PWM AC／DC功率双向变流器建模方法的研究(一)

基于脉宽调制(PWM)的AC/DC功率双向变流器作为主要功率变换电路,在许多实际应用的电力电子系统中得到广泛应用,如统一电能质量调节器中的有源电力滤波器系统、交-直-交变频调速系统中的整流或逆变部分、电源系统的逆变器、再生能源并网发电系统中的逆变器以及灵活交流输电系统中的统一潮流控制器等等。在各种应用系统中,人们建立其数学模型进行系统分析和控制设计以满足系统目标。PWM 整流器数学模型的研究是PWM整流器及其控制技术研究的基础,本文研究介绍了目前较为流行的四种建模方法,并分别分析其特点及应用。

交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略

交直流混合微电网中的AC/DC双向变流器,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。为了使直流微电网部分作为一个电压功率可控的单元接入交流母线,提出了一种新的AC/DC双向变流器控制策略,用于平衡交直流微电网间的功率流动并提高系统联网和孤岛运行的稳定性及可控性。在联网模式时,新方法基于dq坐标系,通过直流侧电压外环给定内环直轴电流参考值,进而控制功率流动和联网运行。孤岛模式时,新方法以交直流母线的电压差值作为外环,控制功率在交直流母线间的流动,使其互为支撑,提高系统稳定性。与传统的并网控制不同,新方法在电压控制的基础上引入有功功率控制项,很好地解决了并网时功率流动的问题。通过对双向变流器及其控制策略的分析研究,给出新方法的状态方程及控制框图。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。

PWM AC／DC功率双向变流器建模方法的研究(二)

2．3 PWM AC／DC变流器离散时间、线性时变模型 该模型是建立在dq同步坐标系或α β静止垂直坐标系下的离散时间，线性时变模型，它实际上是把PWM AC／DC变流器描述为分段线性时变模型，将开关变化的时变函数列入到状态变量线性方程的系数部分。

无锁相环三相DC/AC变流器直接功率预测控制

以三相DC/AC变流器为研究对象,给出了一种无锁相环直接功率预测控制方法,能实现对并网功率的无差拍控制,并且为降低锁相环对控制性能的影响,实现无锁相环控制。根据采样控制导致的两拍延时,采样控制频率为载波频率两倍,精确计算得到下一拍的变流器状态量,然后针对给定功率参考值根据公式直接计算得到三相变流电路的输出。推导得到控制系统设定的频率与电网频率的偏差对所提出控制方法的性能没有影响,论证了无锁相环的可行性。最后构建了三相并网变流器Simulink仿真模型和实验样机,利用Simulink中的Embedded Coder模块实现控制系统仿真模型到DSP硬件控制系统C语言程序的转换,通过仿真和实验验证了控制方法的有效性。

蓄电池充放电装置中双向AC／DC变流器的研究

研制了一种集充电、放电功能于一体的蓄电池充放电装置。该装置采用双向功率流控制技术,实现了蓄电池的充放电控制。网侧电流正弦化和单位功率因数的实现大大减少了对电网的污染,而直流电能的并网发电,使得装置具有很好的节能效果。

三相AC/DC双向变流器的控制研究

三相AC/DC双向变流器由于能够实现能量的双向传输,在电机控制、汽车电子、新能源发电等领域有非常广泛的应用。为提高三相逆变器的可靠性和降低其成本,文中提出全数字软件锁相环和传统PI控制以及改进后的PI控制策略。通过对采样三相电网电压的矢量控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。此控制策略为三相并网逆变器提供一种高效的解决方案,最后通过实验验证了该方案的正确性与可行性。

新颖的双向功率流高频环节DC/AC逆变器

提出了一类新颖的双向功率流高频环节DC/AC逆变器电路拓扑 ,对这类电路拓扑及其控制原理作了详细分析 。

三相电流型AC／DC变流器的最优控制

分析了电流型AC/DC变流器交流侧产生暂态振荡的原因,提出了电流型AC/DC变流器的线性二次型(LQ)最优控制策略,并给出了实验验证。结果表明,将LQ控制应用到电流型AC/DC变流器中,能够实现变流器网侧的单位功率因数和直流侧的恒流源特性。

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。

孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略

在孤立交直流混合微电网中,对双向AC/DC换流器进行合理控制可以有效实现微网功率的协调分配并提高系统的抗外界干扰能力。将孤立混合微电网中的交流微网和直流微网等效为整合电源,分别给出双向AC/DC换流器交流侧和直流侧的有功功率下垂控制方程,进而提出基于全网功率成比例分配原则的双向AC/DC换流器外环功率控制策略,实现孤立混合微电网的功率平衡和自主分配;同时针对常规比例-积分(proportionalintegral,PI)内环控制无法获得理想的电压动态响应的问题,在对双向AC/DC换流器进行电压波动分析的基础上,提出一种抑制电压波动的双向AC/DC换流器改进内环控制策略,实现换流器电压对参考信号的无静差跟踪,提高下垂控制微电网系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。

一种数字化交、直流双向变流器的设计

文中提出一个新颖实用的交、直流变换器拓扑结构,论述数字式交、直流双向变流器的工作原理,功率变换电路控制策略以及功率变换回路如何选择主要器件及其参数,并通过小批量产品来验证变换器运行的正确性。

用于超级电容器储能系统变流器的控制策略设计

超级电容器储能系统具有快速的功率响应能力,是改善以风电、光伏为代表的分布式电源出力品质的有效手段。采用双向DC/DC变换器和DC/AC电压源型变流器作为功率调整装置,实现对超级电容器储能系统功率吞吐和直流侧电压的控制。首先对超级电容器储能系统处于不同工作模式时的能量分布进行分析,在此基础上建立系统的数学模型。以稳定直流侧电压为目标,基于单端稳压双向功率流的控制方法设计了双向DC/DC变流器的控制器;采用双闭环解耦控制方法对DC/AC变流器有功/无功功率解耦控制。基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真系统,结果表明超级电容器储能系统能够实现对指定充放电功率准确快速的响应,直流侧电压工作稳定,工作效率高。

高功率因数锂电池化成能量回馈系统

电池化成作为电池生产过程中的关键工序关系到电池的特性和质量,并直接影响电池的生产成本。设计了一套带能量回馈功能的高功率因数锂电池化成系统,包含监控、AC/DC双向变流器和DC/DC双向变换器。AC/DC双向变流器可实现能量的双向传递和交流侧高功率因数,双向DC/DC变换器用于实现锂电池的充、放电。对AC/DC双向变流器和双向DC/DC变换器的工作原理进行了分析,并通过实验对实验样机进行功能验证。

基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据

交直流混合微电网系统中,大量电动机负载和变换器负载由受闭环控制的电力电子设备连接交流母线,具有负阻抗特性,可视为交流恒功率负载。这些负载在大扰动情况下类似正反馈,会增强扰动信号,降低系统稳定性,严重时甚至导致整个微电网系统无法正常工作。另一方面,储能单元是系统的惯性环节,合理控制可增强系统稳定性。为了保障并网运行的交直流混合微电网系统大信号稳定性,文中应用混合势函数方法提出储能单元互联变流器稳定控制策略,补偿交流恒功率负载的动态性能。首先,根据abc-dq坐标变换,分别得到交直流混合微电网系统在储能单元充放电状态的简化模型;接着,分别建立系统的混合势函数模型;最后应用第3稳定性定理,分别推导得到储能单元不同工作模式下的大信号稳定性判据。判据给出了滤波参数、交流恒功率负载功率、储能单元充放电功率、储能单元AC/DC变流器电流内环比例环节系数、电压外环比例环节系数的稳定限制条件。实验结果验证了所提大信号稳定性判据的正确性。

光储联合发电系统控制策略

受光照、温度等自然条件影响,光伏电源输出有功功率具有较大的波动性。因此,本身既非恒压源又非恒流源的光伏电源并网运行时会产生一系列问题,如对电网冲击性大、需增加旋转备用容量、难以参与电网调度等。利用电池储能系统来控制有功功率输出,可以使平滑光伏电源功率波动成为可能。研究了光储联合发电系统的运行模式,提出了适用于光储联合发电系统的拓扑结构和控制策略,并对储能用功率转换系统(PCS)进行了分析和设计,最后基于某光伏电站的实际历史运行数据,对所提出的方案进行仿真研究,仿真结果验证了光储联合发电系统控制策略的有效性和可行性,为光储联合运行示范工程提供了一定的理论依据和有力借鉴。

直流微电网并网运行协调控制策略研究

为实现直流微电网简洁、高效、灵活的控制,提出了并网运行模式下的直流微电网协调控制策略。通过合理设置各变换器的分段电压阈值,控制分布式发电单元、储能单元以及并网变换器的优先级,使其运行在最大功率状态或下垂控制状态。对于同一个电压等级下的多个变换器通过下垂控制实现功率分配和电压控制。双向AC/DC并网变换器采用双闭环的PWM矢量解耦控制实现与大电网间的功率动态平衡。仿真结果证明了该策略的可行性和有效性。

张北阿里云数据中心柔性直流输配电系统

阿里数据港张北数据中心是阿里巴巴集团在张北地区云计算基础设施的一个重要基地。数据港所在园区内的用电设备主要包含数据处理服务器、电动汽车和其他用电设备,呈现高耗能和交直流负荷并存的特点。同时,张北地区新能源种类丰富、能源充足,需要探索新型输配电结构,以实现100%清洁能源利用和对数据中心的高效稳定供电。以张北数据中心柔性直流输配电示范工程为例,阐述了基于柔性变电站的直流输配电系统。该系统以柔性变电站为核心建立了交直流混合配电网,实现了新能源以直流电能形式就地消纳与多端口之间不同形式、不同等级的电压高效变换以及交直流负荷的可靠供电。此外,介绍了张北阿里云数据中心柔性直流输配电系统的构成、柔性变电站的组成和基本原理,分析了用于交流负荷供电以及辅助柔性变电站起动的双向DC/AC变流器在系统中的作用及原理,为建设柔性直流输配电系统工程提供参考。

微电网电压稳定控制策略研究

针对微电网中的分布式电源自身的不稳定性将导致微电网电压不稳定的问题,给出了一种交直流混联结构微电网的典型系统,建立了双向AC/DC变流器(整流模式和逆变模式)、分布式电源逆变器及其控制系统的数学模型,提出了一种新型的双向AC/DC变流器控制方法,根据微电网的电压与功率关系,设计了一种基于电压外环、电流内环和功率环等的反馈控制器,并给出了相应的下垂控制策略。通过理论分析分布式电源的功率、电压特性及其对微电网电压稳定性的影响,提出了能够有效抑制分布式电源功率波动、提高微电网电压质量的控制策略。研究结果表明,该双向AC/DC变流器能稳定地控制微电网电压,具有很好的稳态性。

孤岛模式下混合微电网改进下垂控制

混合微电网传统下垂控制基于各线路等效阻抗为感性,对于低压配电侧,线路阻抗呈阻性或阻感性,使得传统的下垂控制不再适用。文中建立了混合AC/DC微电网的电压和频率控制的改进方法。在孤岛模式下,针对交流和直流微电网之间的互联变流器(IC)提出了改进的下垂功率控制策略。通过建立数学关系确定通过IC的有功功率传输量,所建立的方法适用于交流电源和负载相互连接的不同线路阻抗,且仅需测量IC终端的电压和频率便可生成所需的控制命令;还可以控制IC的无功功率传输。仿真结果验证了所提出策略的有效性。