不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。

单相并网逆变器准比例谐振控制器的设计

针对光伏并网逆变器的比例积分(PI)控制器存在稳态误差,抗电网干扰能力差的问题,提出了一种准比例谐振(PR)控制策略,利用其在谐振频率处增益无穷大的特点,消除稳态误差,提高抗干扰能力同时设计了准PR控制器的参数。仿真结果验证了所设计的准PR控制器能实现系统电流无误差跟踪,具备抗电网干扰能力。

一种新颖的比例积分谐振控制策略

PI控制器可实现直流系统的输出无静差,但不能实现交流系统的输出无静差,因此采用PI控制器的逆变器的外特性通常不够硬。为了克服此缺点,在此研究了一种谐振控制器,利用其在谐振点处增益无穷大来实现逆变器输出的无静差。此外将谐振控制器和PI控制器结合起来构成PI谐振控制器,该控制器不但具有PI控制器良好的稳定性能,而且具有谐振控制器良好的动静态性能。最后研制了一台逆变器原理样机,通过实验证明了理论分析的正确性。

基于准比例谐振控制器的MMC环流抑制策略

为解决模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)运行时子模块间分压不均引起的相间二倍频环流问题,设计了基于准比例谐振的环流抑制控制器。在稳态数学模型的基础上,计算得出相间环流主要由二倍频交流分量构成。依据准比例谐振控制器在坐标系下可对交流量进行无静差跟踪,且鲁棒性强的优点,来抑制相间二倍频环流。仿真结果表明:在准比例谐振环流抑制控制器投入运行后,相间二倍频环流从20 A减小至1 A,子模块电容电压波动范围由±50 V减小至±30 V,且相间子模块电压差减小。验证了准比例谐振环流抑制控制器的有效性。

永磁同步电机的自适应预测比例–积分–谐振电流控制

考虑数字控制系统一个采样周期输入延时和驱动器功率管非线性特性的影响,为增强永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)电流环稳定性和提高电流控制精度,提出一种自适应预测比例–积分–谐振控制(Adaptive predictive proportional-integral-resonant,APPI-RES)策略.该方法能够在电机电阻和电感参数不确定的条件下,预测电流控制误差和未知周期电压扰动,将所得预测量执行反馈控制,实现了对系统输入延时和相电流谐波的有效补偿.最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性.

基于比例积分谐振调节的光伏并网逆变器电流控制方法

为解决电网电压畸变影响光伏逆变器电流控制性能的问题,提出一种基于比例积分谐振(PIR)调节器的电流控制方法.首先确定了光伏逆变器含有电流内环、直流电压外环的控制结构,PIR调节器用于对电流内环中电网电压畸变扰动的抑制与基波电流的跟踪.由于光伏逆变器的LCL滤波器与PIR调节器阶数较高,在设计控制参数时面临诸多问题,接着提出一种基于离散系统根轨迹法的PIR调节器参数设计方法,避免了连续域设计的调节器参数直接应用于数字控制器,从而引发调节器性能偏差甚至失稳.分析结果显示,在电网频率以及LCL滤波器参数变化时,设计参数依然可使系统具有较好的适应性.最后在Simulink上搭建仿真模型,验证了基于PIR调节的电流控制方法的可行性以及所设计调节器参数的正确性.

具有低次谐波抑制能力的PIR控制器设计

为了抑制由牵引网网压畸变引起的单相四象限变流器交流电流中的低次谐波,在电流环中引入一种比例积分谐振(PIR)控制器。通过对比研究不同种类的谐振控制器性能差异,选取一种较为合适的准谐振控制器应用于PIR中,并利用根轨迹法设计PIR控制器的参数,以保证系统稳定并具有良好的动态性能。通过Matlab/Simulink仿真及样机实验,验证了所提PIR控制器在谐波抑制及稳定运行方面的优越性。

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。

新型电流单环PIR控制器在中频逆变器中的应用

为提高中频逆变器输出电压质量和稳定性,基于单相H桥逆变器的拓扑结构,提出一种采用电容电流单环的比例积分谐振控制策略PIR(proportional integral resonance)。新策略以电容电流为被控量,将负载电流作为一种扰动,引入电流给定前馈补偿控制,通过设置合适的补偿控制器,补偿加入带来的谐振频率处增益减小的问题。新策略只需单环控制,成本降低,可实现无静差控制。最后利用Matlab/Simulink建立了单相H桥逆变器的仿真模型,通过仿真实验验证了所提策略对中频400 Hz逆变器输出电压控制的有效性。

有源滤波器在d,q坐标系下的PI-模糊谐振控制

有源电力滤波器(APF)被认为将代替传统LC无源滤波器,用来治理线路上非线性负载及开关器件产生的谐波和无功电流。APF为消除谐波,逆变器必须根据指令输出补偿电流,而谐波电流随时间快速振荡变化,因此电流控制器对谐波电流的跟踪能力决定了APF的性能高低。在此分析了并联型APF的电流控制数学模型,针对并联型APF提出一种简单有效的电流跟踪控制方案。在d,q坐标系下,比例积分(PI)控制器用来消除基波电流跟踪的稳态误差,与其并联的模糊谐振控制器可有选择地对特定次谐波进行无差跟踪。

一种适用于模块化多电平换流器的新型环流控制器

模块化多电平换流器(MMC)桥臂环流中的谐波直接影响MMC的工作特性和损耗。文中推导了MMC交流侧电流、桥臂电流和环流之间的内在联系,指出MMC在交流电网对称和不对称情况下桥臂环流中都含有二倍频谐波。为了对MMC谐波环流进行有效抑制,提出了一种基于比例-积分-谐振(PIR)控制的MMC新型环流控制器,无需二倍频负序坐标变换和相间解耦。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含该PIR环流控制器的双站MMC仿真模型,并与旋转坐标系下的环流控制器在交流电网对称和不对称情况下进行了对比仿真分析,仿真结果验证了所提出的PIR环流控制器的有效性。

基于微分平坦理论MMC-RPC的PIR控制策略

为综合治理牵引供电系统的负序、无功、谐波等电能质量问题,分析V/v变压器左右两侧供电臂上的功率关系,通过转移有功功率、补偿无功功率和分离谐波功率等方式综合治理电能质量问题。同时,在对铁路功率调节器(MMC-RPC)采用准比例谐振控制的基础上引入微分平坦控制理论(FBC)。运用微分平坦理论,在MMC-RPC供电臂上的动态数学模型中选取有功电流和无功电流作为系统输出量,使其满足微分平坦系统的条件。对微分平坦系统进行李雅普诺夫稳定性分析,采用比例积分和Quasi-R并联控制,设计出微分平坦控制器。在Matlab/Simulink中搭建仿真系统,模拟几种不同的运行工况进行仿真,并与其他控制方式进行对比,所得波形验证了该控制策略的有效性与优越性。

基于多谐振控制的逆变器并网电流谐波抑制

并网逆变器接入电网时,其并网电流会存在谐波,传统的方法主要是通过无源或有源滤波器来抑制谐波,无疑增加了额外的硬件成本。基于此,此处提出了一种新型的比例积分多谐振控制器(PIMR),用于抑制并网逆变器的电流谐波。首先介绍了PIMR的原理,在此基础上推导出所提的新型PIMR可以由重复控制器和比例控制器并联组成,并分析了用于抑制并网逆变器电流谐波的新型PIMR的参数设计方法,同时也对系统的稳定性进行了分析。通过搭建实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效降低了并网逆变器电流中的各次谐波成分。

基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制

针对电网谐波污染日益严重的情况,为提高有源电力滤波器(APF)的稳态补偿精度和动态响应性能,从谐振控制器的角度出发,对传统重复控制进行改进,并针对控制对象优化得到最优重复控制参数。同时,为了克服重复控制延时一个周波响应的动态性能缺陷,提出了一种误差迭代比例—积分(PI)控制法,在提高系统动态响应速度的基础上尽可能保证稳态精度。最后,对重复控制的嵌入形式加以改进,通过设置指令前馈通道优化控制结构,得到了改进复合控制的优化结构,实验和仿真结果验证了所提出控制策略的准确性和有效性。

非隔离型H6桥单相光伏逆变器无功补偿调制及并网电流波形改善控制

为满足新的并网标准对单相光伏并网逆变器无功补偿功能的要求,针对非隔离型H6桥单相光伏逆变器,该文提出一种具有无功补偿功能的分段调制策略。分析与讨论了H6桥单相拓扑输出无功功率时,在输出电压过零点及电流过零点,并网电流产生畸变的原因。采用比例–积分–谐振(proportion integration resonance,PIR)控制器来抑制并网电流的直流分量。并通过构造PIR全程滑模面,推导并网电流滑模控制律,平滑了H6桥在两种调制模式的过渡过程,改善了并网电流的波形控制。最后,搭建了5 k V?A单相光伏并网逆变器的实验系统,并通过对实验结果的分析,验证了理论分析的正确性以及所提调制方法与控制方案的有效性。

不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统控制策略

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次谐波电压的电网条件,文中利用串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制以及正向同步旋转轴系下的比例积分—双频谐振(PI-DFR)控制器,提出了基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的改进控制策略;在实现了定转子电流平衡无畸变、发电机输出功率和电磁转矩无波动的同时,亦消除了系统输出有功功率的2倍和6倍频波动。此外,还提出了考虑并联网侧变换器电流容量时参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。对一台2MW基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的仿真分析,验证了所提控制策略及并联网侧变换器参考电流指令分配原则的正确性。

不对称电网电压下双馈风力发电机的控制方法

分析了不对称电网电压下双馈风力发电机的运行特性,进而提出一种基于多频点比例积分谐振控制器的矢量控制方法,通过定子侧功率的单闭环结构,实现不对称电网电压下的双馈电机控制。相比于传统的正负序双dq域控制,所提方法既不需要负序dq域控制器,也不需要转子电流内环,控制结构简单。同时,该方法只需对一个简单参数(λ[0,2])进行调整,即可实现不对称电网电压下双馈风电系统的多种不同控制目标。基于MATLAB/Simulink平台搭建了1.5 MW双馈风电仿真平台,仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。

不平衡电网电压下光伏逆变器控制方法的改进研究

针对电网电压不平衡条件下光伏并网逆变器的控制性能变差的问题,在基于传统双d-q同步旋转坐标系的PI调节器基础上引入具有动态跟踪频率变动的降阶谐振环节,形成新型比例积分一阶谐振(proportionalintegrator and reduced order resonance,PIROR)电流控制器。该控制器不需对不平衡下的正负序电流进行分解,对输出电流可无差控制。加入具有跟踪频率变动的一阶谐振环节可保证同步控制负序电流的精确度,同时谐振系统结构相对简单,易于工程实现。仿真结果表明,在电网不平衡扰动下,该控制方案可提高光伏逆变器在不平衡电网电压下运行的动态性能和运行的可靠性。

应用超导储能装置阻尼次同步谐振的研究

提出了一种新的应用超导储能(SMES)装置阻尼电力系统次同步谐振(SSR)的方法。与以往的类似研究相比,由于本方法基于复转矩系数法, 因而不仅可以适应多机复杂电力系统, 还可以得到电气阻尼系数随扰动频率的变化曲线。在引入SMES控制装置后的IEEE第一基准模型中, 根据复转矩系数法的基本原理, 得出了发电机机械复转矩系数和考虑SMES装置时的电气复转矩系数的表达式, 给出了二者之间的定量关系式, 以此为基础研究了应用超导储能装置阻尼次同步谐振的控制策略, 设计了相应的比例积分(PI)控制器,给出了控制框图, 并在IEEE第一基准模型的系统结构和参数条件下得到了控制器参数。在PSCAD /EMTDC环境中将控制策略和超导磁储能装置应用于IEEE第一基准模型进行了动态仿真, 仿真结果验证了该控制方案的有效性和正确性。

基于复合电流调节的单相LCL并网逆变器控制方法

为了抑制并网逆变器LCL滤波器的谐振,减小双模式变流器因采用较大的输出滤波电容造成的基波电流跟踪误差和网侧电流畸变,提出了一种新型的加权电流控制方法用于单相微电网变流器的控制。首先,在虚拟坐标系下用比例积分谐振控制器提高加权电流的控制精度和动态响应。其次,考虑到传统的加权平均电流的控制不直接控制电网电流以及电网电流和加权平均电流之间的误差,提出了一种改进的电流前馈方法。该方法通过检测输出电流和网侧电流的低频误差构造出一个电流前馈项,从而有效地抑制了网侧电流控制的误差。仿真和实验验证了该控制方法的有效性。