直流微网中可抑制环流的并联变流器控制策略

针对传统下垂控制中功率分配和电压调整的矛盾性,结合直流微网的结构特点,提出一种可抑制并联变流器间环流、准确分配负荷功率,同时稳定直流母线电压的改进下垂控制策略。首先,在各变流器输出端引入虚拟电阻,以功率损耗最小为目标确定其初始值,根据各变流器输出电压差自适应调整虚拟电阻大小,抑制环流的同时尽可能减小母线压降;其次,在控制器输入端引入电流补偿控制,消除线路电阻对功率分配精度的影响,采用分布式电压补偿控制进一步调整母线电压;最后,利用系统特征方程式分析系统的稳定性,为实际工程中设计变流器控制器提供理论指导。仿真验证了所提控制策略的有效性。

基于新型VLMZVM的ANPC型三电平并网逆变器环流抑制方法

为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位(ANPC)型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制(VLMZVM)策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产生机理和影响因素,通过检测零序环流状态,实时选择虚拟大矢量或实际大矢量合成方法来抑制零序环流,并提出区分奇偶扇区的矢量分配方法快速选择合成矢量。实验结果验证了新型VLMZVM策略能在电流突变、参数不一致、全功率因数范围都具有很好的环流抑制效果。

基于自抗扰控制的并网逆变器环流抑制策略

谐波交互是影响微网正常运行的主要扰动之一,为此带来的谐波谐振和谐波环流等问题备受关注。环流抑制是确保微网系统可靠工作的关键技术,为应对双闭环PI控制受扰动情况下抑制环流效果不佳,提出了一种基于自抗扰控制的多逆变器并联环流抑制策略,由线性扩张状态观测器对扰动进行估计并进行反馈补偿,配合独有的带宽法调参改善多逆变器并联均流控制效果。文章的主要内容是:建立了逆变器拓扑结构,进行环流的数学物理机理分析,通过两台逆变器并联在并网情况下的MATLAB仿真,证明了并联系统在扰动存在的条件下,自抗扰控制对环流有较好的抑制能力,使系统有很好的动态响应性能和均流效果,提高了并联系统的抗扰能力和可靠性。

扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

兆瓦级全功率风机变流器多机并联环流抑制方法

文章分析了风机变流器并联环流的产生机理。针对并联变流器三相滤波电感参数不同的问题,在αβ0坐标系构建模型,并进一步将环流分为共模环流、差模环流及高频环流3类。这一分类揭示了影响各种环流的关键因素。基于这些发现,文章以PR调节器为基础,设计了专门的控制器,旨在有效抑制差模和共模环流的影响;并根据实时检测的定子电压基波角频率更新谐振调节器角频率,以实现并联单元输出电流的环流抑制和均流控制。通过2MW全功率风机变流器的发电机地面拖动带载实验,验证了文章机理分析的正确性以及控制策略的有效性。

三相PWM逆变器直接并联系统零序环流分析与抑制

环流抑制是实现三相PWM逆变器直接并联系统重要关键技术之一。首先在同步旋转坐标下建立了三相PWM逆变器直接并联系统的零序环流数学模型,结合逆变器空间矢量调制算法详细分析了环流抑制原理。在此基础之上,提出一种基于比例谐振与非零矢量占空比前馈控制的环流抑制策略。该策略可通过调整逆变器空间矢量中的零矢量,在减小环流幅值/有效值的同时,可进一步抑制并联零序环流中的工频波动。最后通过试验给出了不同控制策略下的环流抑制波形,充分证明了所提策略的有效性,为三相PWM逆变器直接并联系统可靠稳定运行提供技术支持。

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(MMC)由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管(IGBTs)产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。

模块化多电平换流器的环流分析及抑制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)由于子模块电容充放电导致电容电压的不一致,进而导致MMC三相之间存在环流,不仅增加了系统损耗,还影响系统稳定运行。通过建立MMC数学模型,分析不平衡电网下MMC环流形成机理及环流成分,设计了结合二阶广义积分器(SOGI)与准比例谐振(QPR)控制器的环流抑制器,首先通过SOGI提取环流中的二倍频分量,然后与参考值作差后送入QPR控制器,实现对MMC相间环流的抑制,并在MATLAB/Simulink中搭建MMC仿真模型验证了所提方法的可行性和有效性。结果表明:该控制策略能够对桥臂环流实现有效抑制,环流电流峰值下降约41%,子模块电容电压下降约20%,桥臂电流总谐波失真下降93.91%。

模块化多电平变换器分数阶PIλ环流抑制策略

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)内部环流增加系统功率损耗,加剧桥臂电流畸变。针对传统PI环流控制器存在鲁棒性较差、控制精度有限等问题,将分数阶PI^(λ)控制器应用于MMC环流抑制。首先,对MMC工作特性进行分析,阐述环流产生机理。其次,研究分数阶PI^(λ)控制结构,并设计MMC分数阶PI^(λ)环流抑制策略。然后,采用经典频域法优化分数阶PI^(λ)控制器参数,并对分别采用传统PI和分数阶PI^(λ)控制器的系统环流控制性能进行对比分析。最后,在相同条件下,通过对采用上述两种环流抑制策略的MMC系统,分别在电源扰动、直流侧电压阶跃和三相不平衡工况下进行仿真研究。结果表明,分数阶PI^(λ)环流抑制器的抗电源扰动性和环流抑制能力均优于传统PI环流抑制器,更适用于MMC此类的非线性系统的控制。

基于无功偏差带电压补偿的VSG环流抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术提升了微电网电力电子变换器惯性,降低了电压和电流的冲击幅值,提高了微电网稳定性,得到广泛应用。但线路阻抗参数不匹配会导致并联VSG无功功率分配准确度下降,在并联变换器间形成环流回路,针对并联VSG因线路参数不匹配引起的环流,提出一种考虑无功偏差带电压补偿的环流抑制策略,通过在电压控制环节引入电压补偿,跟随负荷变化调节电压补偿量、修正无功功率分配,抑制了并联VSG环流。仿真和实验结果表明所提策略提高了无功功率分配精度,降低了电压偏差,抑制了多机环流,实现了VSG多机友好互联。

基于18相风力发电系统的环流抑制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率程度应用场合。文中提出一种基于18相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,该系统由18相风力发电电机、三相桥式不控整流器、并联隔离型DC/DC变流器和模块化多电平变流器构成。针对并联隔离型DC/DC变流器之间易产生环流的问题,文中通过理论推导得出环流的计算公式,采用转速外环、电流内环的MPPT控制得到并联隔离型DC/DC变流器的参考导通比分量。将环流控制器以及电容电压反馈控制器输出叠加作为隔离型DC/DC变流器导通比的叠加分量,参考导通比分量和导通比的叠加分量得到隔离型DC/DC变流器的调制信号,通过对变流器开关器件的导通情况进行调节从而实现环流抑制。最后通过MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提环流抑制策略的有效性。

电网不平衡下基于SOGI的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响系统性能。首先,本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理,得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后,提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的环流抑制策略,该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制,采用比例积分(proportional integral,PI)控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量,采用准比例谐振(proportional resonant,PR)控制环流的零序2倍频分量。最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型,将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明:在单相非金属接地故障时,与其他3种环流抑制策略作对比,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA,将谐波畸变率降低到0.03%,表明所提策略的优越性;同时在两相非金属接地故障时,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA,谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。

九边形MMC环流注入和抑制混合控制策略

九边形模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是一个三端口AC/AC/AC变换器,可替代两个独立AC/AC变换器以减少器件数量,可实现两个低频系统与工频系统互联。拓扑输入、输出端口电流在桥臂上的叠加,导致全桥单元电容电压低频波动,需要容值更大的直流电容抑制电容电压波动。此外,9个桥臂间环流包含较大直流分量与交流分量,造成桥臂电流应力提升。文中基于九边形MMC拓扑结构,推导电容电压波动表达式,分析环流产生机理,并设计一种环流注入和环流抑制混合控制,实现桥臂间电容电压均衡,降低电容电压纹波率和桥臂电流幅值。最后,在RT-lab仿真平台上验证环流控制有效性。

中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题,该文首先分析模块间环流的通路,建立零序环流的电路和数学模型。根据等效模型阐述零序环流各成分的产生机制,并对零序环流进行定量分析。定义零序环流的三类具体成分:通态零序环流、开关零序环流及混合零序环流。对于不同类别的零序环流,提出共享直流侧中线和改进型LCL滤波器的硬件措施及准比例积分谐振(PIR)控制器的软件措施去抑制对应环流成分的高频、低频分量;另外,针对改进型LCL滤波器中交流滤波电容中点和直流侧电容中点连接电缆上有较大高频电流的缺陷,提出载波移相控制下模块共用滤波电容的优化方案,在保证环流抑制效果的同时将奇数次开关频率的高频纹波转移到共用电容上,实现奇数纹波分量的自动抵消,使连接电缆上的电流减小近50%;最后,仿真与实验结果验证了所提环流抑制策略的可行性。

基于改进的准比例谐振控制MMC逆变器环流抑制策略

模块化多电平逆变器(MMC)由于子模块电容电压的波动引起电容电压的不平衡,进而导致相间环流(CCSC),给系统造成一系列的影响。结合环流谐波成分分析,设计一种基于改进的准比例谐振(QPR)控制器的环流抑制策略,通过改进控制器的控制方式,采用坐标变换将环流中负序的二次环流谐波和正序的四次谐波同时转变成三次的环流谐波,然后采用改进的控制器来抑制变换后的三次环流谐波,对比传统PI环流抑制策略,分析了改进的QPR控制器的可靠性。基于MATLAB/Simulink平台上搭建五电平的MMC逆变器仿真模型,验证所提出控制策略的有效性和可靠性。

基于自适应电流预测模型的LCL型三电平逆变器并联零序环流抑制策略

提出了一种基于自适应电流预测模型的零序环流抑制策略,该策略适用于共直流母线的并联运行的三电平逆变器。首先构建了零序环流等效模型,分析证明了并联系统的中点电位差和共模电压差为零序环流激励源;随后提出了一种基于预测模型的零共模电压控制方法,兼顾了中点电位平衡的控制效果并改善了并网电流质量,同时对并联系统之间的零序环流进行了有效抑制;其次设计了一种自适应电流预测模型,提高了在参数失配下并网电流的跟踪性能,减少了误差;最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于PID积分滑模控制的MMC环流抑制研究

针对模块化多电平变流器(MMC)的环流问题,提出一种比例积分微分(PID)积分滑模控制环流抑制策略。首先,根据MMC的拓扑结构建立数学模型和环流抑制原理;然后,阐述了基于二倍频负序坐标变换的比例积分(PI)控制器和PID积分滑模控制的两种环流抑制器的控制原理,对比了两种策略的优缺点;最后,硬件样机实验结果对比验证了该控制策略的可行性。

基于SOGI的MMC环流抑制策略研究

MMC(Modular Multilevel Converter)具有高度对称的子模块级联结构,输出波形质量好,被广泛应用于高压直流输电等场合。MMC环流的存在会加剧桥臂损耗,使桥臂电流发生畸变,产生高次谐波分量,严重破坏电能质量。针对该问题,文中采用基于SOGI和直流积分器相互配合的多谐波滤波器提取环流的交流成分的方法,通过3个准PR(Proportional Resonant)控制器并联组成的新环流抑制器对环流进行抑制。在MATLAB/Simulink中搭建了11电平的MMC逆变仿真模型进行仿真实验,结果表明文中所提控制策略能够有效地完成对系统的控制。与传统环流抑制方法对比,文中所提方法的环流抑制效果更加明显,电容电压波动范围降低大约60%,证明了文中所提控制环流控制策略的正确性和有效性。

计及分布式微源控制特性的微网无功环流抑制

针对单元输出功率控制(UPC)和馈线潮流控制(FFC)不同控制模式下,微电网分布式微源(DG)之间的有功/无功功率均分控制特性进行了分析。受线路阻抗和本地负荷等的影响,DG因机端输出电压产生误差,进而生成无功环流。针对这一问题,这里提出了一种基于无功闭环控制的DG Q/U下垂特性自适应调节控制方法,根据下垂特性中电压给定参考值与逆变器输出电压的差值自动平移Q/U曲线,有效抑制了DG之间的无功环流。最后,通过搭建3台DG构建的微电网动模实验平台,分别对线路阻抗和本地负荷参数对DG无功均分控制特性影响进行了实验分析,并验证了所提出的无功环流抑制策略的有效性和可行性。

模块化多电平变换器改进型环流抑制方法

这里首先分析了载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略下广泛应用于模块化多电平变换器(MMC)的平均电容电压控制模型及其优缺点,在此基础上提出了一种改进型环流抑制方案,新方案采用了原模型中的外环桥臂电压均衡控制,并同时在内环环流控制中加入了环流的直流分量提取环节以及基于准比例谐振的二倍频谐波分量消除环节。针对所提出的改进抑制方案并综合考虑稳定裕度和稳态精度等条件,给出了离散域下控制器关键参数设计方法。最后,在搭建的三相MMC样机上分别对改进前后的控制方案进行了对比实验,充分验证了所提方案的有效性以及参数设计的合理性。