三相电压型PWM整流器的二自由度内模控制

在电压型PWM整流器的控制中, 广泛采用d-q旋转坐标系下电压电流双闭环控制策略。基于传统的双闭环控制策略的不足,提出了二自由度内模控制（IMC）策略。 其中电流内环基于合成矢量的思想, 提出了二自由度内模解耦控制; 电压外环基于功率守恒的思想, 提出了扰动快速消除的二自由度内模线性控制。所提控制策略简单易于实现, 既统筹考虑有功电流和无功电流综合控制并优化了PI参数整定, 又实现了线性化的间接电压控制且能够快速消除扰动对系统的影响。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

多机下垂系统并联运行稳定性研究

在采用下垂控制的孤岛微电网中,为合理设计下垂系数,常忽略电压电流环等影响并通过建立下垂环节的小信号模型分析系统稳定性。但孤岛系统中各分布式发电单元之间存在谐波交互作用,为此,该文考虑逆变器电压电流闭环作用,通过推导孤岛系统中公共耦合点电压与参考电压以及输出电流的关系式,建立多机下垂系统的等效戴维南模型,利用基于阻抗的Nyquist稳定判据判断系统稳定性。理论分析和仿真结果证明了线路阻抗对系统谐波稳定性的重要影响。     

基于互联和阻尼分配跟踪的孤岛微电网非线性电压功率控制

针对孤岛微电网中分布式电源变换器应对大扰动能力差、扰动过程中电压和功率波动大、且无法回到原始运行状态等问题,该文提出了一种适用于孤岛微电网中多分布式电源变换器的非线性跟踪控制方法。该控制方法基于同步参照系（synchronous reference frame, SRF）中的互联和阻尼分配无源控制器（interconnection and damping assignment passivity-based controller, IDA-PBC）进行设计,该控制器负责控制微网内功率转换装置（power conversion units, PCU）的动态特性。PCU包括DC/DC升压变换器通过互连电容与DC/AC逆变器耦合,并通过LC滤波器连接到电网。该控制器使 PCU在系统运行点变化期间平滑地抑制电压/电流和有功/无功功率的变化,同时精确地跟踪由下垂控制器产生的参考指令。最后,在多源孤岛微网上对PCU进行了时域仿真分析,将所提方法与PI控制器以及现有非线性控制策略进行比较,仿真结果表明,所提方法能较好地抑制大扰动下微网的电压、电流以及功率波动,控制效果明显优于PI控制和其他非线性控制。     

基于高效阻抗分析方案的孤岛微电网高频稳定性研究

基于下垂控制的孤岛微电网中,由于逆变器电压电流内环的快速响应及并联逆变器单元之间的交互作用,不同长度的传输阻抗会导致各逆变器输出电流产生谐波,引起高频稳定性问题,现有阻抗判据方法作为分析系统高频稳定性行之有效的方法存在判断过程复杂、保守性强等缺点。针对以上问题,本文通过推导逆变器输出电压与输出电流的关系,建立n台逆变器并联系统的戴维南模型,提出一种高效阻抗分析方案。该方法以逆变器线路阻抗最小的节点作为系统稳定情况最恶劣的判别节点,通过绘制该节点处源载阻抗比函数的奈氏曲线可以准确分析出孤岛微电网中的高频稳定性问题。与现有阻抗判据方法相比,该方法具有分析过程高效简洁、判断次数少、保守性弱等优点。理论分析与仿真结果验证传输线路对系统高频稳定性的影响及本文所提高效阻抗分析方案的正确性与有效性。     

微电网孤岛模式下无功分配及电压优化分层控制策略

针对在微电网孤岛模式下并联运行的分布式电源采用传统下垂控制策略时存在无功功率受并网线路阻抗影响较大、电压偏离额定值等问题,提出了微电网孤岛模式下无功分配及电压优化分层控制策略,将微电网优化控制过程分为两层:初级控制层针对分布式电源无功功率受并网线路阻抗影响较大问题,提出变系数法下垂控制策略,根据下垂特性和线路特性约束方程调整下垂系数,实现无功功率精确分配;二级控制层应用多智能体一致性算法维持微电网电压稳定。仿真模型使用PSCAD/EMTDC搭建,结果表明,分层优化策略使无功功率合理分配的同时提高了微电网电压水平。     

利用多功能模型参考修正的自适应PID控制器设计

基于参考模型和控制参数,文章设计了一种鲁棒的模型参考修正的自适应比例积分微分控制器,用于各种动态负载,增强孤岛微电网的电压和电流控制。针对负载动态、谐波源、异步电机、非线性负载和未知负载,评估了该控制器的有效性。结果表明,该控制器能够为单相和三相孤岛微电网系统提供高跟踪性能和安全操作。     

基于动态一致性算法的微电网无功功率分布式二级控制策略

微电网在孤岛模式运行时,由于线路存在阻抗效应,传统下垂控制无法精准分配输出的无功功率,而且通讯网络复杂,容易造成系统崩溃。文章提出了一种基于动态一致性算法的无功功率分布式二级控制策略,通过设计二级控制规律,将下垂控制和分布式二级控制相结合,在本地下垂控制器中,引入比例-积分控制器,对下垂特性曲线的参考电压进行自适应调节,实现了无功功率与线路阻抗和下垂系数的解耦;通过动态一致性算法实现分布式控制,构建稀疏的通信网络,由本地控制器进行自身决策。仿真分析及结果验证,当负荷突变和通信故障时,与离散平均一致性的分布式控制策略相比,文章所提策略有较好的动态性能。     

并网逆变器二自由度控制策略研究

为应对新能源分布式发电系统接入所致的电网阻抗变化对并网逆变器稳定运行的影响,提高其应对电网变化的能力,提出含电网阻抗估测的并网逆变器二自由度控制策略。首先构建含电网阻抗的并网逆变器模型,研究电网阻抗变化所致的阻抗失配对并网系统稳定性的影响;其次提出一种可独立调整跟随控制和抗扰控制的二自由度控制策略,设计出跟随控制器及抗扰控制器,采用非特征次谐波注入法实时估测电网阻抗,给出含电网阻抗检测的完整二自由度控制方案;最后进行仿真研究和实验验证。结果表明:所提二自由度控制策略具有同时兼顾电流快速跟随和抗电网阻抗扰动能力,可有效提高并网逆变器的稳定性。     

基于双积分滑模控制的光伏电压平衡器研究

文章采用三电平Boost电压平衡器将光伏电源接入双极性直流微电网。针对变换器正、负极输出电压不平衡问题,设计了一种基于PWM技术的双积分滑模控制器对电压平衡进行控制。与传统的PI控制器相比,该方法能提高系统的动态响应速度和增强鲁棒性。仿真结果表明,相比PI控制,该方法将电压平衡器的动态调节时间缩短42%以上,电压差峰值减小33%以上。同时,系统采取的控制策略能确保电压平衡的控制对光伏最大功率点追踪的控制影响极小。     

用于0.4 kV微电网的四桥臂APF改进型控制策略研究

采用无谐波检测控制原理,提出一种基于多内模原理的四桥臂APF改进型控制策略。首先通过等量代换直接将网侧电流、直流母线电压作为状态变量,建立四桥臂APF在αβγ静止坐标系下的数学模型。然后,针对应用于0.4 kV微电网的四桥臂APF的特殊要求:功率波动频繁、动态响应速度快,在αβγ静止坐标系下采用所提出的四桥臂APF改进型控制策略,即由比例积分PI、矢量谐振VR、重复控制RC构成的多内模复合控制器作为四桥臂APF的电流环控制器,使得四桥臂APF具有动态响应速度快、稳态精度高、计算量小的特点,为0.4 kV微电网的优质电能提供保障。最后通过仿真和实验验证所提控制策略的可行性。     

变风速下双馈异步风机在微电网中的电压频率协调控制

微电网线路阻抗比值较大,当微电网孤岛运行时,负荷频繁投切导致微电网电压、频率波动较大。文章对双馈感应风电机组与柴油机协调控制共同为微电网提供电压、频率支撑,提出了DFIG在微电网中的电压、频率协调控制策略。DFIG有功功率控制采用虚拟惯量控制与超速减载控制,并采用f-P下垂控制与柴油机配合对微电网频率进行调节。通过控制DFIG转子侧换流器的无功功率,并采用V-Q下垂控制与柴油机配合对微电网电压进行控制。最后在DIgSILENT中搭建了风光柴中压微电网模型,仿真结果验证了文章所提控制策略的有效性。     

孤岛微电网高频和低频稳定性关联研究

针对采用下垂控制策略的孤岛微电网中高频和低频稳定性关联问题进行研究。首先进行逆变器建模,通过基于阻抗的Nyquist稳定判据判断系统的高频稳定性。然后经过公式推导发现系统中存在的高频谐波会在功率计算中产生偏差,进而影响系统的低频稳定性。其次通过改变电压电流环控制参数或添加输出电流前馈控制方案去除高频谐波,同时达到改善低频稳定性的效果。最后,仿真和实验结果证明上述分析的正确性。     

用于分布式风电的LCL型STATCOM控制策略研究

为解决分布式风电接入电网带来的电压波动以及补偿装置谐波污染等电能质量问题,引入（inductance-capacitance-inductance,LCL）耦合型静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）。针对系统非线性时变的特殊性和装置补偿性能的提升,提出LCL型STATCOM基于过渡过程的并网点电压外环非线性PI与电流内环准-比例谐振（QPR）串级的双环控制。利用过渡过程降低信号起始误差,实现超调降低、响应速率加快;通过频率特性分析,设计了适合系统的QPR控制器参数。通过Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,对比分析双PI控制策略下装置的电压波动抑制和谐波治理效果。仿真结果表明,该控制策略对系统电压波动和电流畸变率具有更好的抑制效果,能有效提升系统运行稳定性和电能质量。     

基于SVC-MERS的微电网无功分时段多级补偿技术

为改善微电网无功/电压的稳定性,提出一种新型连续无功补偿装置——静止无功补偿磁能再生开关(SVC-MERS),且将其与晶闸管投切电容器(TSC)联合运行,实现微电网分时段多级连续无功控制。首先,对微电网无功不稳定问题进行分析,通过对比当前主流无功补偿装置,论证本方案的优越性;第二,详细介绍SVC-MERS的结构、原理与补偿特性;第三,针对传统相移控制的缺陷,提出基于二自由度的直接电压控制法,另外为提高响应速度,首次提出脉宽调制(PWM)方法,并通过仿真验证两种控制法协调执行的效果;第四,搭建微电网实验平台,研制一套容量为19 kvar的TSC+SVC-MERS装置,完成微电网的连续无功控制实验,实验结果验证了其实际效果。     

基于改进下垂控制的孤岛交流微电网无功分配研究

在孤岛运行交流微电网中,受分布式电源(DG)间等效线路阻抗差异的影响,传统下垂控制难以按照下垂增益合理分配无功功率。为此,提出一种基于自适应虚拟阻抗的改进下垂控制方法。即利用DG输出无功信息构造自适应虚拟阻抗,消除等效线路阻抗差异,从而提高无功功率分配精度,并添加电压补偿环节,补偿虚拟阻抗上产生的电压降落。此外,针对频率偏移问题,构造基于DG自身频率与频率参考值差值的积分项作为自频恢复环节以及基于DG输出有功与有功均值差值的积分项作为频率补偿环节。其中,功率均值利用基于局部信息的一致性算法获取,无需全局通信系统控制DG间的信息。最后通过Matlab仿真和RTDS实验设计,验证了所提策略的有效性。     

基于“风-光-储”测量数据融合的孤岛微电网一次调频参数优化模型

针对多种分布式电源接入孤岛微电网,使潮流分布更加复杂,导致微电网频率控制难以满足需求的问题,文章提出一种基于"风-光-储"测量数据融合的孤岛微电网一次调频参数优化模型。研究分布式电源参与微电网调频的调差系数和调频容量模型,基于"风-光-储"测量数据融合对"风-光-储"调频参数进行修正。考虑到"风-光-储"分布式电源调频的稳定性控制,以孤岛微电网中系统一次调频备用成本最小为目标,基于机会约束规划对调频参数进行优化,并采取基于拉丁超立方抽样的确定性转化方法进行模型的求解。仿真算例结果表明,文章所提出的优化模型,能够降低一次调频备用成本,提高了孤岛微电网的频率稳定性与经济性。     

城市微电网控制策略的研究

城市微电网是智能电网的重要组成部分,对微电网中各个并网逆变器进行协调控制,保证系统稳定和高效运行,是微电网控制技术研究的重点。通过展示城市微电网拓扑结构示意图,对其构成及运行特性进行了分析。分析和研究了微电网处在不同运行状态下的控制策略。分析认为:对于风力发电、光伏发电等间歇性能源发电,可以采用PQ控制策略或者倒下垂控制策略,用以优化系统运行;V/f控制、下垂控制策略能够为分布式微电源在孤岛模式下提供电压和频率支撑,确保用电客户的供电需求;设计的并网同步控制器,能够减小分布式微电源从孤岛向并网模式切换时对配电网的冲击,从而提高了微电网系统的动态稳定性。在比对城市微电网典型控制策略优劣的基础上,提出了低压微电网控制策略的发展方向。     

附加电流前馈的虚拟直流电机控制技术

针对直流微电网中惯性、阻尼支撑不足导致的电压质量变差的问题,该文提出了一种附加电流前馈的虚拟直流机控制（VDMC）策略。在该策略中,通过模拟直流电机的运行性能,建立适用于双向DC-DC换流器的控制结构,以提高对直流电压的惯性和阻尼支持能力。为消除负荷扰动初期的电压波动,设计电流前馈补偿回路提升VDMC抑制电压突变的能力。根据阻抗比稳定性判据,分析附加回路对直流微电网稳定性的影响。最后,在直流微电网半实物仿真平台上进行了实验验证。结果表明,附加电流前馈的虚拟直流电机控制策略,改善了惯性支持功能和电压阻尼,从而进一步提高了直流微电网的动态稳定性。     

基于分层控制的微电网与电网同步控制策略

以分层控制的微电网为对象,针对其在孤岛模式切换为并网模式过程中,微电网公共耦合点(PCC)电压与电网侧电压的幅值与相位的同步问题,建立并网开关两侧基波电压相位差、幅值差与误差电压幅值的关系式,并提出一种基于傅里叶变换的双扰动最小值搜索同步控制策略,可有效消除微电网PCC与电网侧基波电压差异,减小闭合并网开关瞬间对微电网造成的冲击。最终通过仿真和样机实验,验证该算法能有效减小微电网侧与电网侧电压基波分量间的差异,抑制由闭合开关对微电网造成的电流冲击。     

基于Park变换的线路阻抗参数在线辨识新方法

针对高压微电网或等效线路阻抗呈感性的低压微电网,提出孤岛运行模式下的一种线路阻抗参数在线辨识方法。通过Park变换将电压、电流变换到两相同步旋转坐标系下,利用电压、电流的直流分量求解线路阻抗,从而识别出线路电阻值和电感值。该方法不仅适用于三相平衡系统,更可在三相负荷不平衡情况下,实现对输电线路阻抗参数的在线辨识。仿真和实验中,将提出的Park变换法与Karrenbauer相模变换法进行对比,结果表明所提出的Park变换法易于编程且辨识精度较高。