固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

改进型虚拟锁相放大技术的电阻率测量系统

本文设计研究了针对强噪声环境下电阻率测量的硬件和软件系统,提出了一种基于卡尔曼滤波的改进型正交锁相放大算法结合恒流交流检测技术的电阻率测量方案。以BMn3-12(锰铜)材料为对象,对改进型正交锁相算法进行仿真验证,仿真结果表明:分别对比0,-10dB和-20dB的结果,传统算法的最大波动系数为27.21%,而改进型算法最大波动系数降低到2.86%,最大相对误差由15.20%降低至2.29%。实验结果表明:传统算法与改进型算法测量结果的最大相对误差分别为16.70%和2.90%,方差分别为2.90×10^(-3)和4.11×10^(-5),此方案提高了低信噪比情况下电阻率测量的准确度和精度,增强了系统的抗干扰能力。

基于虚拟阻抗的三相Buck整流器输入不平衡控制策略

三相输入电压不平衡时,传统双环控制三相Buck整流器的输出电压存在二倍频脉动,输入电流发生明显畸变,严重影响整流器的性能和可靠性。为抑制输出电压脉动和输入电流畸变,该文通过建立三相Buck整流器在两相静止坐标系下的等效电路模型及功率传输数学模型,分析输出电压二倍频脉动及输入电流畸变产生的机理,在此基础上提出一种基于虚拟阻抗的输入不平衡控制策略,最后通过仿真和1 kW的实验样机验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。

电网三相短路故障下并网虚拟同步发电机的暂态特性评估与提高

与同步发电机相比,虚拟同步发电机(VSG)的显著缺点是没有过流能力,故障发生时的过电流会损坏逆变器的器件。对此,研究电网三相短路故障下VSG的暂态问题综合考虑了电压控制和功角稳定性电流限制,通过增大虚拟阻抗和改变有功功率参考值,可限制VSG输出电流,保持VSG功角稳定。此外,细化和定义了电网三相短路故障VSG的暂态过程阶段,研究了虚拟电感和功率参考值在各阶段的调节范围,并提出了改善VSG短路故障暂态特性的控制策略。

基于纵向阻抗的变压器虚拟相位保护

针对风电系统中高频元件产生的高次谐波会影响变电站主变保护运行的问题,提出了一种变压器纵向阻抗虚拟相位保护的方法。该方法对故障分量电压平移后两侧的虚拟纵向阻抗求相位差,然后通过PSCAD(power system computer aided design)平台搭建模型进行仿真进行验证。通过对比电压数据链可知:发生内部故障时,虚拟相位差大于90°;发生外部故障时,虚拟相位差小于90°。最后仿真结果表明:在区内故障发生时,虚拟相位差由0°变为180°,远大于90°,保护动作;当发生外部故障以及可能会影响到保护可靠性等因素时,虚拟相位差变化范围仅为0°~20°,远小于90°,保护不动作。故可基于此进行理论分析得出以下结论:内部故障能够可靠动作;在外部故障、电流互感器(current transformer,CT)饱和及励磁涌流产生时,即使有谐波的影响,保护仍不会动作。同时,现有误差精度为10%的CT能够满足此保护方法。仿真结果与理论分析一致,验证了在现有的CT精度下保护的正确性和可靠性以及较好的抗CT衰减能力。

弱电网下基于虚拟同步机的并网逆变器短路电流抑制研究

随着电力系统中新能源发电渗透率的提高,电网逐渐趋于弱电网,导致发电系统中低惯量、弱阻尼现象日益严重。虚拟同步机(VSG)技术可以提高惯量增加阻尼,保证系统在小扰动下的动态稳定性。然而高渗透率的电网系统为非无穷大系统,当网侧发生短路故障时,故障瞬间产生因非周期分量引起的暂态冲击电流,仅依靠传统的VSG控制无法有效地抑制短路电流,难以保证系统在大扰动下的暂态稳定性。针对以上问题,本文基于VSG暂态功角特性,提出了适用于弱电网的单位圆混合相量分析法,并结合提出的动态调节控制策略能够在电网阻抗波动时有效地抑制短路电流的稳态值和暂态冲击峰值,保证了系统的暂态稳定性。仿真和实验结果验证了本文所提控制方法的正确性和可行性。

基于单辅助绕组构造虚拟受控电压源的两相交错并联LLC谐振变换器均流策略

文中提出一种基于单辅助绕组构造虚拟受控电压源的两相交错并联LLC谐振变换器均流策略。将其中一相的辅助绕组作为虚拟电压源串入另一相谐振回路中,进一步通过调制相与相之间的交错角调节虚拟电压源的相位以改变该相谐振腔的等效输入电压,从而实现输出均流。所述方案仅需增加一个辅助绕组,结合移相控制策略便能实现输出均流和纹波电流抵消,结构简单且几乎不增加电路成本和损耗。详细分析所述均流策略的工作原理和设计要点。最后,通过搭建一台12V/40A的两相交错并联LLC谐振变换器实验样机验证所述方案的可行性。

基于铁磁特性虚拟相位在变压器保护中的研究

针对励磁涌流和电流互感器(CT)饱和对变压器差动保护影响的问题,从铁磁特性角度提出变压器虚拟相位保护方法。首先,阐述铁磁磁化特性,通过对应于磁化曲线、磁通、电流和相位的方法,对得出的波形进行谐波含量分析。然后,提出新型的变压器虚拟相位保护的方法:通过求故障分量电压平移后的虚拟纵向阻抗相位差来判断区内外故障。由理论分析可知:当发生外部故障时,虚拟相位差小于90°;当发生内部故障时,虚拟相位差大于90°;当发生外部故障、励磁涌流及CT饱和时,谐波不会使保护动作,内部故障保护能可靠地动作。现有的CT精度能满足要求。搭建模型并仿真后可知:当发生内部故障时,相位差由0°突变到180°附近,保护动作;外部故障、CT饱和及励磁涌流时,相位差范围为0°~30°附近,保护不动作。仿真结果与理论分析一致,验证了方法的正确性。

基于虚拟矢量的双三相永磁同步电机预测电流控制策略

针对双三相永磁同步电机传统有限集预测电流控制策略中存在电流谐波较大的问题,提出了一种基于虚拟矢量合成的预测电流控制策略。在保证原有良好动态响应能力的基础上,选用基波子平面内大矢量和次大矢量合成的虚拟电压矢量用于预测控制,将谐波子平面的电压幅值抑制为零,然后通过构建价值函数选择出最优虚拟电压矢量,在抑制电流谐波的同时也减小了计算量。由仿真结果可知,所提策略有效抑制了5、7次电流谐波,改善了电流波形,使相电流的总谐波失真降低了49.5%。

基于虚拟阻抗的三相并网逆变器并联策略研究

在三相并网逆变器并联系统中,为了解决组件的差异和电路参数的不一致导致环流过大的问题,传统的并联均流控制策略采用将线路阻抗简化成感性模型的下垂控制方法,缺乏对阻抗电阻特性作用的考虑;为了充分反映线路电阻和电抗对输出到公共节点电压的影响,改进上述下垂控制方程,提出一种基于虚拟阻抗的逆变器并联均流控制策略,搭建两台逆变器Matlab/Simulink并联模型,在并网和孤岛运行模式下进行仿真研究,仿真结果表明,改进的方法均流效果明显,有效地降低环流,减小无功危害,提高并联系统运行效率。

基于ADAMS的磁保持继电器的动态性能分析及优化设计

以某型号的三相磁保持继电器为研究对象,首先根据实际尺寸在Pro/E中建立其三维模型,然后将模型导入到ADAMS软件中,添加约束、磁链和电磁转矩等参量,建立其虚拟样机仿真模型;其次根据建立好的仿真模型对磁保持继电器进行了动态的仿真,得到了触头断开、闭合及其过程的电流变化曲线,详细地分析了衔铁和三相动触头的位移特性和速度特性;最后,分别设定不同的脉冲电压值和不同的脉冲宽度值,分析其对磁保持继电器动态性能的影响,在此基础上以触头平均分断状态最佳为目标,对模型中弹片、簧片的刚度系数进行参数化建模,寻找到了该继电器在分断时的最佳参数组合,从而实现了优化设计,为磁保持继电器的开发优化提供了有力的保障与依据。

基于虚拟同步坐标变换的交流微电网并网逆变器电压相位和电流检测算法

由于具有高渗透率可再生能源的微电网线路阻抗较大且含有随机性变化的分布式电源和负载,其公共连接点电压较易产生畸变、不平衡、频偏和相位突变,这将导致在采用传统检测算法的并网逆变器检测电压相位和电流时存在误差,从而影响系统的正常运行。该文将电压相位和电流统一在一个转速和转向给定的虚拟同步坐标系(VSF)上进行检测。这种基于VSF的检测算法适用于电压畸变、不平衡及频偏的电网环境;可以并行地检测任意指定的电压相位和电流分量;不需要整定PI参数;在电压相位发生突变时,动态性能优于采用改进锁相环的检测算法。将该算法应用于有源电力滤波器中。仿真和实验结果证明了该算法不仅可以在上述非理想电压条件下准确地检测电压相位和电流,而且动态延时小于一个周期。

三相并网逆变器无差拍电流预测控制方法

针对三相并网逆变器的特点,采用一种新的无差拍电流预测控制策略。与传统不加补偿的无差拍控制器相比,可改善控制上的延时,在相同的采样频率下可使输出电流畸变减少,提高三相并网逆变器的性能。为进一步提高三相并网逆变器的可靠性和降低并网逆变器的成本,提出一种基于软件锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制,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。将无差拍电流预测控制和无电网电压传感器控制相结合,为三相并网逆变器提供一种高性能的解决方案。最后实验验证了该方案的可行性和正确性。

双向全桥隔离DC/DC变换器最小峰值电流及其虚拟功率控制方法

针对双向全桥隔离DC/DC变换器,以减少变换器硬件与控制系统的设计成本为目标,该文重点开展相移控制方法研究。首先,为减小变换器峰值电流与磁性元件设计成本,分析了一种通用的三重相移控制方法,在此基础上,给出了相应的最小峰值电流控制算法。然后,针对现有最小峰值电流控制运算量和复杂性大的缺点,提出了一种虚拟功率控制方法,该算法可以取消负载电流传感器,且对电感参数无依赖性;最后,基于RT-LAB与TMS320F28335的硬件在环实验平台对所提出的算法进行了半实物实验验证。实验结果表明,在宽范围输入电压的情况下,基于该虚拟功率控制的最小峰值电流控制算法能有效地减小变换器的电流应力。

基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略

两级式单相逆变器的瞬时输出功率中存在脉动功率,使得前级直流变换器中产生二次谐波电流。为了减小该二次谐波电流,本文提出了基于虚拟阻抗的二次谐波电流抑制方法,并针对虚拟阻抗为电阻的情形,给出了一种闭环参数的设计方法。为了提高带宽,提出一种带有带通滤波器电感电流反馈的二次谐波电流抑制方法,并在带通滤波器中加入阻尼电阻,使得该种控制方法不仅能显著减小前级直流变换器中的二次谐波电流,还能改善变换器的动态特性,并保证系统稳定工作。最后,研制了一台1kV·A原理样机并进行了实验验证,实验结果证明了所提出控制策略的有效性。

单相PWM整流器设计

针对目前非线性化负载大量使用引起电网谐波和无功污染日益严重的问题,设计对电网污染很小的单相PWM整流器。通过建立和分析单相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,给出了该系统的电压、电流双闭环控制方法。该方法采用构造虚拟电流的方法进行电流内环的解耦控制,并通过分析系统的瞬时有功、无功功率流以实现电压外环的线性化控制。对系统进行基于Matlab/SIMULINK的仿真分析,并进行硬件设计,搭建整流器实验模型,以进行实验验证。仿真和实验结果验证了该电压、电流双闭环控制方法的可行性,同时表明单相PWM整流器具有网侧单位功率因素运行、网侧电流正弦化、直流输出电压纹波小等优点,对电网的谐波和无功污染很小。

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥(DAB)DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。

适用于高压直流输电的主动换相换流器特定谐波消除脉宽调制策略研究

基于可关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有电路拓扑简单、功率因数可控、支持黑启动、不存在换相失败风险、直流侧无需配置储能电容等优点,相比传统电网电压换相换流器(line commutated converter,LCC)可以提高可控性,相对于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)可减小换流器的重量和体积,降低成本,具有广阔的应用前景。但是,ACC将功率半导体器件串联使用以提高电压等级,功率半导体器件的开关频率受到严重限制。为了实现低开关频率下的低谐波电流,该文在分析ACC约束条件及特定谐波消除法(selective harmonic elimination,SHE)工作原理的基础上,提出了通过“虚拟相电流”生成换流器触发信号的调制方法,可以在满足ACC开关约束的条件下显著简化SHE调制方法的实现过程。仿真和实验结果验证该文理论分析及所提出的SHE调制策略和零开关状态分配原则的正确性和有效性.

含异构微源孤岛微电网内虚拟同步发电机预同步控制策略

在含异构微源孤岛微电网的弱电网环境下,基于相差控制的虚拟同步发电机(VSG)在预同步过程中会因相角差周期跳变产生频率波动,且锁相环与弱电网的耦合作用会对其产生影响,容易导致VSG失稳,甚至引发系统崩溃。为此,提出一种基于虚拟电流的VSG预同步控制策略。首先,简析相角差跳变机理,揭示其对VSG并网过程的影响;然后,基于虚拟电流改进相角控制器输入变量,消除相角差跳变以提高VSG并网的频率稳定性,实现无锁相环的预同步。在此基础上,建立小信号模型,分析不同参数对预同步过程的影响,并设计合理的控制器参数提高系统的动态性能。最后,MATLAB/Simulink仿真及StarSim硬件在环半实物实验验证了所提策略的有效性。

基于正交虚拟矢量的单相MMC系统环流抑制方法

现有的模块化多电平换流器(MMC)的研究大多集中在三相系统方面。提出了一种针对单相MMC系统的基于正交虚拟矢量的新型环流抑制方法,通过分析单相MMC系统环流的固有特点,利用陷波器提取二倍频环流分量,再引入1/4周期延时构造正交虚拟矢量,最终使用比例积分控制器进行环流抑制。此方法不仅能够显著降低桥臂电流的畸变,而且可以减少直流侧的瞬时功率波动,降低了测量器件的数量与成本。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。