采用定频移相控制的宽输出范围多电平LLC谐振变换器

针对电动汽车车载充电器的后级DC-DC环节,提出一种具备宽输出范围的多电平LLC谐振变换器。该变换器通过增加一组半桥和辅助变压器,构造出高于输入电压的多电平结构,结合定频移相脉宽调制控制,实现两倍电压增益拓展。该方案避免了变频控制下增益范围对谐振参数的制约,简化了参数设计过程。工作于串联谐振点使变换器在整个充电工作过程中均可实现功率管的零电压开关和整流管的零电流开关,有利于系统效率的提升。搭建一台输入380V、功率3.3kW的实验样机,验证所提拓扑与控制方案的可行性。经测试,变换器能为动力电池提供250~420V的充电电压,其峰值效率达到了97.1%。

面向含无功补偿电容配电网的逆变器主动适配控制

在高比例新能源接入配电网并导致电网弱化的新背景下,无功补偿电容的非基波成分易诱发并网系统谐振,制约了新能源集群接入容量的提高。文中通过分析源网两端阻抗1~1000 Hz频段Bode图,揭示了无功补偿电容的非基波成分会使网侧阻抗特性由感性向容性发生本质转变。在常规感性弱网设计的逆变器侧固定阻抗下,网侧阻抗的本质变化会导致源网阻抗失配,诱发并网系统谐振,制约新能源集群接入容量的提高。在此基础上,提出基于容性特征抵消的主动适配控制方案,在抵消无功补偿电容影响的同时,进一步改善逆变器运行能力,并基于并网系统Nyquist曲线与逆变器单机最小闭环幅频特性峰值双重约束,给出了方案工程化参数整定原则。最后,仿真和实验结果验证了上述研究的正确性和可行性。

计及电池储能单元时间约束的微电网储荷协调控制方案

在微电网内光伏、风力机等可再生能源发电装置发生故障或天气状况不佳,输出的能量不足以支撑负荷时,要求微电网内的电池储能系统(BESS)具有一定的负荷支撑能力。基于此,提出一种计及BESS时间约束的孤岛微电网储荷协调控制方案。该方案根据BESS时间约束和系统频率约束条件,利用两级多代理(MAS)对微电网内非关键负荷进行管理,使BESS能留有足够的容量支撑关键负荷在供电恢复前正常运行和保证频率在规定的范围内。同时,为保证所有BESS同时给负荷供电以减少切负荷量,提出基于两级MAS的BESS组间荷电状态(SOC)均衡方案。仿真结果表明:所提方案能同时实现BESS的时间约束、SOC均衡和频率控制。

基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

低电容CHB型混合动力中压电机调速系统

针对氢燃料电池大功率电机驱动系统,提出一种以燃料电池为主动力源的轻量化级联H桥(cascadedH-bridge,CHB)型混合动力中压电机调速系统。所提系统由燃料电池/蓄电池/超级电容的混合动力源供电,基于四有源桥(quad activebridge,QAB)与CHB子模块互联的两级变换器(cascaded H-bridges with quad active bridge,CHB-QAB)作为调速变换器。CHB-QAB通过四绕组高频变压器将各子模块进行内部互联,采用单边同步双边移相调制的策略,使得所有子模块呈现开关电容特性,在不依赖复杂控制的前提下,减小子模块电容的容值,提升系统的功率密度。针对三类动力源,采用基于低通滤波(lowpassfilter,LPF)的能量管理策略,保证电机实际运行过程中的有效功率分配,解决燃料电池对电机动态响应缓慢和燃料饥饿现象等问题。最后通过仿真与实验对所提轻量化电机调速系统进行验证。

MMC结构的分布式光伏系统功率不平衡优化方案

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的研究热点。然而,在不同光照强度和温度下,PV组件之间发电功率不同,导致MMC内部出现桥臂、相间功率不均衡。因此,该文先分析MMC-PV系统在功率不均衡下的表现机理,后提出一种基于MMC结构的光储电能路由,其控制策略在满足交、直流端口功率需求的同时,实现桥臂间和相间的功率自均衡,提高PV利用率和系统稳定性。同时,受桥臂内子模块功率传输极限的影响,对PV和ESS的配置约束作详细分析,最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

定频脉冲宽度调制的宽输入推挽正激谐振变换器

针对低压输入的DC/DC变换应用,提出了一种定频脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)的推挽正激谐振变换器。一次侧采用推挽正激结构,二次侧在谐振网络与倍压整流相结合的基础上引入两个有源开关,通过定频调节二次侧有源开关的占空比,变换器在一个开关周期内具备二倍压整流和四倍压整流两种模式,从而实现宽电压增益范围的调节。谐振网络的引入使一二次侧开关管均可实现零电压开通(zero voltage switch,ZVS)。在分析工作原理的基础上,利用时域分析法推导得到了变换器的增益与重叠导通角的关系,并分析了开关管软开关的实现条件。搭建了额定功率1kW的实验样机,实验结果证明了原理分析的正确性与拓扑方案的可行性。

基于密度聚类模态分解的卷积神经网络和长短期记忆网络短期风电功率预测

近年来,随着碳达峰和碳中和“双碳”战略目标的提出,风力发电已成为可再生能源发电的关键部分。为提高风电功率短期预测的准确度,提出基于密度聚类与自适应噪声完备集成经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)和卷积神经网络与长短期记忆网络结合的短期风电功率预测方法。首先,利用密度聚类将风电功率与天气特征分成不同类别的数据集,通过自适应噪声完备集成经验模态分解算法将不同类别的数据进行频域分解得到子序列分量。以此为基础,将不同的子序列分量与天气特征进行特征选择,输入到卷积神经网络与长短期记忆网络的预测模型。最后,将不同的预测结果进行叠加得到最终的预测结果。整个预测过程通过聚类、分解和特征选择,有效提高了短期风电功率预测的准确度。

基于MMC-BESS的子模块电池功率极限值分析

模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)是电池储能系统(batteryenergystoragesystems,BESS)功率变换的最佳选择之一。在基于模块化多电平变换器的电池储能系统(MMC-BESS)运行时,会出现子模块之间的有功功率分布不平衡情况,为评估系统稳定安全运行的合理性,需要对子模块功率极限值进行分析。因此,该文首先对MMC-BESS建模,分析其桥臂环流的功率传输特性,再提出相应控制策略,包括外部交流及电池功率控制和内部电容电压平衡及环流控制,可以实现相间和桥臂间功率不平衡时的稳定运行,而对于桥臂内功率不平衡,根据安秒平衡原理,从过调制角度对子模块电池功率极限值进行详细分析,得出功率极限值的计算方法。最后,通过仿真以及实验验证功率极限值分析及计算的正确性。

高频链互联MMC电机调速系统高低频共模电压完全抑制策略

该文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter,RPD-MMC)电机调速系统,通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule,SM)隔离后进行横向互联,实现三相波动功率在SM电容中的解耦,进而消除共模电压(common-mode voltage,CMV)低频波动分量;并提出一种脉冲优化控制CPS-SPWM(pulse optimization control CPS-SPWM,POC-CPS-SPWM)策略,控制任一时刻MMC三相的上、下桥臂导通SM个数保持一致,消除CMV高频波动分量,最终实现对CMV的完全消除。该文从CMV的机理与特性分析出发,分别对低频与高频抑制的方案提出、原理分析与效果实现进行探讨,最后通过仿真与实验,验证CMV机理分析与两种策略消除CMV的可行性与有效性。

微电网逆变器自适应下垂控制策略

在多分布式电源(distributed generations,DGs)并联系统中,通常采用传统下垂控制实现负荷分配。由于线路阻抗和本地负荷的影响,传统下垂控制会产生较大的功率分配误差。为提高功率分配的精确性,提出了一种自动调节下垂系数的控制策略。各逆变器在传统P-V下垂控制下,将输出有功功率信息送到中央控制器,计算给定功率,并返回给各逆变器本地控制器,通过PI调节器自动调节各自的P-V下垂系数。仿真和实验结果验证了该策略的可行性。

不平衡电网电压下光伏并网逆变器功率/电流质量协调控制策略

不平衡电网电压下系统输出功率和电流质量是光伏并网逆变器重要的性能指标。首先分析不平衡电网电压下光伏并网逆变器电流谐波产生的机理和系统输出功率波动的原因,并进行量化分析。然后提出一种静止坐标系控制策略,采用瞬时功率直接计算电流参考指令,无需锁相环和电压/电流正负序分离计算,简化了控制结构。利用加权思想实现光伏并网逆变器功率/电流质量的协调控制,提高了系统运行性能。最后进行不平衡电网电压下的仿真和实验研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

无变压器非隔离型光伏并网逆变器直流注入控制技术

直流注入是光伏并网发电系统中的一个重要问题。IEEEStd.929-2000规定直流注入必须小于系统额定电流的0.5%。然而,目前关于直流注入问题的相关研究较少。借鉴电容隔离直流的特性,从控制理论角度出发,提出一种基于虚拟电容的并网逆变器直流注入控制策略,通过并网电流前馈至占空比实现虚拟电容,有效地消除了并网电流中可能存在的直流分量。分析此方案的工作原理,设计电流控制和锁相算法,并采用Matlab/Simulink进行仿真研究。在500W实验样机上进行方案可行性分析,实验结果验证了此方案的有效性。

三相并网逆变器比例复数积分电流控制技术

传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差,但关于稳态误差存在的根本原因相关文献描述较少。为揭示其本质,首先建立并网电流控制模型,然后通过叠加定理和频域分析得出结论:并网交流电流零稳态误差控制条件为:系统控制器在并网电流频率处具有无穷大增益,而PI控制不具有该特性。在该结论基础上,提出一种可消除并网交流电流稳态误差的比例复数积分(proportional complex integral,PCI)控制,给出一套控制器参数整定方法,并采用TMS320F2812 DSP实现系统的数字化控制。在理论分析的基础上进行仿真和实验研究,通过与PI控制对比验证PCI控制的有效性。

基于自调节下垂系数的DG逆变器控制

采用传统下垂控制的多个分布式发电单元在孤岛运行时,由于线路阻抗不一致或本地负荷不平衡,会使各分布发电单元输出有功功率不均分,进而产生系统环流。针对此问题,提出一种改进的自适应调节下垂系数控制策略。其策略是以任一台逆变器为基准,对其采用传统下垂控制,将其输出有功功率信息传送到其它逆变器,从而以两台逆变器输出有功功率的差值来自适应地调节自身的P-U下垂系数,最终达到输出有功功率一致,减小系统环流。对该策略分别在线路阻抗不一致情况下带本地负荷和不带本地负荷的逆变器并联系统中进行仿真和实验验证,仿真和实验结果验证了该策略的正确性和可行性。

光伏并网逆变器不平衡故障穿越限流控制策略

光伏并网逆变器不平衡故障穿越过程中出现的过流问题严重影响系统运行的可靠性。为了解决该问题,首先分析传统故障穿越控制方案存在过流现象的机理,然后对过流问题进行了量化分析。在此基础上提出不平衡故障穿越限流控制方案,在实现有功和无功功率灵活调节的同时,有效地解决了故障穿越过程中并网逆变器过流问题,提高了系统运行可靠性。最后对传统方案和文中提出的方案进行仿真和实验研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

电网电压畸变不平衡情况下三相光伏并网逆变器控制策略

电网电压不平衡且畸变情况下的系统控制策略是大规模光伏系统并网运行需要解决的关键问题之一。为实现光伏系统输出恒定有功功率,同时并网电流谐波含量满足IEEEStd.929-2000标准,提出一种系统控制策略。首先对光伏系统输出功率流进行分析,在此基础上推导出系统输出恒定有功功率对应的并网电流参考指令,设计电网电压正序/负序分量的测量方案,建立基于并联无源阻尼的并网控制模型;对系统稳定性进行分析,并对系统稳态误差控制进行探讨;最后在电网电压畸变/不平衡情况下对系统控制方案进行实验测试。实验结果验证了提出方法的有效性。

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

三相并网逆变器静止坐标系零稳态误差电流控制分析及在线切换控制研究

电流控制是三相并网逆变器运行的关键问题之一。为了实现快速准确的电流控制,深入分析了三相并网逆变器旋转坐标系PI控制、静止坐标系PR控制和静止坐标系PCI控制三者之间的联系和区别,证明了静止坐标系PR控制和旋转坐标系PI控制两者并不等效,探讨了静止坐标系PR控制和PCI控制在动态性能和稳态性能方面的特点,并提出一种在线平滑切换方案,有效利用两者的优势,最后搭建了基于TMS320F2812 DSP的数字控制实验平台,完成了电网电压平衡/不平衡两种情况下的实验测试,为不同工况下合理选择控制策略提供了重要的理论依据。

一种合成电流控制的无刷直流电机转矩脉动抑制系统

具有非换相相电流反馈的无刷直流电机的传统双闭环调速系统,因非理想梯形波反电势和非理想方波相电流存在较大转矩脉动,该文引入正比于瞬时转矩的合成电流变量,并推导出每个扇区下的合成电流与非换相相电流之间的关系式,通过控制所需合成电流的对应非换相相电流,达到抑制转矩脉动的目的。此外,为了减小换相转矩脉动,采用一种基于PWM-on的新型调制方式。该调制方式在换相期间,三相将进行配合调制,通过计算给每一相分配不同的调制占空比,使开通相和关断相的电流变化率相等。所提转矩脉动抑制方法通过相应的Matlab仿真和数字信号处理驱动实验,验证了其可行性和有效性。