基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

虚拟磁链定向下构网型变流器滑模控制

新能源在现代电力系统中的逐步渗透正造成愈发严重的稳定问题。构网变流控制因其在改善系统安全方面的独特优势,正成为新能源大规模并网的主流控制方法。因此,本文提出了一种用于构网型变流器的基于虚拟磁链定向的滑模控制策略,使变流器具备虚拟同步机特性以支撑新能源安全并网与同步运行。首先,定义了构网变流器虚拟磁链的概念,其为电压源变流器端电压对时间的积分,并通过一个磁链控制器,将虚拟磁链矢量定向为虚拟同步机摇摆方程的参考轴系,进而实现变流器并网同步。此外,针对虚拟磁链提出了一种滑模控制器,进而实现对电压源型变流器有功/无功功率和电压的控制。为防止电网故障下变流器过电流的发生,本文又提出了一种故障电流抑制方法以提高系统的低电压穿越能力。最终,通过RTDS半实物仿真验证了本文所提控制方法的有效性。

单相CHBR改进型无网压传感器直接功率控制

以降低单相级联H桥整流器(CHBR)系统硬件成本、改善控制系统性能为目的,提出一种改进型无网压传感器直接功率控制方法。首先,建立单相CHBR的数学模型,并通过混合逻辑动态方法估算出网侧输入电压。针对已有虚拟磁链观测器存在的缺点,提出改进型的虚拟磁链观测器,并给出详细的频域分析过程。所提观测器可以有效地解决幅、值相位误差和直流偏置问题,并且能够有效地抑制谐波。此外,提出一种基于比例积分(PI)控制器的CHBR改进型直接功率控制(DPC)方法。相较于传统DPC方法,改进型DPC取消了旋转坐标变换,不需要网压相位信息,改善了系统动态响应速度。最后,在实验样机上对已有的虚拟磁链观测器方法、直接功率控制方法以及所提改进型控制方法展开对比实验研究,结果验证了所提方法的可行性和有效性。

不连续空间PWM的无电网电压传感器的三相并网逆变器

为提高三相并网逆变器的可靠性和进一步降低三相并网逆变器的成本,采用了一种基于虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型,采用虚拟电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流闭环控制,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。详细分析了连续空间PWM和不连续空间PWM之间的联系和区别。连续空间PWM和不连续空间PWM之间的本质区别在于零矢量的选择,选择不同的零矢量从而导致不同空间PWM。为了减少开关损耗,针对三相并网逆变器的特点,采用一种不连续空间PWM方式。仿真和实验结果看出:基于不连续空间PWM和虚拟电网磁链矢量定向的三相并网逆变器具有良好的动、静态性能,从而验证了该方案的可行性和正确性。

基于锁相环和虚拟电网磁链的三相并网逆变器

为了提高三相并网逆变器的可靠性、降低并网逆变器的成本,提出一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的动态数学模型,采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流双闭环控制,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。实验结果表明,三相并网逆变器输出电流正弦度良好,谐波含量小,同时有很好的动、静态特性,从而验证了该方案的可行性和正确性。

基于电网虚拟磁链的变速恒频风力发电机柔性并网技术

利用双馈风力发电机与电网的"柔性连接"特性,基于合理的转子侧交流励磁控制可实现发电机柔性并网。在推导双馈风力发电机空载数学模型基础上,提出了电网虚拟磁链的概念,给出了柔性并网中双PWM励磁变换器的控制方法:基于电网虚拟磁链定向的机侧变换器矢量控制策略和基于电网电压定向网侧变换器矢量控制策略。设计了具有初始磁链估计、不需电压传感器的虚拟电网磁链观测器,该观测器实现简单,精度较高。实验研究表明,柔性并网技术安全稳定,电流冲击小,满足双馈风力发电机的变速恒频运行需要。

无电网电压传感器的直驱式风力发电系统建模及控制

直驱式风力发电系统使风力机与发电机之间直接相连,提高系统效率和可靠性。为此,采用了back-back的双PWM拓扑结构。机侧变换器采用间接转矩矢量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能的最大跟踪;为了提高网侧并网逆变器的可靠性和抗电网电压波动,同时进一步降低并网逆变器的成本,提出了一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略,并应用于直驱式风力发电系统中。仿真结果表明该控制策略实现了最大风能跟踪和并网逆变器功率因数为1的控制,从而验证了该方案的可行性和正确性。

基于虚拟磁链的微电网分布式逆变电源的功率平衡控制

对分布式逆变电源组成的微电网在独立运行模式下的功率平衡控制进行了研究。在分析功率下垂特性的基础上,通过引入虚拟阻抗,将传统高压电力系统中的功率下垂特性曲线应用到中低压的微电网,实现微网功率平衡控制,并给出了电压源逆变器的参考控制电压。引入虚拟磁链,将电压的控制转化为空间磁链的控制,通过滞环控制器实现空间磁链的快速跟踪。系统的仿真结果表明系统负载变动时,微电网各逆变电源能合理分配负荷,所述的控制策略有效。

基于虚拟磁链的三相光伏并网逆变器控制策略研究

针对传统虚拟磁链观测器对电网电压积分后存在直流漂移与积分饱和现象,严重影响矢量精确定向的问题,设计了由低通滤波器和高通滤波器组成的虚拟磁链观测器代替电网电压传感器,可以有效减小谐波畸变,减少系统控制成本。对观测器进行仿真研究,表明观测器能消除积分饱和现象,消除直流分量对精确定向的影响,提高系统的动态性能;结合虚拟电阻法,改善LCL滤波器的性能,实现单位功率因数运行。

基于虚拟磁链的三电平PWM整流器定频DPC

将基于新颖的虚拟电网磁链定向的定频直接功率控制(DPC)策略应用于三电平PWM整流器,不仅可以固定开关频率,简化滤波器设计,而且通过构造出来的虚拟电网磁链作为定向矢量,可以很好地抑制谐波和干扰,实现对PWM整流器的高动态性能控制。重点对传统虚拟电网磁链中存在的两方面不足,即虚拟电网磁链估算中存在的积分初值问题和初始角观测问题,分别提出了改进措施。最后通过仿真和实验验证了观测方法的正确性和控制策略的有效性。

基于虚拟磁链的质子交换膜燃料电池并网控制系统研究

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统运行特性,建立PEMFC并网控制系统模型,设计基于d轴虚拟电网磁链定向的矢量控制策略(VFOC)和改进的虚拟电网磁链观测器。并通过采用IEEEStd1547-2003标准,对并网电压、电流的总谐波畸变率(THD)进行仿真测试。结果表明,该PEMFC并网控制系统能够实现单位功率因数运行。而且通过FFT分析证明该并网系统也能够较好地降低电压和电流总谐波含量,验证了所设计并网系统的正确性和有效性。

双馈式变速恒频风力发电机的无电压传感器控制策略

利用电网虚拟磁链的概念,设计了具有初始磁链估计、不需电压传感器的电网电压及虚拟磁链观测器。根据电网虚拟磁链、电网电压和发电机定子磁链的内在联系,建立了电网虚拟磁链统一定向模式下的机侧变换器及网侧变换器的无电压传感器矢量控制策略。最后通过实验研究证明了该方法和策略的正确性和有效性。

PWM整流器的无网压传感器DPC研究

为了更好地实现三相电压型PWM整流器的无电网电压传感器运行控制,给出了基于虚拟磁链的无电网电压传感器的直接功率控制(DPC)策略,根据PWM整流器的直流侧电压、交流电流和开关状态等得到虚拟磁链矢量,并据此对交流电网电压进行实时估算;采用SVPWM调制代替传统的开关表,采用连续PI调节器代替了传统的滞环调节器,给出了三相PWM整流器的无电网电压传感器DPC控制系统结构,不但可实现开关频率固定,还可获得更好的工作波形。仿真试验结果表明了所给估算方法和控制策略的有效性和可行性。

光伏并网虚拟磁链自然坐标定向与准PR控制

针对单相双级式并网系统,提出基于虚拟电机磁链的无电网电压传感器自然坐标定向方法,减少传感器使用的同时省去复杂的坐标变换。电流内环采用带通式准比例谐振(PR)控制,实现并网指令电流的无差跟踪。电压外环采用比例积分(PI)控制,实现直流母线稳压控制。针对功率脉动问题提出外环输出内嵌带阻式准PR控制方法,降低母线电压脉动对内环有功指令电流的影响。实验结果验证了所提方法的有效性。

网侧三相PWM整流器最小耦合模型控制

三相电压型PWM整流器采用虚拟电网磁链定向方式,对谐波和干扰有良好的抑制作用,但未从根本上解决d、q轴电流交叉耦合问题。对此引入"虚拟定子磁链"概念,提出了三相PWM整流器最小耦合模型控制策略。建立了虚拟定子磁链定向方式下三相PWM整流器数学模型,并与传统的虚拟电网磁链定向方式进行对比分析。同时提出了虚拟定子磁链定向方式下直接电流控制和功率因数控制方法,为保证控制策略的有效实施,构建了频率自适应虚拟定子磁链观测模型。仿真和实验结果表明所提控制方案的有效性,相比于传统虚拟电网磁链定向方式,采用虚拟定子磁链定向控制可实现稳态完全解耦控制,同时削弱动态过程的耦合影响,具有优异的动、静态性能。

微型燃气轮机发电系统新型并网控制技术

为了满足微型燃气轮机发电系统的并网要求,降低变换器的成本和提高可靠性,提出一种耦合虚拟磁链观测方案以解决磁链观测的偏置和启动电流突跳问题,获得了无电网电压传感器的虚拟磁链同步旋转坐标系统,设计了基于改进虚拟磁链观测器的直接功率控制策略的新型并网控制器。针对并网过程中的能量传输要求,进一步抑制发电机功率变化导致母线功率的传输波动,采用功率前馈的并网控制方案,改善了系统功率控制能力。仿真和实验结果表明,这种新型并网控制器能够稳定运行,能量传输具有快速性和稳定性。

无交流电压传感器并网逆变器的控制策略及其改进

将基于虚拟磁链的直接功率控制策略用于并网逆变器的控制。详细推导了虚拟磁链与瞬时功率的表达式,在无需检测网侧交流电压的前提下即可获得并网功率的瞬时值,进而取消了交流电压传感器。通过对并网功率的有功和无功成分进行直接独立控制,省去了旋转坐标变换以及电流闭环控制等复杂算法。采用带有饱和限幅反馈环节的积分器代替不定积分器进行虚拟磁链观测,解决了因传统观测方法存在功率计算偏差而造成系统效率降低、动态响应性能较差等问题。对所提出的改进观测方法及基于改进虚拟磁链直接功率控制策略的并网逆变器进行仿真和实验,结果证明了所提方法的正确性和可行性。

基于虚拟磁链直接功率控制的光伏并网逆变器控制策略研究

将基于虚拟磁链直接功率控制策略VF?DPC(virtual-flux-linkage direct power control strategy)应用于光伏并网电压源型逆变器。引入虚拟磁链的概念并用于计算瞬时有功和无功功率,结合空间矢量SVM(Space Vector Modulation)技术,构成固定开关频率三相并网逆变器DPC控制策略。该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计,降低了对控制器和A/D采样的要求。仿真和实验结果表明实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

基于虚拟磁链的光伏并网逆变器同步方法

在电网发生不平衡故障情况下,光伏并网逆变器会因电网负序分量导致PWM正弦调制失真,电网同步跟踪精度差等问题,为此提出一种基于虚拟磁链(virtual flux,VF)的频率自适应同步方法。该方法结合VF无需电压传感器和二阶广义积分器(second order generalizd integrator,SOGI)无需进行正负序坐标运算双重优点。虚拟磁链可准确观测光伏逆变器定向电压矢量,利用SOGI的谐振特性避免正负序分量计算延时。锁频环(frequency lockedloop,FLL)为VF提供快速准确电网正序频率。仿真和实验结果表明所提虚拟磁链观测方法能够提高自适应同步跟踪的快速性和精确性。

基于准直接功率的光伏并网逆变器的研究

针对三相光伏并网逆变系统中,电流闭环矢量控制动态响应慢,直接功率控制开关频率不固定的缺点,通过对瞬时功率理论进行分析,结合以上两种控制策略的优点,提出一种定开关频率下的准直接功率控制策略。该控制策略具有动态响应快、开关频率固定和电流正弦度高的优点。实验结果表明该控制策略正确、有效,且具有良好的静、动态特性。