基于周期组合序列调制的三电平双有源桥均压策略

应用在双极性直流微电网(BDC-MGs)的三电平双有源桥(TL-DAB)变换器,在匹配多类型不平衡负载运行时,输出侧正负母线电压的不平衡将影响系统稳定运行。该文首先分析不平衡负载工况时TL-DAB变换器输出侧上、下端口分电容电压的不均衡原因,并提出一种基于功率传输与电压均衡的周期组合序列调制策略。该均压策略无需附加额外电路和储能器件,仅通过改变功率传输的周期数及单周期内端口电平脉宽占比,便可实现输出侧上下端口传输功率的差额分配以达到分电容电压的均衡。仿真和实验结果表明,在上下分电容负载极不平衡工况下,相对于传统对称调制策略,该文所提均压策略可以将电压不均衡度从12%降低至1%以下。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器

双极性结构低压直流配电系统具有负荷灵活接入、运行可靠性高等优势。为了最大限度地减少功率变换级数并提升双极母线电压平衡能力,提出了一种适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器。首先,介绍了自平衡隔离型DC-DC变换器的拓扑结构与调制策略,并分析了不平衡负载情况下正负极性直流电压自平衡机理及其换流过程;然后,结合零电压开关工作原理与输出电流纹波要求,对平衡电感参数进行优化设计,并推导了不平衡负载直流偏置引起的中性点电位偏移量;最后,搭建了一套实验样机验证了所提变换器在两直流极不平衡负载下甚至其中一直流极空载下可平衡双极母线电压。

Mutual Interactions and Stability Analysis of Bipolar DC Microgrids

This paper presents an Multi-Input Multi-Output(MIMO)analysis to investigate the mutual interactions and small-signal stability of bipolar-type dc microgrids.Since bipolar dc microgrid is replete with power-electronic converters,its dynamics can not be understood unless the interactions among control systems of converters are properly investigated.To tackle the challenge,each converter in microgrid is modeled via an MIMO transfer matrix.Then,the MIMO models are combined together based on the interactions among the control systems of source and load converters.From this integrative MIMO model,the mutual interactions between various input-output pairs are quantified using Gershgorin Band theorem.Also,Singular Value Decomposition(SVD)analysis is carried out to estimate the frequency of unstable poles.Test results not only successfully validate the effectiveness of the MIMO method but also show that the control system of voltage balancer has a major impact on the overall stability of bipolar dc microgrid,making it a suitable location for applying damping systems.

低压双极性直流微网故障自恢复的模糊控制方法

为了提高低压双极性直流微网故障检测和诊断能力,研究了低压双极性直流微网故障自恢复控制方法。首先提取低压双极性直流微网故障特征,分析低压双极性直流微网的输出稳定性特征,估计直流微网故障自恢复参数。再对低压双极性直流微网故障控制参数优化求解,根据参数求解结果,进行故障自恢复控制的状态寻优。通过直流多馈入误差补偿方法进行低压双极性直流微网故障自恢复的模糊控制,在此基础上进行参数辨识及收敛性控制,以此提高直流微网故障自恢复控制的自适应性和参数估计能力。仿真结果表明,采用该方法进行直流微网故障自恢复控制的输出稳定性较好,计算模糊度较低,故障检测精度较高,最高达到99%,提高了直流微网故障自恢复能力和故障检测能力。

双极性直流微电网中多电压平衡器协调控制

针对应用电压平衡器来解决双极性直流微电网正、负极对中线电压的平衡控制问题,提出一种基于下垂控制和干扰观测器相结合的多电压平衡器并联运行与协调控制方法。应用干扰观测器,能在不需要增加额外电流传感器的情况下,利用本地测量信息即可实现对电压平衡器输出电流的快速跟踪;采用基于干扰观测器输出结果的外环直流电压下垂控制和内环输出电流前馈控制,不仅能实现在无互联通信情况下的多电压平衡器并联运行和即插即用,还能有效提高直流电压平衡控制系统的动态响应,抑制双极性直流微电网内负荷突变、间隙性分布式电源出力波动等暂态对直流母线正、负极对中线电压的冲击。最后,在包含直流模拟电源、两台电压平衡器以及相应阻性负荷、恒功率负载等构成的双极性直流微电网实验平台中验证了所提方法的有效性。

双极性直流微网多交错并联电压平衡器协调控制

为了实现双极性直流微网低纹波稳定运行,对多台交错并联型电压平衡器并联运行系统进行研究。交错并联的变流器需要进行相间均流控制,通过理论推导得出电感电流偏差与输入侧电容电压的关系,继而提出一种间接电感均流控制方法,以此进行占空比的二次调节。在对单台电压平衡器分析的基础上,将基于二次调节的改进下垂控制应用于多台交错并联型电压平衡器并联协调控制中,实现了多台变流器间负载电流合理分配。最后在Simulink中验证了所提控制方法的正确性。

基于ESO的电压平衡器模型预测控制方法

为改善双极性直流微电网的电能质量,提出了一种基于扩展状态观测器的模型预测控制方法,用于电压平衡器中点电压平衡控制及输出电流的改善。首先建立平衡器的数学模型,并根据其传递函数中的负载扰动项,设计基于扩展状态观测器的模型预测控制,最终实现输出电流的跟踪控制。在负载切换情况下,与传统基于闭环结构的模型预测控制相比,该方法提高了系统的响应速度,抑制了电压平衡控制的超调量;与基于输出采样的模型预测控制相比,该方法不需要增加传感器,在有效抑制输出电流波动的同时,降低了系统成本。最后,通过搭建仿真与实验平台,进行仿真分析与实验验证,结果表明:所提方法显著提高了电压平衡器对双极性直流母线的调节性能。

基于分布式协同的双极直流微电网不平衡电压控制策略

双极直流微电网正、负极直流负荷的变化会导致直流母线电压偏离额定值,使正、负极电压出现不平衡,由此产生的不平衡电流还会增加网络损耗。为协调不同分布式电源参与直流微电网的不平衡电压控制,控制电压不平衡度在合理范围内或某一限定值,保证系统的稳定运行,该文以电压下垂控制作为一次控制,再基于一致性理论和电压不平衡度与正、负极电压之间的函数关系,建立不平衡电压观测器和不平衡度控制器,设计集成母线平均电压和不平衡度的一致性控制的二次控制,以形成双极直流微电网的不平衡电压分布式协同控制,实现极间电压不平衡度趋于一致和母线平均电压维持在额定值。该文分析了该控制策略下双极直流微电网的稳定性,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,并搭建实验平台,验证了该文控制策略的有效性。

双极性直流微网的分层控制策略

分析了双极性直流微网的结构和优点,针对其结构和功率分配中下垂控制的问题,提出了一种由本地控制和二次调节组成的分层控制策略。本地控制包含中点电位控制和下垂控制,解决微网的中点电位不平衡问题和实现对微网中负载功率的初步分配;二次调节采用分布式补偿控制,消除线路阻抗的影响,实现负载功率的精确分配。对该分层控制策略进行了理论研究,并分析了系统的中点电位调节能力。在半实物平台上进行了相关实验验证,结果证明了该控制方法的有效性。

风储直流微网孤岛运行控制研究

针对偏远地区电力资源缺乏且风能充足的特点,设计了一种孤岛运行的小型风储直流微网系统。该系统采用双极性直流母线结构,降低了母线对地电压,同时满足各种变换器和负荷对不同电压等级的要求,使系统更加安全可靠。利用电压平衡器保证了正负母线电压平衡,并分别设计了风力发电单元和混合储能单元(hybrid energy storage system,HESS)在不同工况下的最优工作方式。将该小型风储直流微网系统运行分为五种模式,通过对风机、混合储能以及负荷进行协调控制,确保直流母线电压的稳定和负荷的可靠供电。最后通过仿真验证了系统运行的稳定性和控制策略的可行性。

一种适用于双极性直流微网的光伏接口变换器

双极直流微电网具有高可靠性和高效率特点,得到了广泛研究。然而,传统的双极性直流微电网需要多个直流变换器组合实现电能传输,存在体积大、质量大、成本高等缺点。提出一种新型的双输出光伏接口直流变换器,其电路拓扑简单,对称双极性输出电压可提供V_(dc)、+0.5 V_(dc)和-0.5 V_(dc)不同等级电压。理论分析和实验结果表明,所提出的变换器能够满足双极性直流微网中光伏接口变换器的要求。