基于附加电平MPC的MMC环流抑制与子模块双重均压控制

针对模块化多电平变换器的相间环流与子模块电压波动问题,提出了基于附加电平模型预测控制的环流抑制策略,利用附加的补偿电平实现总子模块数的实时更新,达到环流抑制目的;同时,将相间均压与相内子模块均衡作为子模块的第一重均压控制,再将所投入的子模块电压排序处理构成第二重均压控制.通过分析模块化多电平变换器的桥臂环流与桥臂电压之...     

光伏-蓄电池联合供电系统中三端口变换器的解耦控制研究

为降低光伏-蓄电池联合供电系统中的双Buck/Boost与双有源桥集成式三端口变换器多控制回路间的耦合程度,提出基于小信号模型的解耦控制策略和基于大信号模型的解耦控制策略,并搭建一台400 W的实验样机进行验证.结果表明2种策略均可降低多控制回路的耦合程度,但基于小信号模型的解耦控制效果对于静态工作点敏感程度高,基于大...     

基于多目标递阶模型预测理论的MMC能量协同控制研究

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统（MMC-HVDC）具有广阔的发展前景,针对常规控制方法在不平衡网压下存在控制复杂且换流器内部能量难以控制等缺陷,提出基于多目标递阶模型预测理论的模块化多电平换流器（MMC）能量协同控制策略。该方法通过优化控制各桥臂的各电流分量来调节MMC功率分布,实现交流侧三相电流与换流器内部能量平衡的协同控制;为简化控制复杂度、降低控制计算量,对传统模型预测控制进行优化,建立相应的预测模型和目标函数,并将控制目标划分为内部和外部特性的分层控制,利用外部特性控制的最优解及内部特性分析结果,优化内部特性控制的寻优范围。最后,通过仿真和实验的结果验证所提出的控制策略能更快实现正常及交流侧不平衡工况下的换流器安全稳定运行。     

用于海上风电场直流输电的新型变换器

针对永磁直驱风力发电机变流技术的特点,并根据柔性直流输电系统的电压和功率控制要求,提出了一种新型的直流变换器。该变流器采用三电平拓扑结构、内环电流峰值控制,以及适用于三电平Boost变换器电流峰值控制的双梯形波补偿控制方法,经Matlab／Simulink仿真,研究结果证明该变流器具有功率开关电压应力小、电抗器电流脉动小,以及运行可靠、动态响应性能好等优点,适用于海上风电柔性直流输电等大功率、高电压场合。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制（MPC）的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。     

基于双环控制的双馈风力发电机组控制策略

在分析了双馈风力发电机组运行特性的基础上,提出一种基于双环控制的变换器控制策略。在转子侧,变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,推导出了用转子有功电流和无功电流独立解耦控制有功功率和无功功率的策略,并实现了风能的最大跟踪;在电网侧,变换器采用电网电压定向矢量控制技术,构建了电流内环、电压外环的双闭环PI控制系统。利用PSCAD/EMTDC软件,构建了双馈风力发电机组仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和合理性     

基于输出端谐振解耦的三端口直流变换器

针对三端口变换器的功率耦合问题,提出基于输出端谐振解耦的三端口变换器,通过在输出端全桥构造谐振腔来解除控制量对光伏端口和储能端口的功率耦合作用,将三端口变换器等效为2个输出并联的二端口变换器,并直接沿用二端口变换器系统的控制策略,使控制过程更加简单平滑,降低三端口变换器的控制环节设计难度。首先介绍变换器的拓扑结构,并分析电路的功率传输特性和变换器的控制稳定性;搭建输出功率500 W的实验样机,对拓扑结构和控制策略的有效性进行验证。     

基于R~2LC~2的中高压多电平UPQC拓扑评估体系

构建了一种基于R~2LC~2(可靠、冗余、损耗、特性、成本)的中高压多电平统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)拓扑评估体系。选定多种应用于UPQC的多电平拓扑结构类型,建立多电平UPQC拓扑结构的损耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型和器件模型,分别用以分析并形成损耗与拓扑关系、拓扑可靠性、暂稳态特性、系统稳定性、结构与成本关系的评价指标。结合五种评价指标的相互影响关系,建立层次分析模型,定量得到五种评价指标的权重系数,构造成对比较矩阵,计算排序权向量,全面分析多种多电平UPQC拓扑结构的整体性能,实现多电平UPQC拓扑结构的综合准确评估,提供多电平UPQC变流器拓扑结构类型的选择依据。选取级联H桥、模块化多电平变流器和换桥臂多电平变流器为实际应用范例,验证了所提评估体系的可行性。     

采用VSC-HVDC的海上风电场柔性直流输电系统控制策略研究

以实际应用于海上风电输电工程中的三相两电平电压源换流器为研究对象,通过对换流器主电路拓扑结构进行坐标变换,建立了便于解析的两相旋转dq坐标系下的数学模型;换流器控制系统采用了双闭环PI控制方法,并引入电流解耦控制,实现了一侧定有功、一侧定直流电压控制,提高了系统的动态性能和抗干扰能力;采用了SVPWM调制方式进行调制,有效地降低了谐波含量和开关损耗;采用Matlab/Simulink仿真,并搭建了3.5 kW试验验证平台。结果表明该方案控制效果良好,电压、电流波形稳定、谐波含量少且响应速度较快。因此,适用于海上风电场柔性直流输电系统。     

带恒功率负载多电平Boost变换器的复合非线性控制

针对带恒功率负载的多电平Boost变换器,提出一种将非线性干扰观测器和自适应滑模控制器相结合的复合非线性控制策略。首先应用精确反馈线性化方法将模型转化为布鲁诺夫斯基标准形式。然后在保证大信号稳定的前提下,将自适应控制方法和非线性干扰观测器加入到滑模控制器的设计中,利用李雅普诺夫理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明,与双闭环PI控制方法相比,该控制策略具有更好的动态调节性能和更强的鲁棒性。     

基于无源控制策略的MMC-DVR控制系统

为了提高高压电网电压质量补偿效果,提出基于模块化多电平换流器（MMC）的动态电压调节器（DVR）系统的无源非线性控制方法。首先,介绍MMC-DVR的框图以及工作原理,根据基尔霍夫电压电流定律,分别构建abc静止与两相dq旋转坐标系下的数学模型;接着提出无源控制方法来解决问题;最终,在Matlab/Simulink软件实验平台上构建MMC-DVR系统,构建仿真验证无源非线性控制的可行性和优越性。与传统PID相比,无源策略能使系统迅速稳定,提高抗扰能力,采取阻尼注入,能快速、有效地对电压降落/升高和谐波进行补偿,并且无源非线性控制器控制规律简单,所需控制器数量少,可避免PI控制参数选择困难及繁复的缺点。     

转子电流混合控制的并网型绕线式异步风力发电机系统

在分析绕线式异步风力发电机系统转子变流器组成特点的基础上,提出一种新型转子电流混合控制的电路拓扑结构及其控制策略。分析了其中双馈运行和斩波调阻运行两种控制方式之间的切换过程和实现连续过渡的控制规律,并对该风力发电系统进行了动态仿真研究。结果表明,该控制方法兼备双馈控制法和斩波调阻法的一些优点,显著降低了转子变流器的硬件成本,实现了两种控制方式之间的连续过渡,可以满足变速恒频风力发电机系统的要求。     

Power decoupling control of DFIG rotor-side PWM converter based on auto-disturbance rejection control

In this paper, double PWM converter AC excitation system of the variable speed constant frequency doubly fed induction generator (DFIG) for wind power generation is taken as the research object. At present, most vector control systems of rotor-side PWM converter adopt feedforward compensation to realize the purpose of power decoupling control. The decoupling effect is greatly affected by the power changes. A power decoupling control strategy based on auto-disturbance rejection control (ADRC) is proposed. The decoupling control between active power and reactive power is realized by observing the coupling term and the total disturbance of the d-axis and q-axis components of the stator current and the stator voltage with the extended state observer and compensating. Simulation analysis and experimental test show that, on the basis of vector transformation, the rotor-side PWM converter power decoupling control based on ADRC has a small overshoot and fast dynamic response when tracking the change of wind turbine input power, which can achieve the decoupling control between active power and reactive power well. The system has strong robustness and adaptability.     

一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器

为减小双向变换器低压侧电流纹波,改善变换器硬开关现象,降低其闭环系统设计的复杂程度,提出一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器。该变换器在低压侧全桥桥臂中点加入2个交错并联的Boost电感,在增加变换器增益的同时可减小变换器低压侧电流纹波,高压侧为倍压整流电路,进一步增加了变换器增益,同时利用变压器漏感与谐振电容谐振创造了高压侧开关管ZCS的条件。该变换器正反向均采用PWM+PFM混合调制控制,通过改变占空比调节输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS,采用该控制方案降低了变换器闭环系统设计的复杂程度,并可减小高压侧开关管的关断损耗。搭建一台600 W试验样机,进行正反向实验,验证所提方案的有效性。     

微网双向变流器的解耦控制策略研究

在微电网中,双向变流器作为核心组网装置,起到稳定接入点电压,降低网损率和提高功率因数的作用。但是在同步旋转坐标系下,双向变流器是一个强耦合、非线性的系统,因此需要对其进行解耦控制,以保证并网电流能够快速无差地跟踪给定信号。研究双向变流器的解耦控制策略,对其在同步旋转d-q坐标系下的数学模型进行了推导和分析,在此基础上采用PI控制和前馈控制相结合的解耦控制方法,将原系统进行线性化解耦,消除了有功与无功电流的耦合,实现系统的解耦控制。实验结果表明,所提解耦控制策略能够降低稳态跟踪误差和总谐波失真,具有较好的控制性能。     

考虑控制链路延时的风电场经MMC-HVDC并网系统稳定性分析及提升策略

柔直换流站的双闭环控制结构易引发链路延时导致系统失稳,基于小信号稳定性分析,提出基于改进粒子群（PSO）算法控制器参数优化的稳定性提升策略。首先,建立考虑链路延时的d-q旋转坐标系下68阶详细状态空间模型,并利用时域仿真模型进行验证。其次,基于特征根分析控制链路延时对系统稳定性的影响,获取风电场侧换流站双闭环控制器链路延时作用影响系统稳定性的特性,通过参与因子法筛选出影响系统稳定性的控制器参数。最后,以阻尼比和特征根到虚轴的距离为优化目标,提出基于改进PSO算法的稳定性提升策略。结果表明所建立考虑控制链路延时稳定性分析模型和稳定性提升策略的有效性,且在系统控制链路延时较长情况下,稳定性提升效果较为显著。