不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例-积分-谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例-积分-谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下DFIG风力发电系统的并网控制。并网控制器由同步旋转坐标系中的比例-积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子d-q轴电压的交流分量,使其分别实现对电网d-q轴电压直流、交流分量的精确跟踪。该比例-积分-谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点。仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪。

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。

基于比例积分–降阶谐振调节器的并网逆变器不平衡控制

不平衡电网电压条件下并网逆变器的有效控制,对提高其并网运行能力具有重要意义。提出一种新型调节器,即比例积分–降阶谐振(proportion integral plus reduced orderresonant,PI-ROR)调节器,可以对交流信号进行无差控制,且易于数字化实现。不平衡电网电压条件下,该电流调节器可直接在正向同步旋转坐标中对输出电流进行无差控制,无需进行电流的正、负序分解。通过仿真和实验验证采用该调节器对不平衡电流控制的可行性,并对比该调节器与PI调节器的不平衡控制性能。仿真和实验结果表明,基于提出的PI-ROR调节器的不平衡控制方案可改善并网逆变器的动态性能,提高系统在电网电压不平衡条件下的运行能力。

直流微电网中光伏发电系统的比例-积分-谐振控制

直流微电网带动单相交流逆变负载时,直流电压会产生2倍频的周期波动,进而造成联网的光伏发电系统输出功率产生周期波动,无法持续处于最大功率输出点,从而间接降低了其发电效率。为解决上述问题,在分析直流电压周期扰动时的光伏发电系统输出功率特性的基础上,提出了光伏发电系统输出电流的比例-积分-谐振控制策略,比例-积分调节器用于电流的稳态无静差控制,而谐振控制器用于抑制周期扰动。详细分析了所提出方法的稳态误差、稳定性,各控制参数变化对电流控制性能以及直流电压波动抑制效果的影响,给出了各参数选取原则。仿真和实验结果验证了理论分析结果与所提出方法的正确性和可行性。

单相五电平脉冲整流器滑模比例积分谐振控制

以基于耦合电感的新型单相五电平脉冲宽度调制(PWM)整流器为研究对象,为了提升系统动态响应、维持单位功率因数、减少网侧电流谐波含量,提出滑模比例积分谐振(PIR)控制算法.通过对新型单相五电平PWM整流器的电路拓扑和工作原理分析,构建整流器d-q同步旋转坐标系下的数学模型,推导整流器电压外环滑模和电流内环PIR控制算法,给出具体设计过程.与d-q坐标系传统比例积分(PI)电流控制算法相比,所提滑模PIR控制算法动态响应速度更快,网侧电流谐波含量更低.搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型和基于RTlab的半实物实时仿真平台,对滑模PIR控制算法与d-q坐标系传统PI电流控制算法分别进行计算机仿真和半实物实验对比研究,仿真和实验结果验证了所提滑模PIR控制算法的正确性和可行性.

4象限H桥功率单元PWM整流器的比例-积分-谐振控制

4象限H桥级联型多电平变换器的功率单元中,由于单相H桥逆变器的输出功率中含有2倍于输出电压频率的脉动分量,如果输入级的PWM整流器采用传统的控制策略,直流母线电压也将会含有该频率的脉动。在PWM整流器电压定向控制中,使用比例-积分-谐振(PIR)调节器控制电压环和电流环,抑制了直流母线电压的脉动,在小功率平台上的实验证明了该控制策略的有效性。

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。

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.

基于根轨迹法的链式STATCOM比例谐振电流控制器设计

链式静止同步补偿器(STATCOM)及其分相电流控制策略是解决系统和负载不平衡问题的常用方法。文中在分析链式STATCOM数学模型的基础上,提出采用比例谐振控制器来对分相电流进行跟踪控制,并给出应用闭环系统根轨迹来选择控制器参数的设计方法,该设计方法可以使得电流内环闭环系统不仅满足稳定性要求,同时具有良好的动态性能。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于根轨迹法的比例谐振控制器参数设计的正确性和电流内环采用PR控制的优越性。

基于准比例积分谐振控制的光伏并网逆变器研究

光伏并网逆变器控制方法的选用是否合理,决定着并入电网中的电能质量的高低,为了实现对并网逆变器的合理控制,本文针对传统PR控制的不足之处,为了提高电网电能质量,采用基于准PR和PI结合的复合控制方法—准PIR控制。

谐波电网下基于矢量比例积分电流调节器的双馈异步发电机运行控制技术

在分析谐波电网电压下双馈异步发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)数学模型基础上,以电磁转矩及定子输出无功功率无波动为控制目标,给出了DFIG谐波电流指令。为实现谐波电流的准确跟踪,采用基于同步速旋转坐标系下的矢量比例积分(vector proportional integral,VPI)电流调节器,通过与比例积分谐振电流调节器在谐波频率点处的频谱分析与对比,论证了VPI电流调节器对谐波电流的优良控制性能。构建了DFIG实验机组,对所提理论的正确性与可行性进行了实验验证。

基于改进比例谐振控制的三相四桥臂有源电力滤波器研究

在有源电力滤波器电流内环控制环节,为了实现对交流量的稳态无误差跟踪,以及对主要特征次谐波和低次谐波进行充分补偿,针对谐振控制器可以无静差地跟踪交流参考量以及PI控制可以无静差地跟踪直流量的特性。采用了一种基于静止坐标系下的比例-积分-多频谐振控制策略,对含量较高的主要特征次谐波和低次谐波进行选择性补偿,有效的降低了系统的总谐波畸变率。最后,通过仿真和实验对比分析了上述控制策略的可行性。

有源电力滤波器的LCL滤波器设计和比例谐振控制方法研究

在满足相同的高频滤波效果的情况下,LCL滤波器所需要的总电感量比单L滤波器要小,因此更加适用于在大功率有源电力滤波器设备上应用。然而LCL滤波器是3阶系统,需要确定两个电感量、一个电容量,增加了控制的难度。在介绍LCL滤波器设计过程的基础上,给出滤波器的设计实例。同时,将比例谐振控制直接应用于LCL滤波器的补偿电流控制,保证了有源电力滤波器控制环的稳定性和稳态精度。最后通过试验验证了该设计方法。

串联谐振注入式有源电力滤波器复合控制算法

传统滞环电流控制开关频率不固定,输出频谱范围宽,滤波较困难,以串联谐振注入式混合有源电力滤波器(SRIHAPF)为例,在传统滞环控制的基础上加以改进,并结合比例谐振积分控制算法,提出一种复合控制算法作为该滤波器的电流跟踪控制算法.避免了传统滞环控制开关频率不固定和比例谐振积分达到系统稳定延时长的缺点.该算法准确性高,跟踪效果好,运用Matlab进行了仿真和实验验证.仿真和实验结果证明,该复合控制算法能够提高滤波器的电流跟踪性能和谐波补偿效果.

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。

注入式混合型有源电力滤波器的控制算法

有源滤波器能否按其工作原理实现预期的谐波抑制效果,在很大程度上还依赖于电流跟踪控制算法的优劣。该文以一种新型注入式混合有源滤波器为例,结合传统滞环控制算法响应速度快和比例谐振积分控制算法无稳态误差的优点,提出采用复合型控制作为该混合有源滤波器的电流跟踪控制算法。通过相关的仿真、实验结果,从跟踪速度、控制精度、开关谐波含量和开关器件损耗4个方面,将复合型控制算法与传统滞环控制算法及单一的比例谐振积分控制算法进行比较研究。相关分析方法和所得结论可为其他类型的混合有源滤波器的电流跟踪控制算法研究提供借鉴。

电网谐波背景下风电并网逆变器的PRI控制方法

针对分布式发电接入的配电网常常因负荷影响而含有大量的低次谐波问题,分析了分布式发电中电网电压对逆变器并网电流的影响,提出了一种兼具谐波补偿和直流扰动抑制功能的比例谐振积分(PRI)控制器。与传统比例谐振(PR)控制器相比,积分环节的引入有效地提高了控制器的低频增益,特别对直流分量的扰动具有明显的抑制效果。最后在1台50kW的三相三电平并网逆变器上进行了样机实验。实验结果表明,PRI控制器不但可以在稳态时大幅减小并网电流的谐波含量,而且在动态过程中可以迅速地抑制并网电流的直流扰动。PRI控制器非常适合作为分布式发电并网逆变器的控制方法。

电网电压对称跌落下的双馈感应发电机PI-R控制及改进

针对双馈感应发电机组转子侧变流器,提出一种基于比例积分谐振(PI+resonant,PI-R)调节器的磁链有源衰减改进控制算法。对电网电压三相对称跌落故障下的定子磁链和转子过压暂态响应进行分析,通过改进转子电流控制加快定子暂态磁链衰减并消除磁链振荡,降低转子过压和过流。与常规PI调节器相比,PI-R能同时对基波直流指令和谐振频率处交流指令实现无静差响应,提高系统对电网电压跌落的抗扰性,保证改进算法的控制精度。该文给出了磁链有源衰减中暂态转子电流的计算方法和PI-R参数设计原则,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和改进算法的有效性。

不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略

为提高并网逆变器对电网的适应能力,提出了不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略。建立了同步旋转坐标系下的并网逆变器数学模型;以输出有功和无功功率平稳或输出电流三相平衡且波形正弦为控制目标,在传统直接功率控制基础上引入矢量比例积分(vector proportional integrator,VPI)谐振控制器以抑制功率或者电流的波动;分析了VPI谐振调节器的参数设计规律及不同控制目标下所提策略的控制性能。实验结果验证了所提策略的有效性。