应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

抑制采样白噪声干扰的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制(DBC)是一种应用于整流器电流内环的预测控制,但该算法对系统参数敏感,当采样受到持续噪声干扰时波形畸变严重。为此,此处提出了一种基于DBC的白噪声抑制算法,实验结果表明,该算法在较大电感参数偏差下能保持稳定,在白噪声干扰下能够显著降低电流畸变率。

车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法

研究车载用燃料电池直流变换器全状态双环控制方法,以获得更稳定的输出电压,满足车载电源需求。分析燃料电池输出特性,揭示燃料电池输出电压、电流关系,将其作为依据并结合汽车动力系统结构,设计二次型Boost变换器,在分析其主电路结构以及工作原理的前提下,提出基于输入电压前馈的全状态双环控制策略,电流内环控制通过比较实际输出电流和期望输出电流的差值调节开关操作,以完成负载变化时燃料电池输出电流控制;电压外环控制器根据输出电压和期望电压值之间的差异调整开关状态,实现对燃料电池输出电压控制。实验结果表明:该方法可实现直流变换器控制,控制后的输出电压波形稳定、电压纹波较小、超调量低、控制效率高。

电网不对称故障下VSC-HVDC控制策略研究

针对电压源型换流器的直流输电系统(VSC-HVDC)交流侧发生单相接地故障这一现象,通过d-q坐标变换推导了VSC-HVDC暂态正负序数学模型。针对电网正序分量在负序同步旋转坐标系(SRF)中表现为二倍频分量,与负序分量在正序SRF中表现为二倍频分量这一情况,提出基于积分方法,通过线性组合来进行消除。控制策略为外环采用抑制负序电流控制策略和抑制直流电压波动控制策略,内环则是基于反步法的双序SRF的双电流内环控制策略。这样不仅可以对正负序分量进行独立控制,而且可以对不对称故障产生的影响进行二次消除。在Matlab/Simulink环境下,对VSC-HVDC系统受端发生单相接地故障进行实验,结果表明所提控制策略的有效性。

非理想条件下基于MMC的电力电子变压器的无源滑模控制策略

基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的电力电子变压器(powerelectronictransformers,PET)在输配电过程中发生扰动时,采用传统的PI控制、无源控制等已经难以保证系统的可靠性以及良好的动态响应能力。为了改善非理想条件下系统的可靠性和动态响应,提出基于MMC-PET的无源滑模控制(passivity-basedcontrol–sliding-modecontrol,PBC-SMC)策略。首先,将基于MMC的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型的无源控制器应用到内环电流控制,再引入滑模控制(sliding-mode control,SMC),可有效解决无源控制过于依赖系统参数的问题,使得控制系统具有更强的抗干扰能力和更快的响应速度;然后,通过移相均压控制来稳定中间隔离级的输出直流电压,并设计输出级逆变器的无源控制器;最后,搭建MMC-PET仿真系统进行实验验证,结果表明在非理想条件下MMC-PET采用PBC-SMC控制方法的有效性和优越性。

LCL型光伏并网逆变器电流内环控制方法

针对LCL型光伏并网逆变器存在的谐振问题,建立了电流内环的控制模型,并分析了其开环传递函数。由分析可知,采用逆变器输出电流反馈进行电流内环控制时,控制器中包含一个固有阻尼项,该阻尼项有利于提高控制系统的阻尼、抑制LCL滤波器的谐振。在此基础上,提出了一种基于逆变器输出电流反馈的准比例谐振(proportional resonant,PR)电流内环控制策略。该控制策略没有引入额外的无源阻尼和有源阻尼,仅使用逆变器输出电流反馈进行控制,便可有效抑制LCL滤波器的谐振问题,提高控制系统的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

基于多端柔性直流输电的风电并网控制研究

对于大规模的海上风电并网,两端柔性直流输电网并网已无法满足要求,并且交流并网也存在着频率、电压失稳和远距离输电经济性差的问题。使用多端柔性直流输电是未来海上风电并网的发展方向。对于风电场和无源网络而言,有功功率有时是没有的,所以采用多端柔直并网时,与风电场以及无源网络相连的换流站便无法继续采用过去的定有功功率控制。该文抛弃利用有功功率控制的方式,将风电场当作一个无源网络,将电压参考值取为定值。并利用此方法设计了四端柔性直流环网模型,其中加入了两个风电场和一个无源网络,以证明多端柔直系统可以连接不同地域风电场和没有电厂的偏远区域。并且在PSCAD/EMTDC上,将多端柔直并网模型进行了仿真模拟。结果表明,利用此控制方法的四端柔性直流可以稳定运行,故障时扰动较小。

一种基于内模控制的三相电压型PWM整流器控制方法

三相电压型PWM整流器可以减小用电设备对电网的谐波污染并具有比较高的功率因数,因而应用越来越广泛。PWM整流器一般采用双闭环控制,电流内环使用电压前馈解耦型比例积分调节控制。但该方法对整流器准数学模型和参数准确性依赖较强,同时调节器参数繁多导致调试困难。本文将内模控制应用到PWM整流器电流内环控制中,用内模控制器代替传统PI调节器,不需要整流器准确的模型和参数,并能减少系统调节参数,避免重复试验。仿真和实验结果表明,该整流器系统能够保证很高的功率因数和输入电流较好的正弦度,能适应负载和直流母线电压的扰动,电流内环具有很好的跟随和动态性能。

采用电容电流内环的逆变器双闭环控制研究

分析了单相全桥逆变器的模型,采用电压外环电容电流内环的双闭环控制方法,以提高逆变器的动静态性能。针对双闭环控制系统控制环节参数设计中可能出现的多次相交现象,从理论分析了发生多次相交的条件,并运用Matlab/Simulink对理论分析结论进行了验证。验证结果表明,适当选择控制环节的参数,双闭环控制逆变器具有较高的稳态精度和较快的动态响应。

一种实现内环电流跟踪的改进无差拍控制方法

首先介绍了变流器在??坐标系的离散化数学模型,在此基础上,电流内环采用无差拍控制(deadbeat control,DBC)方法跟踪电流。在实际系统中,由于电感偏差的存在,将影响系统的稳定性;同时,电流采样误差不可避免,将影响电流的控制精度。利用DBC模型在z域的传递函数,分析了系统的稳定性及动态性能。提出了一种改进DBC方法,既能提高系统对电感偏差程度适应性和系统的稳定裕度,又能较好地抑制电流采样误差以提高系统的干扰抑制能力。最后,搭建了三相变流器的实验平台,完成相关实验,验证了所提出控制方法的有效性。

三相VSR及其控制策略仿真研究

PWM整流器由全控型器件构成,能够使输入电流正弦化,使功率因数接近于1,并且还可实现能量双向流通,其中电压型PWM整流器(简称VSR)结构简单、损耗低、控制方便,成为PWM整流器研究的重点。分析了PWM整流器的控制策略,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件设计了电压型PWM整流器,实现了交流侧接近单位功率因数和直流侧的电压稳定。

一种光伏独立逆变器非线性控制方法

三相多功能光伏逆变器的独立逆变功能一般采用基于d-q坐标变换的双闭环控制策略。在没有负载电流前馈的条件下,独立光伏逆变器抗负载扰动能力差,超调严重。针对这一问题提出一种非线性控制方法,根据电压的偏差通过逻辑切换改变电感电流内环反馈大小,该方法相当于改变了系统的等效阻尼,从而改善系统的动态性能。利用PSIM和MATLAB进行联合仿真并根据仿真分析结果设计100 k W三相光伏独立逆变器,仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。

Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究

针对Z源逆变器母线电压有效值二倍频于输出正弦波的脉动分量现象进行了讨论,详细分析了该现象的成因、危害及影响因素,并提出了抑制方法,同时利用仿真模型对Z源逆变器母线电压有效值二倍频脉动分量的各影响因素进行对比测试,得到的仿真结果验证了分析的准确性。在分析的基础上,提出电流内环中加入重复控制策略的方式来抑制母线电压二次谐波对于输出电压的影响,仿真和实验结果都验证了控制策略的有效性。

基于PI控制的交流电子负载内环电流控制的改进

针对交流电子负载内环电流PI控制存在抗干扰能力差的缺点,在分析交流电子负载的主电路结构及其控制方法的基础上,提出将扰动电压前馈的复合控制方法,在保持内环电流PI控制器跟踪速度的前提下,提高了系统的抗干扰能力,并通过对交流电子负载的建模,按照典型型系统整定方法,确定了PI控制器中参数的大小,仿真表明,该方法能够很好的抑制电压侧带来的扰动,实现交流电子负载负载模拟的功能。

基于改进重复控制和双闭环PI控制的逆变器研究

针对逆变器由于输入直流电压波动、桥臂控制死区和带非线性负载引起输出电压波形畸变,供电品质下降等问题,建立了PWM逆变器的数学模型,提出了一种基于改进重复控制和双闭环PI控制相结合的逆变器新型控制方案,采用改进重复控制方法提高逆变器的稳态精度,利用双闭环PI控制方法改善逆变器的动态特性。该方案在一套基于STM32F103VB控制系统的UPS电源装置逆变单元进行了相关实验,实验结果表明,设计的逆变器稳态精度高,动态响应快。

微网逆变器的改进鲁棒下垂多环控制

对于孤岛模式下的逆变器,其等效输出阻抗和连线阻抗差异对功率分配和环流抑制的影响较大。鲁棒下垂控制虽然可以减小阻抗差异对功率精确分配的影响,但在逆变器投入并联运行过程,存在冲击电流大、过渡时间长的不足,影响鲁棒下垂控制的实用化。为此,以阻性线路阻抗为例,提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压、电流双环构成。电压、电流双环设计中,采用考虑负载影响的控制器参数设计方法,抑制负载变化对电容电流内环跟踪性能的不利影响。功率外环通过引入阻性虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性,提出一种改进的鲁棒下垂控制方法,与常规鲁棒下垂控制相比,可以改善逆变器的并机过程,减小并机冲击电流,加快并机过渡过程,实现平滑快速并机过渡。仿真与实验结果表明了所提理论的正确性和有效性。

基于改进卡尔曼滤波器的LCL逆变器电流控制

在对现有逆变器电流环控制策略进行总结基础上,提出在正交坐标系中将卡尔曼滤波器内核嵌入逆变器电流环PI控制器内,从而构成无静差的正弦信号控制器。并对卡尔曼滤波器内核进行改进,将逆变器跟踪误差信号以前馈形式引入到预报误差方差阵中,以提高电流控制器的响应速度。LCL逆变器仿真实验结果验证了所提电流控制方法,具有良好的响应速度和跟踪精度。

一种两级DCDC升压变换均流控制方法

大功率电源多采用模块化设计。隔离的低压直流升高压方案一般采用两级升压来实现,但模块之间均流难度大,动态响应慢。针对这个问题,提出一种前级LCL推挽变换器,后级使用BOOST两级升压变换器。后级BOOST采用单一的MCU集中控制,电压外环,电流内环各自单独闭环,多模块均摊电流给定的双环控制的策略。通过仿真与试验验证了所提方法的有效性和工程实用性。

超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究

城市轨道交通站间距较短、运行密度大,列车需要频繁的启动和制动,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效。针对这一问题,提出将双向DC-DC变换器应用于超级电容储能系统中,并设计了电压外环、电流内环的双PI控制策略。利用Matlab/Simulink搭建了双向DC-DC变换器和超级电容储能系统的仿真模型,分析了双向DC-DC变换器在Buck模式、Boost模式下的运行情况以及电压外环、电流内环的双PI控制策略的控制效果。仿真结果验证了双向DC-DC变换器能够实现能量的双向传输和控制策略的有效性。

带观测器的单相逆变器数字双环控制器设计及分析

为了获得具有带宽高、动态响应快、输出电压谐波少、适应非线性负载强等特点的高性能单相逆变器,设计了带观测器的单相逆变器数字电压外环电流内环控制器,通过MATLAB仿真,结果表明该控制系统具有良好的稳态和动态特性,且在带非线性负载时总谐波失真非常小,从而得出基于观测器的数字电压外环电流内环控制器可以设计出高性能的单相逆变器。