PWM整流器功率脉动最小化方法的研究

传统的单矢量直接功率控制在每个控制周期只发一个电压矢量,存在功率脉动大和开关频率不固定等缺点。在分析脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器预测功率模型的基础上,提出一种基于二矢量的新型直接功率控制策略,即在一个控制周期内同时施加一个非零矢量和一个零矢量。按照单个控制周期内有功和无功的脉动有效值最小为原则,通过数学推导解析求得该非零矢量的最优作用时间。该方法可在维持传统单矢量直接功率控制动态性能的基础上显著改善系统的稳态性能,且简单容易实现,其有效性通过仿真和实验结果得到了证实。

基于独立光储直流微网能量管理控制的研究

根据光伏电池和蓄电池特征,改进并完善了一种适合直流微网的多模式运行能量管理控制策略,能量管理系统根据光伏电池、蓄电池和直流母线不同的工作情况,控制其各自变换器运行在合适的相应模式下,以确保直流微网稳定运行。搭建基于可编程逻辑控制器(PLC)为主控系统的光储直流微网的实验平台,通过对跨接在直流母线上阻性负载的投切和光伏电池输出功率的变化验证了系统的稳定性和可靠性。

微电网双模式组网逆变器运行控制研究

针对微电网中既可以并网运行,也可以独立运行的三相组网逆变器研究了其双模式运行的控制方法。双模式逆变器在并网模式时起理想电流源作用,采用结构简单且能满足要求的单电流环控制;离网模式时起理想电压源作用,采用能兼顾控制精度和动态响应的基于滤波电感电流的双闭环控制。在此进一步针对双模式逆变器独立运行时满足带不平衡负载的要求,运用正序、负序分别控制的方法。最后通过实验验证了所设计的双模式逆变器具有带不平衡阻性、感性负载的能力,并且能够实现并网/离网双模式运行的快速切换。

10kW变速定桨距风力发电机最大功率跟踪控制研究

为了解决采用叶尖速比控制时风速信号测量不准的问题,最大限度地捕获风能,提升发电效率,以永磁直驱型风力发电机为对象,建立了风力发电机、传动系统、变流器控制和发电机模型,采用了一种基于转矩给定的发电机最大功率跟踪控制策略,并验证了这种控制策略的正确性。

储能变换器并网运行模式切换控制研究

基于虚拟同步发电机(VSG)技术的储能变换器并网运行时,由于自身功率限制,容易出现电网频率波动时无法实现调频和恒功率控制,从而产生功率限额或功率偏差问题。在此提出一种适用于并网工况的虚拟同步储能变换器的恒功率控制及其运行模式切换策略。该控制策略使得储能变换器具备惯性和阻尼特性,且能实现无锁相环自同步并网恒功率运行。因此,该控制及模式切换策略对解决多储能变换器并网运行时系统频率扰动产生的动态环流和功率振荡问题具有参考意义。通过仿真和实验结果验证,所提控制及模式切换策略对于储能变换器的友好并网运行实用有效。

直驱式风力发电机偏航滞环控制研究

实现了直驱式风力发电机偏航滞环控制系统的设计。在分析无刷直流电机教学模型的基础上,建立了直流无刷电机双闭环调速系统的模型。其中外环(速度环)采用传统PI控制方法,内环(电流环)则采用电流滞环的控制方法。采用电流滞环控制方法削弱了电机换相时产生的转矩脉动,同时该控制系统具有响应速度快、结构简单的特点。仿真得出的转速波形、转矩波形和电流波形与理论分析一致,表明了此种控制方法的有效性和正确性并具有良好的动静态特性。

基于电流测量信息的交流微电网保护方法研究

交流微电网具有诸多的优点,是未来重要的发展方向。但是当交流微电网内部发生故障时,较难检测出故障,且由于电流的双向流动,难以确定故障位置。且在低压电网中,很多节点只能获取电流信息,难以获取电压信息,因此有必要研究仅利用电流信息的微电网故障区间定位方法。文章使用PSCAD对故障进行仿真,对交流微电网故障区间定位算法进行仿真验证。

单相PWM整流器改进无差拍电流预测控制方法

脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器的无差拍电流控制能够快速准确地跟踪给定电流信号,但由于电感参数与控制延时的影响,会导致交流电流畸变,电流谐波含量增大甚至系统不稳定。针对该问题,该文提出一种改进无差拍电流预测算法,推导了单相PWM整流器改进算法的离散传递函数,分析电感参数和采样时间对控制系统稳定性能和动态性能的影响。将改进的无差拍电流控制方法应用于双闭环系统中,能够有效减小电网电流的3次谐波及总谐波失真(total harmonic distortion,THD),消除了电流畸变。整个系统在直流母线电压外环的控制下,实现了直流母线电压的精确控制。仿真结果和实验结果都证明了改进电流控制方法理论分析的正确性和可行性。

微网逆变器的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制

近年来随着微网及分布式发电的快速发展,适用于微网并离网运行的虚拟同步发电机(VSG)控制技术被提出。VSG在下垂控制的基础上进一步模拟了同步发电机的转动惯量和阻尼系数。和下垂控制相比,VSG的响应特性得到了进一步的提高,但无法同时保证频率和功率的动态调节性能。针对该问题,对VSG离网工况下的输出频率和并网工况下的输出功率进行了自适应控制。首先,做出不同转动惯量和阻尼系数下的有功环根轨迹,并结合VSG转子机械方程分析转动惯量和阻尼系数对系统的影响,通过建立转动惯量和阻尼系数的自适应函数关系来对VSG实现自适应控制。最后在MATLAB/Simulink中搭建容量为20kVA的VSG自适应控制模型,并搭建了20kVA容量的VSG实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。

基于简单占空比调节的异步电机直接转矩控制

针对异步电机传统直接转矩控制(DTC)存在的转矩脉动大、开关频率不固定等问题,已经提出了一些通过优化有效电压矢量占空比来减小转矩脉动的方法。然而,这些方法不仅计算复杂而且对参数依赖性大。本文在比较三种经典占空比控制方法性能的基础上,提出一种简单有效的占空比确定方法。该方法能同时减小转矩和磁链脉动,并且尽可能保持了传统DTC结构简单和鲁棒性强的优点。仿真和实验结果验证了本文所提方法的有效性。

虚拟同步发电机接口变换器并联运行虚拟阻抗自适应控制

随着虚拟同步发电机(VSG)技术在微网以及主动配电网中应用的增多,VSG接口变换器并联运行越来越广泛,其中的环流和功率分配不精确问题也成为研究重点。该文首先引入虚拟阻抗,分析两台VSG接口变换器并联运行的功率均分原则。其次针对传统虚拟阻抗算法无法对线路阻抗进行调节的缺陷,设计一种虚拟阻抗自适应的算法,同时给出参数取值依据,实时计算线路两端的阻抗值,自适应虚拟阻抗可自动平衡线路之间的差异,更好地解决VSG接口变换器并联运行的功率均分问题。最后对VSG接口变换器并联运行的各种工况进行Matlab/Simulink仿真验证,证明了所提出的算法的有效性与正确性。

异步电机新型占空比直接转矩控制方案

传统的基于矢量表的异步电机直接转矩控制(ST-DTC)存在较大的稳态误差以及转矩脉动等问题。目前已经提出了一些通过优化有效电压矢量占空比来减小转矩脉动的方法,然而,这些方法不仅计算复杂而且严重依赖电机参数。通过深入分析每个电压矢量引起的转矩和定子磁链变化率的基础上,提出一种简单且非常有效的占空比控制方法。该方法在占空比的计算中考虑了电机转速的影响,能同时减小输出转矩脉动及其稳态误差,并且尽可能保持了传统DTC结构简单和鲁棒性强的优点。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

异步电机无速度传感器模型预测控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)是近年来在交流电机控制领域得到广泛关注的一种优化控制方法。对于两电平逆变器驱动的异步电机系统,传统MPC需要对定子磁链和定子电流进行7次预测得到使目标函数最小的最佳电压矢量,计算量较大,不利于在线实施。通过解析推导定子电流和定子磁链之间的关系,该文提出一种改进的MPC,只需对定子磁链进行预测,省却了计算相对复杂的定子电流预测,使算法复杂性和计算量得到显著降低。另外在MPC的基础上,为了提高系统的可靠性和降低硬件成本,采用速度自适应全阶观测器实现了无速度传感器运行。文中考虑了数字控制延迟对MPC的影响,并提出了补偿方法,采用预励磁的方法获得较大的启动转矩并减小启动电流。最后在两电平逆变器异步电机平台上进行仿真和实验,结果表明,该文提出的无速度传感器模型预测控制,在较宽的速度范围内都具有良好的动静态性能。

基于双向DC-DC变换器的锂电池组充电均衡策略

分析了双向DC-DC变换器给磷酸铁锂蓄电池充放电的工作原理及控制策略,并进行了仿真与实验验证。针对蓄电池在充电过程中出现的不均衡现象,分别介绍了非耗散电感均衡和单端反激变换器均衡的方法,并进行了仿真对比,结果表明了反激均衡比电感均衡速度更快且效果更好,从而能更有效提高蓄电池的安全性及使用寿命。

太阳能光伏阵列模拟器综述

太阳能光伏并网发电的广泛应用使得光伏并网逆变器的研究成为热点,而太阳能光伏阵列模拟器的研制解决了光伏并网逆变器调试过程中的模拟输入问题,大大缩短了光伏并网逆变器的研制周期并降低了成本。太阳能光伏阵列模拟器主要由整流电路、功率电路和控制电路三个部分组成,在对以上三部分电路进行归纳、分类和总结的基础上,结合现有太阳能光伏阵列模拟器的研究和产品,分别从不同模拟技术的工作原理、实现方法、性能指标等多个方面进行分析,为太阳能光伏阵列模拟器的研制和产品化提供参考。

虚拟同步储能变换器的功率环双模式控制

根据虚拟同步储能变换器功率环主要参数的相互影响进行了小信号建模分析,为功率环参数设计和选取范围提供了参考。据此,针对虚拟储能变换器并网运行时存在的稳态功率偏差和功率限额问题,提出一种适用于并网工况的储能变换器虚拟同步机PQ模式控制策略,并在必要时将PQ模式与VSG下垂模式进行切换。虚拟同步发电机(VSG)的PQ模式并网除了能实现稳态时恒功率运行外,暂态过程中还具有一定的惯性和阻尼,并网状态下能够自同步,无需锁相环。仿真和实验结果表明,所提双模式控制策略稳定可靠且切换平滑。

感应电机模型预测磁链控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)具有原理简单、多变量控制和容易处理非线性约束等优点,是近年来在电力电子与电力传动领域受到广泛关注和研究的一种控制方法。MPC一般基于最小化目标函数的原则来实现系统的优化控制,但当目标函数中控制变量的量纲不一致时,需要设计相应的权重系数来实现对多个变量的同时控制。以感应电机的磁链和转矩控制为例,由于目前尚缺乏通用的理论设计方法来确定磁链和转矩的权重系数,为保证调速系统在不同的运行点具有良好的动静态性能,在实际应用中需要通过大量的仿真或实验来确定权重系数的大小。为此,提出一种适用于感应电机控制的改进MPC。通过深入推导磁链和转矩之间的解析关系,将定子磁链幅值和电磁转矩的同时控制转换为等效的定子磁链矢量的控制,从而消除了传统方法中繁琐的权重设计,而且算法简单,容易实现。此外,文中还对数字控制延迟进行了补偿,并且采用预励磁的方法来增大起动转矩,并减小起动电流。最后,在两电平逆变器感应电机平台上进行了仿真和实验,结果表明所提方法在很宽的速度范围内都有良好的性能。

飞轮储能技术

飞轮储能技术因其储能密度大、储能效率高、对环境无危害等优点而备受关注。在分析飞轮储能工作原理的基础上,重点介绍了当今飞轮储能系统中储能释能分立结构和双向逆变结构的电路拓扑,以及目前飞轮储能技术在国内外的应用情况,为飞轮储能技术的研究与工程应用提供参考。

脉宽调制整流器直接平均功率控制

直接功率控制作为脉宽调制(PWM)整流器的一种经典高性能控制方法,具有动态响应快速、无需电流内环整定和参数鲁棒性好等优点,其不足之处是:稳态时功率脉动较大,网侧电流含有较多谐波分量,需要高速AD采样。在PWM整流器的预测功率模型基础上,提出了直接平均功率控制,其特点是在一个控制周期内,将一部分时间分配给从矢量表中得到的非零矢量,其余时间则由零矢量作用。通过控制一个控制周期内有功功率的平均值与参考值相等,从而解析得到非零矢量的作用时间。实验结果表明,该方法能够在保持传统矢量表直接功率控制的良好动态性能和单位功率因数运行的同时,有效抑制稳态时有功功率的脉动,减少网侧电流谐波和总谐波失真。

非晶纳米晶可控电抗器三维磁场分析

采用有限元软件Magnet对单相非晶纳米晶可控电抗器进行了三维有限元仿真。通过建立三维简化模型、对其在不同电压下进行三维时谐场分析,获取了控制特性数据及三维磁场分布。仿真与实验结果表明,磁场分布的数值计算与控制特性的实验相符合。该方法有助于精确了解非晶纳米晶可控电抗器的内部磁场分布和控制特性,对电抗器的工程设计与运行分析具有有益的理论指导与实践参考价值。