大功率双向DC/DC储能变换器寄生参数振荡及抑制方法

直流微电网是未来智能电网的重要组成部分,储能单元是其核心装备,双向Buck/Boost DC/DC变换器是储能单元能量管理的重要拓扑。在大功率场景下,Buck/Boost变换器寄生参数问题凸显,在MOSFET的开关过程中,电压尖峰振荡对功率器件安全运行造成严重威胁。目前工程上主要通过吸收网络进行振荡抑制,但是对振荡产生的机理和演变过程分析尚不够清晰。根据Buck/Boost电路的线路分布特征,建立其寄生参数网络模型,进一步确定电路的激励源和振荡网络,明确振荡产生的过程与演变方向。重点阐明在MOSFET开关过程中,二极管反向恢复激励产生电压振荡的过程;在此基础上对RC吸收网络的配置位置及抑制效果进行分析和验证。最后搭建一台800 W的实验样机进行实验,结果证明了寄生参数模型的准确性和抑制网络的有效性。

基于线性自抗扰的超级电容储能变换器控制

针对超级电容储能系统应用于间歇性大功率场合外部扰动的随机性和非线性问题,通过分析超级电容储能系统结构和工作原理,基于超级电容器和三相交错并联双向直流变换器的工作特性分析和数学模型,提出了一种电压外环线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC),电流内环PI移相均流控制的超级电容储能变换器控制方法,论述了线性自抗扰控制所需的参数整定过程,并在MATLAB/Simulink中进行仿真验证。结果表明,在直流母线电压与负载扰动的情况下,上述改进控制方法较PI控制可有效抑制直流母线电压波动,改善超级电容储能系统的动态响应速度和抗干扰能力。

含恒功率负荷的直流微电网储能变换器双层模糊控制方法

控制储能变换器能够避免直流微电网的储能单元出现过充和过放的问题,为了提高直流微电网在运行中的稳定性,提出一种含恒功率负荷的直流微电网储能变换器双层模糊控制方法。通过构建储能变换器的平均开关模型,得到直流微电网中含恒功率负荷的等效电路图,构建等效电路的微分方程,当微分状态方程逐渐收敛到平衡点时,判断直流微电网的运行状态,分析含恒功率负荷的储能变换器对直流微电网的影响。利用第一层模糊控制器调节直流微电网中储能变换器的SOC,利用第二层模糊控制器改善第一层模糊控制器在功率校正过程中出现的真实负载与负荷调度曲线偏离的问题,经过双层模糊控制,得到储能变换器的功率指令,实现储能变换器的双层模糊控制。实验结果表明,文中方法能够防止光伏电源输出功率与负荷消耗功率之间发生突变,从而避免蓄电池的初始SOC值较低而提前退出供电,提高直流微电网运行的稳定性。

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。

直流微电网双向储能变换器的两带通滤波器二次纹波电流抑制与均分控制方法

含多双向储能变换器的直流微电网通过逆变器接入交流负荷时,会引起直流母线侧产生二次纹波电流,并影响变换器输出电流均分效果。对此,该文提出了双向储能变换器的两带通滤波器二次纹波电流抑制方法,解决了传统电压电流双闭环控制中因限制外环电压的截止频率引起的动态响应速度慢的问题,并增强了二次纹波电流抑制效果。提出了串联微调虚拟电阻的自适应下垂控制方法,减少了储能变换器间输出电压偏差,改善了并联均流效果。在允许的电压偏差范围内,分析了虚拟电阻对输出损失功率和环流的影响,并选取使二者之和达到最小值时合适的控制参数。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

直流微电网中双向储能变换器的二次纹波电流抑制与不均衡控制策略

交流负载大规模接入直流微电网会通过逆变器引入大量的2次纹波电流到直流母线上,进而通过双向储能变换器传导至储能系统侧,严重影响储能电池和电力电子器件的寿命。提出一种直流微电网中双向储能变换器的2次纹波电流抑制与不均衡控制策略,通过带通滤波器(band pass filter,BPF)在2倍基频处引入虚拟阻抗,以改善对2次纹波电流的不均衡控制;由于增加了双向储能变换器在2倍基频处的等效输出阻抗,2次纹波电流将大部分从滤波电容回流,使得2次纹波电流不能或者很少一部分可以传导至储能系统侧,可以有效避免2次纹波电流对储能电池的不利影响。仿真与实验结果都表明了该控制策略的有效性和合理性。

电池储能变换器弱电网运行控制与稳定性研究

分布式电池储能变换器一般采用电流型控制算法,变换器低频段等效容性输出阻抗导致其弱电网运行稳定性较差,多机并列运行时易引发谐振。该文针对储能变换器弱电网运行稳定性问题,研究储能变换器电压型控制算法,建立了基于电压型控制算法的变换器阻抗模型并分析其稳定性。模型的阻抗分析结果表明,采用电压型控制的储能变换器对电网呈现感性输出阻抗的非理想电压源特性,不易与持续增大的电网阻抗发生谐振,具备更佳的电网适应性。通过仿真分析与实验验证,证明了理论分析与建模过程的正确性,以及电压型控制算法的可行性。

虚拟同步储能变换器的功率环双模式控制

根据虚拟同步储能变换器功率环主要参数的相互影响进行了小信号建模分析,为功率环参数设计和选取范围提供了参考。据此,针对虚拟储能变换器并网运行时存在的稳态功率偏差和功率限额问题,提出一种适用于并网工况的储能变换器虚拟同步机PQ模式控制策略,并在必要时将PQ模式与VSG下垂模式进行切换。虚拟同步发电机(VSG)的PQ模式并网除了能实现稳态时恒功率运行外,暂态过程中还具有一定的惯性和阻尼,并网状态下能够自同步,无需锁相环。仿真和实验结果表明,所提双模式控制策略稳定可靠且切换平滑。

基于节点源荷电流差分的直流微电网储能变换器控制策略

直流微电网中分布式微源或负荷改变、线路短路,均会引起直流母线电压波动,储能单元的快速响应对于提高直流微电网稳定性至关重要,据此该文针对直流微电网储能变换器,提出一种基于节点源荷差分电流的控制策略。通过计算直流微电网源荷功率差额,确定储能交互功率,并计算储能调节电流,进而调节储能变换器占空比。相较有限集模型预测控制,省去了遍历储能变换器工作状态和寻优求解的过程,降低了在线计算量,且所提策略不受电感影响,提高了响应速度和精度,降低了直流微电网母线电压和负荷电流的波动。最后仿真和实验证实了所提策略的有效性。

基于频率微分原理的储能变换器虚拟惯量控制策略研究

可再生能源通过快速功率变换器接口接入电网受到广泛关注,但往往会引起电网等效惯量减少的频率稳定性问题。储能变换器(energy storage converter,ESC)采用基于二阶广义积分器–锁频环(second order generalized integrator frequency locked loop,SOGI-FLL)评估频率微分信号的虚拟惯量方法可有效提升电网惯量,但抑制电网电压扰动的能力有限。为此,该文提出4种基于频率微分原理的改进虚拟惯量策略:级联型SOGI-FLL、嵌入型SOGI-FLL、并联型SOGI-FLL和增强并联型SOGI-FLL频率微分策略。然后,分别建立5种策略的小信号模型,并给出详细的参数设计方法。此外,利用Matlab/Simulink软件对比研究5种策略在电网电压存在谐波、直流分量和间谐波扰动下评估频率微分信号的响应特性。仿真和实验结果表明,与SOGI-FLL频率微分策略相比,4种改进策略均能优化ESC的虚拟惯量响应性能。

基于改进型二阶广义积分器-锁频环的储能变换器惯量模拟方法

针对基于二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)原理的储能变换器惯量模拟方法,易受电网电压中所包含的特征次谐波干扰而存在高频纹波的问题,提出一种基于改进型SOGI-FLL (ISOGI-FLL)准确检测频率微分信号的惯量模拟方法,即在SOGI-FLL的控制回路中嵌入频率自适应陷波器以形成基于ISOGI-FLL原理的惯量模拟改进方案,然后给出ISOGI-FLL的参数设计方法,并利用Matlab/Simulink仿真结果验证并分析其有效性。最后建立一套包含1台440 kW柴油发电机组与2台100 kVA储能变换器的柴储微网实验平台,实验结果验证了所述控制方法的正确性。

基于改进嵌入式SOGI-FLL的储能变换器虚拟惯量控制策略

针对储能变换器采用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)的虚拟惯量控制策略,易受电网谐波和直流分量干扰而存在纹波的问题,提出一种基于改进嵌入式二阶广义积分器-锁频环(IESOGI-FLL)的虚拟惯量控制策略。将多重频率自适应陷波器与基于二阶广义积分器原理的频率自适应滤波器嵌入SOGI-FLL的控制系统中形成IESOGI-FLL;分别建立SOGI-FLL和IESOGI-FLL检测电网频率微分信号的小信号模型,给出二者的参数设计过程;基于MATLAB/Simulink软件进行仿真对比研究,并搭建了一套柴储微电网系统实验平台,仿真与实验结果均验证了所提控制策略的有效性。

分布式发电中的储能变换器暂态电流控制研究

随着分布式发电系统和能源互联网技术的迅速发展,作为分布式发电组网重要环节之一的储能系统显得越发重要,在直流环节实现储能系统接入,可以灵活构成直流支撑母线或直流微电网,实现系统的离/并网运行。以储能变换器为研究对象,以负载电流瞬时值和并网点母线电压暂态变量为参考,提出了双向DC/DC变换器电流补偿控制方法,并对共母线组网的多台储能DC/DC变换器按照母线变换趋势进行设备自动组网和解列,避免直流微电网系统失稳。最后通过实验验证,证明了理论和分析的正确性。

储能变换器并网运行模式切换控制研究

基于虚拟同步发电机(VSG)技术的储能变换器并网运行时,由于自身功率限制,容易出现电网频率波动时无法实现调频和恒功率控制,从而产生功率限额或功率偏差问题。在此提出一种适用于并网工况的虚拟同步储能变换器的恒功率控制及其运行模式切换策略。该控制策略使得储能变换器具备惯性和阻尼特性,且能实现无锁相环自同步并网恒功率运行。因此,该控制及模式切换策略对解决多储能变换器并网运行时系统频率扰动产生的动态环流和功率振荡问题具有参考意义。通过仿真和实验结果验证,所提控制及模式切换策略对于储能变换器的友好并网运行实用有效。

分数阶PI^(λ)在MMHC储能变换器并网控制中的研究

退役动力电池参数一致性差,串并联后用于储能,木桶效应明显且故障率高。为了解决上述问题,提出了基于模块化多电平变换器(MMC)改进的模块化多电平H桥变换器(MMHC)分布式储能可解决上述问题。但MMHC储能变换器子模块众多,阻容感网络复杂,采用传统的并网模型对其进行研究并不能精确地描述其动态行为和静态行为,基于其传统的并网模型设计的整数阶PI控制器亦不能达到快速动态响应和较好鲁棒性的要求。针对上述问题,提出了从频域方面辨识出MMHC储能变换器的分数阶并网模型,基于该分数阶并网模型以ITAE准则和ISE准则为性能指标,采用模型匹配方法设计分数阶PI^(λ)控制器。通过仿真和实验比较分析,分数阶模型可更好地反映复杂系统的行为,设计的分数阶控制器具有快速的动态响应和更好的鲁棒性,实现了MMHC储能变换器优越的并网运行。

基于LC串联型储能变换器的状态反馈控制策略研究

为了满足新能源电站的无功需求,提出了一种LC串联滤波型变换器.以三相380 V/30 kW并网变换器为例,相比传统的L和LC型滤波器结构,所提变换器结构能够在保持变换器输出无功功率能力的同时,降低系统直流工作电压约为原变换器的71%,释放了系统12%的有源容量,同时效率相比原滤波结构有6%的提升.此外,基于LC变换器的离散状态模型,提出了一种基于LC串联滤波器型变换器的状态控制方法,有效地提升了LC串联滤波器在谐振频率处的系统阻尼.最后在PSIM中搭建了LC型变换器的仿真模型,验证了LC滤波型变换器的优势和状态反馈控制策略的可行性.

适用于微网中储能变换器的并网开关控制策略

本文针对微网中储能变换器的并网开关控制问题进行了深入研究,深入分析了可控硅整流器(silicon controlled rectifier,SCR)开关的过零关断特性造成的关断延迟对本地负荷造成的影响。为保证本地负荷供电稳定、可靠,本文利用现有条件,提出SCR强制关断控制策略,该策略仅通过软件控制策略迫使流过SCR的电流迅速下降为零,从而实现了并网开关的强制关断。同时,本文对影响关断时间的因素进行了深入研究,得出了本地负荷电压与并网电流的变换关系。该技术可以很好地保证并离网切换过程中负荷的用电安全,同时避免了切换过程中并网电流对电网的冲击。最后,搭建实验平台,开展相关实验,实验结果证明了本文理论分析以及所提强制关断策略的合理性和有效性。

基于三端口虚拟MPPT的直流耦合储能变换器控制策略研究

基于三端口虚拟最大功率点跟踪太阳能控制器(MPPT)的直流耦合储能变换器是光伏组件阵列和光伏逆变器之间的能量匹配和调节装置,通过分析前级和后级变换器的拓扑结构和稳定性,实现前后级控制解耦。针对后级升压(BOOST)不稳定性做超前滞后补偿,保证合适的相位裕量和幅值裕度。分析了直流耦合储能变换器的虚拟MPPT输出控制策略,完美匹配存量市场的光伏逆变器,平滑光伏发电输出,移峰填谷,大幅提高自发自用效率。

微电网双级式储能变换器及其优化控制

将电池储能变换器作为研究对象,分析了双级式储能变换器的系统构成和工作原理,并对多种隔离型前级直流变换器拓扑进行比较。选择一种基于双向LLC的高频隔离电路,在其基础上,提出一种双级式储能变换器直流母线电压优化控制算法,以效率最优为目标对母线电压进行选取,使之运行于效率最优点,可进一步提升整机效率。搭建测试平台,并分别给出双向LLC电路的实测效率以及双级式储能变换器的整机实测效率。

一种基于双环LADRC的混合储能变换器控制方法

混合储能变换器可以帮助提升光伏发电系统的动态响应能力和稳定性,但传统线性控制器在执行双向DC-DC变换器控制时表现不足。针对直流母线电压易受变换器非线性噪声、光伏输出功率和负载扰动影响的问题,设计了一种基于双环LADRC的混合储能变换器控制策略。通过分析混合储能变换器主电路的工作原理,建立了主电路的扰动模型。基于扰动模型完成了对电压-电流双环LADRC控制器的设计,并结合功率分频实现了混合储能变换器的整体控制策略。仿真结果表明,与传统比例积分控制器相比,基于双环LADRC的混合储能变换器控制策略使母线电压幅值波动减小了39.4%,调节时间减少了25.0%,在功率响应和直流母线电压支撑方面表现出优越的动态响应和抗扰能力。