基于最近电平逼近调制的模块化多电平变换器中高压变频调速系统运行控制

最近电平逼近调制(NLM)是模块化多电平变换器(MMC)中最常用的调制方式。电平数较少时,NLM的输出电压电流谐波严重畸变,使其无法用于电平数较少的变频调速场合。该文通过详细分析NLM下无差拍电流控制的开关过程,指出NLM调制下MMC无差拍电流控制具有滞环特性。定量分析了NLM下MMC无差拍电流控制的滞环环宽,得到了滞环环宽和输出电流波动范围的表达式。同时,设计了MMC背靠背变频调速系统的综合控制方案。与传统方案相比,所提方案具有控制结构简单、开关频率低、环流抑制容易实现和动态特性好等优点。在Matlab/Simulink中搭建了十一电平背靠背MMC中高压变频调速模型,验证了所提控制方案的正确性和有效性。

面向弹性提升的主动配电网重构与元件修复协同方法

极端事件会导致主动配电网出现多处故障且故障元件修复时间长,传统的故障恢复方法会使得系统的弹性低。针对主动配电网的故障恢复阶段,提出了一种面向弹性提升的重构与故障元件修复协同方法。首先,结合计及负荷重要程度的主动配电网弹性指标,分析出故障恢复阶段弹性提升的主要措施;在此基础上,提出重构与故障元件修复协同策略框架,给出交替协同中线路状态变量和节点负荷供电状态变量的更新与关联。其次,建立全过程故障元件修复和重构的目标函数。针对主动配电网含多分布式电源特点带来的故障元件上下游关系难以判别问题,提出基于消线解故障环法和圈源等效法的判别方法。最后,算例结果表明,所提方法能有效地提升主动配电网的弹性。

基于降维观测器的永磁同步电机反推控制

针对永磁同步电机(PMSM)的速度跟踪问题,提出一种基于降维观测器的反推控制器设计方法。首先,利用永磁同步电机的转速输出值构造全维Luenberger观测器,并利用Lyapunov稳定性理论,获得基于线性矩阵不等式(LMI)的观测器设计方法。然后,基于获得的全维观测器,利用矩阵分解技巧设计降维观测器,并运用反推控制策略来设计闭环系统控制器,实现电机转速输出对期望输出信号的高精度跟踪。最后,通过数值仿真,验证所提出方法的有效性。仿真结果表明,设计的控制器能使系统的输出快速跟踪参考转速,具有较高的跟踪精度。

面向双有源桥宽增益范围的电流应力最小化策略研究

针对双有源桥DAB(dual active bridge)直流变换器在变压器原副边电压不匹配时会出现电流应力急剧增大现象,提出了一种基于改进灰狼算法的最小电流应力控制策略,可以使得DAB在宽增益范围内电流应力最小。首先,在分析DAB直流变换器漏感两侧物理模型的基础上详细推导了DAB高频链数学模型,将求解电流应力转化为一个多维的含非线性约束的数学优化问题;然后,提出了一种改进灰狼算法,用于求解上述问题的全局最优解;最后,通过与3种常规控制策略的仿真对比和动态实验,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于进化深度学习短期负荷预测的应用研究

传统预测模型对高维非线性电力负荷数据特征提取效果不佳,为了提高电力负荷预测精度,提出基于进化深度学习特征提取预测模型。利用进化算法的全局寻优特点,将进化策略和遗传算法的核心思想融入到深度学习中,对深度学习优化重构误差函数,精简网络结构,构建性能良好的特征提取预测模型。对湖南省某地区智能电网电力负荷数据进行预测,算例分析表明,本文所提方法对某一天24 h进行负荷预测时,其平均绝对百分比误差达到1.97%,比支持向量机SVM(support vector machine)、累积式自回归移动平均ARIMA(autoregressive integrated moving average)、BP(back propagation)神经网络、深度置信网络DBN(deep belief network)预测方法具有更高的预测精度。

含多EH参与的电-气区域综合能源系统多能流收敛性调整

电-气区域综合能源系统含多个耦合元件能源集线器(energy hub,EH),容易出现多能流计算不收敛的问题.该文基于牛顿-拉夫逊法解耦求解,分析出电-气区域综合能源系统多能流计算不收敛的机理,提出含多EH参与的多能流收敛性调整方法.首先解耦判定电力系统和天然气系统能流计算的收敛性,再根据识别出的不平衡量类型和关键节点采用相应的收敛性调整方式:若为有功功率不平衡采用EH平衡机调整方式,若为无功功率不平衡或轻微有功功率不平衡则采用电力节点类型转换调整方式,若为流量不平衡则采用天然气节点压力调整方式.该方法可解决有功无功强耦合给能流不收敛调整带来的困难,且简化了含耦合元件的多能流收敛性调整.算例系统应用验证了所提方法的可行性和有效性.

基于改进型自抗扰控制器的NPC三电平逆变器中点平衡策略

针对中点钳位型三电平逆变器所固有的中点电位波动问题,建立直流侧中点电位的波动模型,提出一种基于分数阶自抗扰控制器(FOC-ADRC)的中点电压平衡策略。避免了传统ADRC的非线性误差反馈率(NLSEF)需要凭经验试凑三个没有明确物理意义的参数难题,便于应用到三电平逆变器的中点电位进行电压实时补偿。原理样机实验表明该方法具有较强的中点电压平衡性能,可以快速估测并抑制中点电压波动,同时减小输出电压电流的谐波。

知识与深度强化学习融合的家庭需求响应优化

家庭能源系统需求响应(demand response,DR)能够有效促进节能减排。家庭能源系统具有强不确定性,要求DR优化策略具备自动、快速调适能力。该文研究知识与强化学习融合的DR优化方法。首先,建立两者融合的优化框架,形成知识与强化学习互补机制;然后,对家庭设备建模并建立其DR优化知识规则集;进而,以知识转化为学习样本为核心,设计了知识融入强化学习的模型,重点研究知识样本作用概率动态调节、多样化知识、随机探索概率动态调节等问题,并设计知识与DQN融合的算法和网络。算例表明:该文方法能够自动适应家庭的不确定性,用能成本比知识规则法降低11.1%;与标准DQN相比,在同等的收敛标准下,该文方法能源成本低3.3%,且收敛时间仅需标准DQN的1/6。

计及储能与可控负荷的智能楼宇系统短期优化调度

本文以深度挖掘源-荷互动潜力为目标出发,提出了一种分布式动态可重构电池网络架构的楼宇储能系统拓扑,以提高智能楼宇储能系统的灵活调度能力。首先,通过深入分析楼宇系统内不同类型的可控负荷的工作特性和可中断负荷的反弹效应,建立楼宇可控负荷的区间内可调度裕值指标。在此基础上,考虑用户的用电舒适度和楼宇系统调度区间内实际可调度裕值,以楼宇系统调度成本最小为目标函数建立了短期优化调度模型。最后,应用改进的粒子群算法在IEEE14节点配电系统上对所提的模型进行求解和仿真分析。仿真的结果表明所提出的调度模型可以有效地提升新能源的消纳能力和降低楼宇负荷的功率波动。

模块化多电平变换器输出电流谐波优化调制策略对比与分析

在模块化多电平变换器中广泛使用了最近电平逼近调制与载波移相脉宽调制。当子模块数较少时,输出电流谐波含量高,通过优化调制策略来改善输出电流的谐波含量具有重要意义。本文首先对比分析了输出2N+1电平最近电平逼近、滞环控制原理最近电平逼近、改进型载波移相脉冲宽度调制、混合型最近电平逼近-脉冲宽度调制以及一种无差拍电流控制调制的工作原理和工作特点;然后,在Matlab/Simulink平台搭建5种调制策略在子模块数较少时的仿真模型;其次,针对阀控周期、子模块数、开关频率以及电感值等参数对模块化多电平变换器输出特性的影响,分析了不同调制策略之间输出电流谐波特性的差异及共模电压等;最后,总结了5种调制策略各自的特点和适用场合。

基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器

为了进一步提升户用储能系统中电池端双向DC-DC变换器的功率密度和效率,提出一种基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器。该变换器有效降低了变压器匝比,提高了转化效率,在非对称半桥拓扑下可实现双向LLC特性,变换器中所有开关管均能实现软开关。同时该变换器结构简单,并可应用同步整流技术,具有效率高、成本低等优势。描述了所提变换器软开关的实现过程,进而分析了谐振特性和相关参数以及软开关的实现条件。最后制作了一台高压侧350~400 V、低压侧45~50 V的500 V·A实验样机,验证了所提变换器的有效性和实用性。

面向楼宇微网家庭用电数据安全传输系统设计

为防止楼宇微网家庭用电数据被窃听、篡改和转发的现象,设计了一种面向楼宇微网家庭用电数据安全传输系统。该系统首先通过ZigBee构建用电数据传输网络并提出一种RFID合法认证方案;然后在用电数据传输的过程中采用一种改进的混合加密算法;此外,提出了一种适合该系统的边缘计算功能结构。系统实际测试结果表明,该系统不仅能保证ZigBee网络各节点的合法性与家庭用电数据传输的安全性,还能辅助用户快速监控楼宇微网家庭用电情况。

基于耦合电感式缓冲电路全软开关DC/DC变换器

为进一步提高全桥DC/DC变换器的效率,提出了一种基于耦合电感式缓冲电路全软开关DC/DC变换器FSSC-ICIS(full-soft-switching DC/DC converter with integrated coupled inductor snubbers)。该变换器将全桥电路与软开关辅助网络相结合,控制策略采用最简单的互补对称控制。改进的变换器不仅实现主开关管的零电压开关ZVS(zero-voltage-switching)开通与零电流开关ZCS(zero-current-switching)关断和整流二极管的ZCS开通与关断,辅助网络也能够实现其自身开关管的软开关。通过实验样机验证了所提出变换器的正确性与可行性,实验结果表明,所提出的结构能够实现所有开关器件的软开关。

一种新型无源软开关三电平逆变器

软开关技术可以最大限度提高效率和功率密度,是满足工业应用高功率和高频化要求的最佳选择。但目前三电平逆变领域软开关技术鲜有应用且缺点尚多,如辅助开关器件繁多、控制复杂化、振荡以及开关管电压应力大等。提出一种新型无源软开关三电平逆变器,辅助电路简单且无需改变调制方式,能够平稳实现所有开关管的零电压关断和零电流开通。依据各模态的等效电路,详述了所提软开关逆变器的工作原理,总结了软开关实现的基本条件。最后,原理样机试验表明该软开关逆变器能够实现所有功率管的软开关动作,功率管电压应力限制在安全裕度以内,中点电压波动较小,换流过程不会出现高频振荡。

基于CNN-GRU的光伏电站电压轨迹预测

光伏电站出力随机性易引发并网点电压大幅度波动,通过趋势预测提前调控是提高电压稳定性的有效途径。为了提升电压趋势预测精度,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)的电压轨迹预测方法。首先,通过采集单元提取电压数据构建时间序列;然后,计算电压时间序列的自相关系数及其与外部变量间的最大信息系数(maximal information coefficient,MIC),分析电压时间序列与外部变量在时序上的关联性;再通过CNN网络提取输入数据的高层特征;最后输入至GRU网络完成电压轨迹预测。通过某地光伏电站实测数据进行验证,结果表明:本文模型与GRU、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)、CNN-LSTM、支持向量回归(support vector regression,SVR)等模型相比预测准确度更高。

基于电荷补偿的三电平NPC逆变器中性点平衡策略

三电平NPC逆变器的开关器件由于耐压水平低、电网侧并网电压谐波含量少等优点,广泛应用于大功率整流场合。中性点电压平衡问题一直是该拓扑的研究关键。通过对每一个开关阶段直流侧两电容充放电的电荷波动数值检测,再通过公式变换,对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)的正负小矢量分次运行时间进行调整,使平衡点上下两电容充放电时间能够保持一致,达到中性点平衡控制的目的。仿真验证表明,该方法能够抑制中性点电压的波动。