H桥链式STATCOM直流电容电压稳定与均衡控制

H桥链式静止同步补偿器(STATCOM)是目前高电压大容量无功补偿装置的首选.由于其直流侧各链节的电容存在充放电过程和无公共母线而相互独立,不可避免地会出现直流侧电容电压脉动与失衡问题,而保持直流侧电容电压稳定与均衡是实现STATCOM装置高效动态补偿的关键.为此,此处详细分析了 H桥链式STATCOM直流侧电容电压脉动与失衡的机理,提出了一种适用于其直流侧电容电压稳定与均衡的综合控制方法,采用零序电压注入法调节相内有功功率均衡来实现各相变流器直流侧电容电压间的均衡,通过控制相内子模块的有功分配实现各相内的H桥功率单元模块直流侧电容电压间均衡.最后,在实验装置中对该方法的可行性及有效性进行了验证.理论分析和实验结果显示,所提控制方法具有稳定性高、动态性能好的优点.     

H桥级联型APF直流侧电压平衡三级控制

H桥级联型有源电力滤波器能够稳定工作的前提是各个直流侧电容电压均衡。由于各H桥单元的差异等原因,直流侧电压的不平衡不仅影响APF的谐波电流补偿效果,而且影响其安全运行。针对级联APF与电网之间的功率交换模型和补偿谐波电流的特征,通过控制APF输出五次零序电压来实现三相之间电压均衡、输出基波正序有功电流实现全局稳压。通过在相内每个H桥交流侧叠加有功电压矢量实现相内电压均衡,最终实现每一个直流母线电压的均衡稳定。同时H桥级联APF补偿谐波电流,降低网侧电流畸变率,低压环境下的仿真和实验结果验证了控制策略的有效性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

抑制直流母线电压波动的四象限级联型变频器前馈控制策略

四象限级联型变频器功率单元H桥的瞬时输出功率以2倍和4倍频率脉动,使得直流母线产生2次和4次纹波电压。单个功率单元输入端PWM整流器采用前馈控制策略能有效抑制母线电压波动,且总的并网电流无低次谐波。从功率单元的数学模型出发,推导出输入输出的瞬时有功功率,提出了基于瞬时abc理论的瞬时有功电流前馈控制来抑制直流母线电压波动,同时建立了基于Kalman滤波的负载电流估计模型。最后通过功率单元实验测试,验证了控制策略的可行性。     

基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器最小能量控制

构造了基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器,根据该装置直流母线电压可控的特点,提出了基于直流母线电压控制的最小能量控制方案。该方案通过控制直流母线电压的幅值,实现了有功功率从电网经十二脉波二极管整流器到直流电压母线的可控传输,减少了对斩波器输出有功功率的需求,降低了超导磁体的储能量,延长了电压暂降的补偿时间。同时,文中还对控制系统进行了整体设计,实现了动态电压的补偿和最小能量控制。仿真结果证明了所提控制策略的可行性。     

基于功率前馈的直流母线电压控制方法研究

传统背靠背双PWM换流系统中,当电网电压或负载状态突变时,直流母线电压波动幅度较大,若控制不当,将严重威胁系统的安全可靠运行。根据瞬时有功功率平衡关系,提出了一种功率前馈的抑制直流母线电压波动控制方法。通过建立负载状态前馈通道,将负载瞬时有功功率直接前馈到网侧瞬时有功功率控制环节,有效抑制了直流母线电压的波动,提高了系统的动态性能。搭建了Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,对有、无功率前馈控制的直流母线电压波动情况进行了对比,结果表明,功率前馈控制策略可有效抑制直流母线电压波动。     

四象限级联型多电平变换器的PWM整流器控制

分析了四象限级联型多电平变换器的功率单元中,H桥逆变器输出功率的脉动对PWM整流器控制尤其是对其直流母线电压的影响.提出外环控制器为直流母线电压反馈与负裁功率前馈相结合、内环电流控制为比例积分加谐振(PIR)调节器的PWM整流器控制策略.实验表明该控制策略即使在直流母线电容容量很小时,仍然能得到较为稳定的直流母线电压,验证了控制策略的有效性.     

基于负序电流前馈的星型链式STATCOM链间均压策略

针对星型链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在电网电压不平衡故障下链间直流母线电压不均衡的问题,首先对负序电流注入法的链间均压机理进行了理论分析,然后推导了负序dq轴电流与换流链有功功率的关系,求解了负序dq轴电流的稳态表达式;提出了一种新的基于负序电流前馈加闭环的链间均压控制策略。仿真分析与工业样机实验结果表明,所提出的链间均压策略达到了电网不平衡故障下换流链间直流母线电压平衡的目的,并且具有实现简单,响应速度快,直流母线电压动态波动小和电流冲击小的特点。     

中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法

直流侧各模块电容电压的稳定控制是保证级联H桥静止无功发生器(static var generator,SVG)正常运行的重要条件。推导了级联H桥SVG与电网交换的有功功率数学模型,得出了相间与相内各模块吸收有功功率的关系,总结了相内各模块直流侧电容电压不均衡的原因。为解决由脉冲延时造成的级联H桥SVG直流侧电容电压不平衡,提出了在全局调制信号的基础上叠加一个与补偿电流同向的有功电压来动态调节各模块有功功率的方法,并运用有功–无功解耦全局控制策略保证SVG设备实时无功补偿。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于系统功率平衡的电力电子变压器中双有源桥二次侧母线电压波动抑制策略

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器作为电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的核心组成部件,其控制性能直接影响PET的运行稳定性和可靠性。目前,一般采用单移相(singlephaseshift,SPS)方法对其有功功率进行双向调节,同时使二次侧直流母线电压保持稳定。而DAB二次侧直流母线电压的稳定性除了受输出级功率波动的影响外,还与一次侧直流母线电压扰动有关?本文同时考虑这2个影响因素,以三级式PET为例提出了一种基于系统功率平衡的控制策略?根据DAB的有功功率计算公式引入移相比因子,利用PI控制器实时调整移相比因子的大小,实现了对DAB二次侧直流母线电压的控制;将一次侧直流母线电压加入前向控制通道,使其与被控对象中的相同因子抵消,从而抑制了一次侧直流母线电压扰动的影响;考虑滤波电感的瞬时能量波动,计算出输出级逆变器的瞬时有功功率,并将其作为前馈扰动项加入到控制环路中,能有效衰减输出级功率变化引起的二次侧直流母线电压波动。最后,在一台380V/15kW的实验室样机上通过仿真和实验,对所提控制策略的稳态和动态响应性能进行了验证,证明了其有效性,同时,该方法还可推广到高压大容量PET应用中。     

链式静止同步补偿器子模块电压均衡控制

链式静止同步补偿器(STATCOM)在实际运行中,解决级联H桥功率模块的电容电压平衡是装置安全可靠运行的关键问题。首先对链式STATCOM的基本模型进行分析,阐述其工作的基本原理;然后以补偿H桥功率单元的有功损耗为出发点,通过引入交流平衡因子,提出了一种新型的分离直流母线电容电压均衡控制策略,其无需额外的辅助电路、具有良好的动、稳态性能,并且实现简单。同时,分析了该均压控制策略对系统运行特性的影响。最后,搭建链式STATCOM实验平台,验证了该均压控制策略的有效性。     

双PWM变换器功率前馈控制方法

为解决双PWM变换器控制直流母线电压波动偏大和系统响应慢的问题,提出了一种功率前馈控制方法。在整流器侧有功电流的给定值中加入逆变器有功功率对应的补偿量,在电机运行状态发生改变时不会直接改变直流侧母线电容电压的大小,而是直接改变整流器侧有功电流的大小。仿真结果表明双PWM变换器功率前馈控制策略能有效减小直流母线的波动,使减小直流母线电容成为可能,同时也提高了系统的动态响应性能。     

两级式并网变换器级联稳定性及控制策略研究

直流微电网通过并网变换器与交流电网相连,实现功率的双向流动及直流母线电压的稳定,两级式并网变换器以其直流侧电压调节范围大、动态响应快等优点被用于低压直流微电网中。以母线电压为400 V的直流微电网为背景,研究两级式并网变换器的控制策略及其级联稳定性。提出以直流母线电压为控制信号的两级式并网变换器均流策略,实现直流微电网功率的自动平衡及并网变换器功率的双向流动。建立两级式并网变换器的小信号模型,设计控制器参数,并根据阻抗比判据分析了两级式变换器的级联稳定性。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够跟踪直流母线电压的变化,平衡直流微电网功率,稳定直流母线电压,并实现并网变换器功率的双向控制,具有良好的动态响应。     

基于电压下垂法的直流微电网混合储能系统控制策略

以稳定直流母线电压和优化蓄电池工作过程为目的,提出了一种基于电压下垂法的直流微电网混合储能控制策略。该控制策略根据直流母线电压信息,利用超级电容快速补偿母线功率缺额的高频部分;通过蓄电池对超级电容进行能量补充,间接补偿母线功率缺额的低频部分;利用超级电容电压不能突变的特点,实现对蓄电池电流的平滑控制。控制系统以直流母线电压、超级电容电压及蓄电池荷电状态为判断条件,自动切换工作模式。实验表明,该控制策略可自动调节蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,有效地减小了蓄电池充放电次数,延长其使用寿命。     

具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略

为平抑直流微电网中的功率波动、提升直流母线电压动态稳定性,对储能接口变换器采用具有直流电机特性的直流母线电压稳定控制策略。该方法在双闭环恒压控制基础上加入了虚拟直流电机(VDCM)环节,详细分析其工作机理并进行小信号稳定性分析,建立光储直流微电网仿真及小功率实验平台对加入VDCM前后控制方法的作用进行比较。仿真和实验结果表明,加入VDCM后的控制策略具有直流电机的惯性和阻尼特性,能够有效缓冲和抑制功率波动对直流母线电压的影响,增强直流母线电压的稳定能力。     

4象限H桥功率单元PWM整流器的比例-积分-谐振控制

4象限H桥级联型多电平变换器的功率单元中,由于单相H桥逆变器的输出功率中含有2倍于输出电压频率的脉动分量,如果输入级的PWM整流器采用传统的控制策略,直流母线电压也将会含有该频率的脉动。在PWM整流器电压定向控制中,使用比例-积分-谐振(PIR)调节器控制电压环和电流环,抑制了直流母线电压的脉动,在小功率平台上的实验证明了该控制策略的有效性。     

不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越控制

并网逆变器在传统低电压穿越控制中存在有功功率指令不明确,易受直流电压外环控制参数影响的问题。此外两级式光伏并网系统中前级DC-DC变换器根据直流母线电压波动情况被动调整光伏输出功率,导致光伏侧动态响应速度较慢。提出了一种结合超级电容的两级式光伏并网系统不对称故障低电压穿越控制策略,该策略重点关注低电压穿越期间光伏侧的输出特性,可根据逆变器的输出能力计算其可输出的最大有功功率,利用直流母线两端的超级电容变换器稳定母线电压,光伏升压变换器用于控制光伏功率出力以快速与逆变器有功功率出力匹配。仿真结果表明,在不对称故障下,所提方法可在稳定直流母线电压的同时,实现光伏侧输出功率的快速调节。     

独立光储直流微电网分层协调控制

针对独立运行的光储直流微电网,提出分层协调控制策略。第一层控制光伏和储能系统等单元独立运行,且各单元变流器可依次对母线电压进行自动调节。采用自适应下垂控制协调多组储能来稳定母线电压并根据最大功率和荷电状态自动协调不同储能电池之间的负荷功率分配。当独立直流微电网中所需储能系统充电功率超过其最大允许功率时,光伏系统由最大功率跟踪控制切换为下垂模式控制母线电压稳定,且不同光伏单元可根据各自最大功率自动分配负荷功率,同时采用电压前馈补偿控制动态调整下垂控制器的参考电压将母线电压提升至额定值。为了提高运行效率并增强直流母线电压的稳定性,第二层控制根据母线电压协调不同变流器的工作方式,确保不同工作模式下均有变流器根据电压下垂特性控制直流电压来维持系统内的有功功率平衡。最后在Matlab/Simulink搭建仿真模块,分别验证在三种不同工作模式下所设计分层控制策略的有效性。仿真结果表明,该分层控制可实现独立直流微电网的稳定运行。     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

虚拟直流发电机励磁补偿控制策略

虚拟直流发电机(VDCG)功率协调控制策略将直流电机算法嵌入到DC/DC变换器控制回路中,使其模拟直流发电机运行特性,提升直流微网直流母线电压的动态稳定性。该控制通过功率分配环实现不同容量储能装置间的功率协调分配,但已有的VDCG功率协调控制策略均采用固定励磁磁通作为虚拟电机励磁系数,当再生能源输出功率发生波动或负载发生投切时,直流母线电压会产生稳态电压偏移。为消除母线电压偏移,在详细分析VDCG功率协调控制工作机理的基础上,提出虚拟直流发电机励磁补偿控制策略,通过实时补偿VDCG励磁,消除母线电压偏移,稳定直流母线电压。构建储能装置双机并联光储直流微网仿真及实验平台,分别在再生能源功率波动和负载投切情况下对传统固定励磁磁通功率协调VDCG控制及所提VDCG励磁补偿控制策略进行对比仿真及实验验证,证明所提控制策略的正确性。