一种有源T型中点箝位控制TAC-Heric(T-type active clamp Heric)。基于传统Heric拓扑技术,在其拓扑分压电容中点与续流桥臂中点之间添加T型通路,以此来对中点电压进行有效箝位并抑制漏电流。此外,基于TACHeric控制,对PI、PR以及QPR控制器的特性进行分析,在此基础上,采用PI+QPR综合控制策略,有效降低了并网电流谐波畸变率,提高了系统的电能质量。最后,理论和仿真分析验证了TAC-Heric能更好地抑制漏电流以及所提控制策略的可行性。