基于有源阻尼系数优化的逆变器电压前馈控制策略

采用LCL型逆变器的并网系统是新能源并网的主要方式,然而数字控制的延迟和并网电压扰动影响LCL型并网系统的稳定性。为解决上述影响因素,提出了考虑数字延时的并网电压前馈控制策略,降低了并网电流的谐波畸变率和电压带来的影响;分析了有源阻尼系数对谐振尖峰的影响,提出了增强粒子群有源阻尼系数优化方法,提升了并网系统的电能质量和抗扰能力,最后通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网稳定性分析及其阻抗控制优化方法

为抑制上千赫兹的高频振荡,柔性直流工程中常在基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)控制环路中加入基于低通滤波器的电压前馈控制,然而,电压前馈控制对MMC-HVDC并网站阻抗特性影响较大,在某些工况下,加入电压前馈控制对系统稳定性会有恶化作用,因此,有必要深入研究考虑电压前馈的MMC-HVDC并网稳定性及其阻抗优化控制方法。文中采用多谐波线性化方法,建立考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网站序阻抗模型,采用阻抗灵敏度分析方法,解析MMC-HVDC并网站不同控制环路对系统稳定性的影响作用能力,系统分析考虑电压前馈控制对准确分析并网系统稳定性问题的必要性及其用以提升系统稳定性的有效性,在此基础上,提出一种基于电压前馈控制的MMC-HVDC并网站阻抗控制优化方法,实现了并网系统稳定性的有效提升。在Matlab/Simulink中搭建考虑电压前馈控制的MMC-HVDC并网站仿真模型,对其序阻抗模型、并网稳定性分析及阻抗优化与重塑方法进行验证。

一种带有直流分量抑制的电网电压前馈控制策略

针对三相非隔离并网逆变器存在的并网电流含有直流分量问题,该文提出一种将虚拟电容法与平均电流法相结合的直流分量抑制方法。该方法结合所设计的PIR控制器,可使虚拟电容法适用于电网电压前馈控制策略,且避免了dq坐标系下复杂的解耦过程。通过仿真实验,证明了该方法可有效地抑制并网电流所含的直流分量,使并网电流满足相关规定。

电压前馈控制升压变换器输入输出阻抗分析

在电力系统变换器优化设计的研究中,针对直流分布式系统中变换器稳定性问题,提出了一种基于输入输出阻抗分析稳定性的方法。以常见的基本Boost DC/DC变换器为例,采用电压前馈控制,对变换器的输入输出阻抗进行建模。在连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)下分析了小信号模型Boost DC/DC变换器输入输出阻抗的特性,研究影响阻抗变化的因素。在上述基础上,根据阻抗比稳定性判据,为直流分布式系统变换器级联设计及稳定性分析提供参考依据。

基于阻抗识别的单相并网逆变器自适应电压前馈控制

在传统大电网中,电网电压比例前馈因其可以有效地抑制电网电压谐波而广泛应用于LCL型并网逆变器中,但是在微电网中由于电网阻抗的影响,系统的相位裕度会随着网侧感性阻抗的增加大幅减小,严重时会导致逆变器系统不稳定。为了减小微电网阻抗对系统造成的影响,提高入网电能质量,提出一种改进前馈策略的阻抗识别自适应控制方法。该方法在传统电压比例前馈的基础上,首先对传统电网电压比例前馈进行改进,即在比例前馈通道上加入一个积分环节,在一定程度上提高了系统的相位裕度;之后采用谐波注入法测量网侧感抗,根据辨识结果自适应地调整控制器参数,进一步保证系统具有良好的相位裕度,提高了逆变器的鲁棒性;最后在Matlab/Simulink中进行仿真实验,并与传统电压比例前馈策略对比,仿真结果证实了该方案的可行性,可以提高逆变器的鲁棒性。

晶闸管移相触发的线性化研究及在电压前馈控制中的应用

用查表和线性插值计算相结合的软件方法给出了晶闸管移相触发调压器的输出电压与其导通角之间线性化途径。作为一个应用实例,在恒温水槽温度控制系统中加入电压前馈控制以抵消电网电压波动对控制质量的影响时,经线性化的晶闸管移相触发调压使电压前馈控制的作用更趋完善。

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机(VSG)并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台(RT-LAB)硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。

适用于三相输入不平衡的电压前馈控制策略

针对三相交流输入不平衡工况下的三相Buck整流器,提出一种电压前馈控制策略。在输入不平衡情况下,该控制策略既可以消除输入电流的奇次谐波,又可以消除输出电压纹波的偶次谐波。与目前常用的控制策略相比,无需提取正负序分量,因此不需要锁相环和复杂的计算。作为一种电压前馈控制,其控制效果与反馈系统的环路带宽无关,因此适用于较宽的输入电压频率范围且可以实现频率瞬变,解决了数字控制器处理速度不足对控制效果带来的不利影响,为实现高集成度、低成本的三相Buck整流电源模块提供了理论基础。搭建了一台1.5kW的三相Buck整流器原理样机对提出的控制策略进行了验证。

高效率升降压变换器的电压前馈策略及控制方法

为解决Buck-Boost变换器Boost工作模式下变换器的暂态响应恶化的问题,采用双调制-单载波双模式控制方法确保变换器的高效率并自动平滑切换工作模式。在宽输入电压场合,为消除输出电压受输入电压扰动带来的波动,通过小信号模型的建立得出变换器的输入电压前馈函数,提出带输入电压前馈的双模式控制方法,进而保证变换器宽输入电压范围下的高效率以及良好的暂态响应。制作一台实验样机,通过实验对比引入电压前馈控制策略和未引入电压前馈控制策略的双模式控制方法下的变换器实验波形,验证所提电压前馈控制策略及控制方法的有效性。

一种新型电压前馈PWM控制的研究

在传统电压单环反馈PWM控制DC/DC变换器电路中,当输入电压大范围波动时,存在输出电压幅值波动大,谐波分量大,动态响应较慢等缺点。为此,提出了一种能够适应输入电压大范围波动的新型双电压PWM控制策略,并给出了其在BOOST电路中的实际应用。仿真与实验结果表明该新控制策略精度高,动态性能好,控制效果明显。

弱电网下考虑数字控制延时的LCL并网逆变器改进WAC控制策略

传统加权平均电流(WAC)控制方法因控制延时产生反向谐振峰而失去环路降阶特性,导致系统在弱电网下具有极大的失稳风险。文中首先分析了控制延时与弱电网共同影响下,传统WAC失去降阶特性导致系统失稳的问题,不再从环路降阶的角度而是在等效阻抗模型的基础上对系统输出阻抗进行失稳分析;然后在电压比例前馈的基础上,从增强谐波抗扰能力及稳定性入手,提出基于多二阶滤波器的电压前馈控制策略,对系统输出阻抗进行重塑,进而提升等效输出阻抗在中低频段的相位裕度,增强系统对电网阻抗宽范围变化的适应性。仿真及实验结果表明,该策略对弱电网阻抗宽范围变化具有较强的适应性,能够输出优良品质的入网电流。

电压前馈功率解耦控制策略下的Buck型复合式整流器研究

针对井下LED照明设备对低压直流供电可靠性的要求,采用Buck型复合式H桥拓扑对AC-DC变换器的整流级进行了设计,使整流级既可以参与单位功率因数整流,又能够实现对纹波扰动的抑制。文章详细分析了Buck型复合式H桥整流器的工作原理、电路等效模型,推导了实际被控量的开关状态函数,提出了一种电压前馈解耦控制策略,在此基础上对解耦电路的关键参数进行设计。最后通过仿真验证了控制策略和解耦电路参数的正确性。

输入电压前馈型三环控制Buck变换器研究

为了提高Buck变换器的输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力,提出了输入电压前馈+平均电流反馈+输出电压反馈型三环控制方式。在基于峰值电流反馈型的V^2C三环Buck变换器基础上修正了拓扑结构:引入输入电压前馈环节,修正双电压反馈型为电压前馈+电压反馈型,改进峰值电流反馈型为平均电流反馈型,形成了新的三环控制方式的Buck变换器拓扑结构;通过分析工作原理和推导有源-无源开关对等效模型,构建了整体小信号模型,获得了传递函数;采用Pspice软件搭建模块与编程,将新型三环控制方式与峰值电流型V^2C三环控制方式进行时域、频域对比仿真分析验证,表明提出的三环控制方式其输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力均优于后者。

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

针对传统LCL并网逆变器对交流电流信号跟踪存在静差及抗干扰性较差的问题,提出一种基于准比例谐振和网压前馈的新型并网控制策略。该控制策略由逆变器侧电感电流反馈环、网侧电感电流外环和电网电压前馈环组成。其中网侧电感电流外环采用准比例谐振控制器,同时结合逆变器侧电感电流内环,在抑制LCL滤波器谐振峰的同时,提高了控制系统的精度;电网电压前馈控制的引入,一方面提高了系统的响应速度,另一方面保证了在电网发生畸变时并网逆变器较好的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略在无静差跟踪及抗电网电压扰动方面具有显著优势。

提高并网逆变器在弱电网下鲁棒稳定性的改进电压前馈方法

由于弱电网中电网阻抗的存在,采用电压前馈控制会对逆变器系统的稳定性产生不利影响。为保留电压前馈控制的优点,首先根据阻抗稳定性分析的方法,分析弱电网中电网阻抗变化时采用电压前馈控制出现的问题,并指出失稳原因和不稳定区域。其次,提出相位超前补偿的方法,增大逆变器输出阻抗的相角,减小由电压前馈控制引起的不稳定区域,保证当电网阻抗变化时,该系统仍具有较强的鲁棒性。最后在Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证该方法的有效性和可行性。

提高弱电网下LCL型并网逆变器稳定性的改进电网电压前馈策略

并网逆变器常采用电网电压前馈策略来提高系统输出对电网电压扰动的抑制能力和装置起动性能,但在弱电网下,电网电压直接比例前馈会削弱并网逆变器的稳定裕度。基于对弱电网下无前馈和直接比例前馈控制的开环频率特性的对比分析,提出一种在前馈通道中加入滞后选频环节的改进前馈方案,改进后的系统稳定裕度得到明显改善。最后,搭建了一套采用氮化镓(Ga N)器件的LCL型并网逆变器的试验样机,试验结果表明采用改进前馈策略的并网逆变器对弱电网的适应性更强。

增强变流器对电网阻抗适应性的陷波前馈控制

由于电网电压前馈可减小启动电流对并网变流器的冲击,因此被广泛应用在并网变流器控制中。然而,在弱电网条件下电网电压前馈会导致系统稳定性下降,甚至出现不稳定。首先建立了弱电网条件下并网变流器的数学模型,并基于根轨迹和最小增益定理对弱电网条件下采用传统电网电压完全前馈时系统的鲁棒稳定性进行了分析。针对采用传统完全电网电压前馈时系统鲁棒稳定性较低的问题,提出了基于陷波器的改进前馈控制策略。通过引入陷波器对系统开环穿越频率附近的前馈电压进行幅值衰减,实现增益稳定,从而提高并网逆变器对电网阻抗的鲁棒稳定性。最后,搭建了并网变流器实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。

电网电压不对称对D-STATCOM的影响分析及抑制

分析了电网电压不对称对配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)电压输出性能的影响,指出电网电压不对称将导致D-STATCOM直流侧电容电压出现2倍频波动,使得交流输出电压出现负序和三次谐波,严重影响D-STATCOM输出性能,并且由此产生的负序和3次谐波电流将造成装置过流。针对此问题,提出一种改进开关函数调制法,抑制了3次谐波电流,改善了D-STATCOM的电压输出性能。提出一种负序电压前馈控制的不对称控制策略,抑制了D-STATCOM因负序电压分量造成的过流,保障了装置的安全可靠运行。仿真实验结果表明,本文提出的方法是行之有效的。

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。

电压不平衡下三相4开关有源电力滤波器电流参考值

三相4开关并联型的有源电力滤波器(APF)拓扑简单,开关损耗小、经济效益高,但控制性能易受到电压不平衡的影响,特别是直流母线中点电压不平衡和电网电压不平衡。为抑制该影响,对第1种不平衡情况,通过三相4开关并联型APF建模,推导出直流母线中点电压不平衡对三相4开关逆变器输出特性影响机理,它的存在将影响三相输出对称性,为此提出了一种电容电压差值前馈控制方法,可有效抑制直流母线中点电压不平衡带来的影响;针对电网电压跌落引起的不平衡和短时故障等现象,从APF补偿目标出发,在矢量分析的基础上,提出了一种基于线电压合成的电流参考值生成策略,具有使用传感器少、适合多种不平衡情况的优点。仿真和实验验证了方法的可行性。