基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

具备故障重构能力的双极直流接口变换器最优运行区域

中低压直流配电系统中,现有的双极直流接口变换器通常无法在进入单极运行模式下实现故障阻断与重构功能。基于一种互联分布式电源与双极直流系统的故障重构型直流接口变换器拓扑,分析单双极性运行模式的工作性能。在正常的双极运行模式下,变换器通过最小峰值电流控制策略,实现开关器件电流应力有效降低。在短路故障导致的单极运行模式下,变换器通过故障重构策略与恒功率传输控制策略,消除短路故障对正常端口的不利影响,维持关键负荷的连续供电。同时给出变换器在单双极模式的优化控制策略下的软开关运行区域,从而精确刻画出变换器的最优运行区域。实验结果证明理论分析的正确性,研究工作有助于指导中低压直流配电系统的工程实践。

基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。

基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制在下垂控制的基础上,引入了同步发电机的转动惯量和阻尼系数,改善了系统的动态频率响应特性,提高了交直流混合微电网的抗扰动能力,但同时忽略了一定的动态调节性能。针对这一问题,提出一种基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略。该控制策略能够降低系统在振荡过程中的超调量,进一步提升系统在面对扰动时的动态调节性能,且更具灵活性。首先,基于交直流混合微电网的瞬时功率平衡关系,给出接口变换器VSG控制策略;其次,建立整个闭环控制系统的小信号模型,分析关键参数对系统稳定性的影响;然后,基于模糊控制设计虚拟惯量和虚拟电容的自适应控制策略;最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性与优越性。

混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略

针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,有效提高交直流混合微电网对交流频率及直流电压的抗扰动特性。该文分析混合微电网瞬时功率平衡特性,基于此,提出利用交、直流微电网电源和负荷吞吐特性为交流频率和直流电压提供惯性,并设计相应的控制策略。建立所提控制策略的小信号模型,详细分析转动惯量、阻尼系数、直流下垂系数等关键参数对系统稳定性的影响及有功功率变化时交流频率和直流电压的动态响应,据此给出系统关键控制参数设计方法。最后,分别利用Matlab/Simulink软件和dSPACE实验平台验证所提控制策略的有效性。

具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略

为平抑直流微电网中的功率波动、提升直流母线电压动态稳定性，对储能接口变换器采用具有直流电机特性的直流母线电压稳定控制策略。该方法在双闭环恒压控制基础上加入了虚拟直流电机（VDCM）环节，详细分析其工作机理并进行小信号稳定性分析，建立光储直流微电网仿真及小功率实验平台对加入VDCM前后控制方法的作用进行比较。仿真和实验结果表明，加入VDCM后的控制策略具有直流电机的惯性和阻尼特性，能够有效缓冲和抑制功率波动对直流母线电压的影响，增强直流母线电压的稳定能力。

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用Dig SILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。

交直流混合微电网接口变换器虚拟同步发电机控制方法

随着分布式发电技术的推广,交直流混合微网以其灵活性正得到越来越广泛的研究和应用,而接口变流器是其核心部件。提出了一种接口变换器虚拟同步发电机控制策略。该策略不仅能使交直流子网有功功率分配更加均匀,还能使系统在大容量负荷投切过程中响应更加平滑,降低交直流子网快速功率波动的耦合影响。Matlab/Simulink仿真算例的验证结果表明,提出的接口变换器虚拟同步发电机控制方法能够降低交直流子网功率传导影响,有利于提高交直流微电网的运行稳定性。

基于改进AHP法-熵权法的交直流母线接口变换器综合性能评估

交直流混合微电网因有利于分布式新能源和新型直流负荷的接入而得以快速发展,而交直流母线接口变换器是建设交直流混合微电网的关键设备,其性能优劣直接影响微电网系统的稳定性。为了全面掌握接口变换器的运行情况,根据微电网运行特点,提出一种改进层次分析法(AHP法)-熵权法的交直流母线接口变换器性能评价方法。参照相关电气设备技术标准设定15项性能指标并对其数值进行标准化处理,针对多因素多层次指标集,上层采用改进层次法,最底层采用改进AHP法-熵权法组合赋权,从而得到接口变换器性能评估函数,根据评估函数值对设备进行百分制打分并确定其优劣性级别。通过对某工程中接口变换器进行实例分析,验证了该评价方法的可行性和有效性。

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差。在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间难以精确分配。为了解决以上问题,在双向下垂控制的基础上,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法。在该方法中,小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通信信号,其频率与接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系,可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,也可以实现并联变换器之间的功率精确分配。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

不平衡工况下混合微电网交直流母线接口变换器多模态运行控制策略

针对混合微电网不平衡工况下交流母线电压不平衡、直流母线电压二倍频波动和三相电流不平衡等电能质量问题,提出交直流母线接口变换器多模态运行控制策略,所提策略可以使接口变换器实现功率双向传输与电能质量治理统一控制,提高了变换器的利用率,降低了系统运行成本。首先,根据接口变换器在不平衡工况下的瞬时功率传输特性,并结合变换器带载情况及交、直流母线电压质量的不同要求,将变换器的工作方式划分为3种主要运行模态:电流不平衡补偿、电压不平衡补偿和直流电压稳定。其次,将交直流混合微电网作负序等效,通过引入多模态控制参数,实现对接口变换器负序等效阻抗控制,详细阐明了各工作模态系统的工作原理并通过伯德图详细分析了所提控制策略对三相不平衡电压、电流的补偿特性。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。

基于双向接口变换器的混合微电网交直流母线电压统一控制策略

交直流混合微电网中,交流电压不平衡引起的接口变换器瞬时功率脉动以及单相交流负荷并入直流微电网导致的直流电压二倍频脉动,影响混合微电网正常运行。针对上述问题,建立了双向接口变换器ab坐标系下的数学模型,分析了不平衡工况下交流子网以及直流子网单相逆变负荷的二倍频功率传输特性,在此基础上,通过在双向接口变换器直流侧引入降压型波动功率补偿电路,详细设计了基于改进型双向接口变换器的交流不平衡电压及直流二倍频脉动电压统一控制策略。对补偿电路电容容量进行定量分析,使双向接口变换器可以在较小直流母线电容容量情况下,利用自身功率余量同时补偿交流不平衡电压与直流二倍频脉动电压,仿真证明了所提控制策略的有效性。

交直流混合微电网接口变换器改进型双向下垂控制策略

针对交直流混合微电网双向接口变换器(bidirectional interface converter,BIC)采用双向下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于BIC的改进型双向下垂控制策略。通过改进有功环,引入惯性环节和限幅系数不仅能够给系统提供惯性,减小负荷波动对交流母线频率和直流母线电压的影响,改善交、直流子网间功率传输的动态响应,还能提高交直流混合微电网的抗干扰特性和动态响应特性。通过在电流环引入非线性干扰观测器,可以抑制负荷功率的瞬态波动,抑制外部功率扰动下母线电压的波动幅度。分析了关键参数对系统稳定性的影响,采用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性,并针对不同控制策略下负载变化时交流频率和直流电压的动态响应以及功率传输的动态响应进行了对比分析,得出了所提控制策略的优越性。

交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。

交直流混合微电网双向接口变换器模型预测控制

针对双向接口变换器在交流侧三相不平衡状态下出现的直流侧电压振荡型波动、正序电压相位检测困难、有功功率和无功功率计算不准确的问题,提出了一种直接功率模型预测控制方法。首先,利用瞬时电压、电流向量建立系统瞬时功率向量预测模型,以省略功率计算的锁相环节,避免电压相位检测不准确对控制性能的影响;其次,为功率向量的实部和虚部分别设计参考量,抑制实部中负序分量引起的二倍频功率波动,以避免直流侧电压振荡型波动;最后,以功率向量的实部和虚部作为控制单元,分别设计目标函数,消除两者间的相互影响,同时,在目标函数中设计开关频率约束项,使得被控器件开关频率可调。仿真和实验结果表明,所提控制方法可实现无功功率参考变化时,有功功率不受影响,相比于传统PWM方法,有功功率超调量下降了约74%,且该方法可保证系统全功率因数运行,系统直流侧无振荡型波动。

混合微网含储能系统互联接口变换器的双阈值窗控制策略

互联接口变换器作为混合微电网的关键装置,关系到微网运行的效率和可靠性。以互联接口变换器的归一化下垂控制及开启和关断条件为基础,融合基于荷电率的储能单元控制,组成开启阈值窗和关断阈值窗相结合的含储能系统的两级式互联接口变换器的双阈值窗控制策略,实现对互联接口变换器和储能系统的二次开启和关闭。仿真结果表明,变换器实现了双向功率控制,避免了互联接口变换器在整流和逆变间的反复切换,解决了单阈值控制策略切断较大功率流而导致的反复开断问题。储能系统内部各单元根据荷电率分配出力,进一步拓宽互联接口变换器的功率可调范围。

基于灰色滚动预测模型的多接口变换器功率直接控制方法

交流侧不平衡状况下,多接口变换器功率控制效果的瞬时效果较差,动态输出功率预测结果准确性较低,无法使调节功率达到既定功率,由此,提出基于灰色滚动预测模型的多接口变换器功率直接控制方法。构建电网功率灰色滚动预测模型,确定应输出功率。构建多接口变换器单元电路模型,计算电网运行模式转换状态下的功率波动量。选用PID控制器,优化多接口变换器功率控制算法,对变换器输出功率进行补偿与控制。实验结果表明:该方法可在多种电网运行状态下对多接口变换器功率进行控制,使其与既定功率具有一致性,预测结果准确性得到提升,保证多接口变换器功率控制效果的瞬时效果,电网稳定运行。

电动汽车接口处变换器参数寻优自抗扰控制

针对多种扰动导致的接口变换器电压质量下降的问题,设计了一种基于系统扰动分解原理和模糊优化算法相结合的模糊解耦自抗扰控制。首先,设计两个扩张状态观测器,对外部扰动和内部扰动分别进行观测,以提高原有观测器的扰动观测能力;同时设计扰动误差反馈律对经观测器输出后的扰动估计值进行实时抵消,保证系统的抗扰性;再者,引入模糊优化算法,对解耦自抗扰中的调节参数进行优化,保证系统可实时获得最优参数;最后,在MATLAB/Simulink数字仿真平台中搭建电动汽车的数字仿真模型,对模糊解耦自抗扰、传统自抗扰以及比例积分控制分别进行对比试验验证。结果表明:所提控制策略的正确性和优异性。