面向直流储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器及其模型预测控制策略

光伏系统中直流母线电压受光伏发电端及负载影响变化范围较大,传统储能直流变换器难以适应储能侧及母线侧双端宽电压范围运行。该文提出一种适用于储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器,该变换器具有对称的拓扑结构,能量向任意方向传递时,均可实现升、降压功率变换,从而解决储能系统在宽母线电压工况下的应用问题。此外,该文提出基于所提变换器的模型预测控制（MPC）策略,该策略通过建立电感电流的预测模型,引入电感电流和输出电压的双闭环控制,实现稳定输出电压的控制目标。同时,建立飞跨电容的独立预测电压闭环,在保证输出稳压的基础上,实现对双侧飞跨电容电压的独立控制。最后,通过搭建小功率实验平台验证了所提变换器及其控制策略的有效性。     

非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法研究

由于直流电网中直流母线电压的变化对储能系统的运行有干扰,且储能系统采用双向直流变换器调控直流母线电压时会产生严重的非线性问题,导致母线电压不稳定。因此提出非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法,构建非隔离双向四端口直流变换器拓扑结构。该变换器采用单向和双向两种工作模式,且采用互补PWM控制方法控制双向直流变换器工作流程,并通过反步滑模变换器结构控制器,确保非隔离双向直流变换器在确定性差、非线性和外围影响状况下的稳定运行。实验验证该方法有效实现了非隔离双向直流变换器反步滑模控制,确保直流母线电压保持稳定,且方法具有较高的鲁棒性。     

基于单周期控制的三相VIENNA整流器中点电压平衡控制策略

三相VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位NPC(neutral point clamped)结构变换器,其具有所需开关器件少、功率因数高、开关管电压应力小和控制环节简单等特点,具有较高的研究价值。而中点电位波动是NPC结构变换器固有的问题,以单周期控制的三相VIENNA整流器作为研究对象。对其直流母线电压利用率较低和中点电压交流波动的问题进行建模分析,提出了在单周期控制基础上加入中点电压平衡控制环,不仅可以基本消除中点电压波动,而且可以提高直流母线电压利用率。最后通过仿真验证了所提控制策略的正确性。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter, APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。     

三电平双向DC-DC变换器的模型预测控制方法

针对传统双闭环控制动态响应慢、PI控制器控制参数选择困难的缺点,提出采用模型预测控制(MPC)方法对三电平双向DC-DC变换器进行控制。该方法通过预测模型的建立和目标函数的最小化两个环节实现对控制目标性能的优化。对传统PI控制和模型预测控制搭建仿真模型,仿真结果显示模型预测控制方法可以使直流母线电压超调量控制在0.25%以内,使蓄电池充放电电流波动范围控制在0.1%以内,由此证明模型预测控制方法可以更好地实现直流母线电压的稳定,优化蓄电池的充放电过程。同时,采用模型预测方法控制三电平双向DC-DC变换器可以实现中点电压的自平衡。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究一种基于多模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统,该系统可有助于减小超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。超级电容组间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。对超级电容组的均压控制和储能系统能量管理策略进行分析和设计。利用双向变换器的小信号模型分析超级电容储能系统电流控制与超级电容组间均压控制的关系,设计多模块多电平双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制网侧电感电流的同时实现超级电容组间电压均衡的解耦控制。进一步,根据母线电压变化及超级电容荷电水平(state of charge,SOC)提出储能系统能量控制策略。系统仿真和实验验证了所提出的基于MMC双向变换器的超级电容储能系统控制策略的有效性。     

基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略

针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。     

三相四线制三电平整流器小信号模型与改进控制

在分析三相四线制二极管中点箝位型(NPC)三电平整流器小信号交流模型的基础上,以电网电流正弦且单位功率因数运行为目标,在dq0坐标系下,提出基于复矢量解耦的PI+谐振控制的电流控制策略,以零极点相消的方法设计PI控制器;引入2倍基波频率的谐振控制器,以抑制硬件参数分散性和电网电压不平衡导致的网侧负序和3次谐波电流。为了解决不平衡负载引起的整流器正负母线电压不均的问题,在总压控制环的基础上,将正负母线电压差作为反馈量构建均压控制环路,实现直流侧电压均衡。最后,在10 kW的三相四线制三电平整流器+逆变器平台上进行实验验证,结果表明,在提出的控制策略下,整流器网侧电流质量高,输出的直流母线电压稳定且均衡。     

一种两级式隔离型双向DC/DC变换器的分析与设计

提出了一种两级式隔离型双向DC/DC变换器,该变换器包含一个闭环的前级DC/DC变换器和一个开环的后级LLC谐振变换器。当能量从低压直流母线传输到高压直流母线时,变换器等效为Boost变换器+全桥倍压LLC谐振变换器;当能量反方向流动时,变换器等效为半桥LLC谐振变换器+Buck变换器。通过分析变换器工作原理与设计要点,提出了以效率为目标的中间直流母线电压优化方法,并研制了1台12 V/336 V、1 kW的样机,其优化后的中间直流母线电压额定值为50 V。样机实验结果验证了所提变换器的良好工作性能。     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。     

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。     

三电平APF谐波电流及中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器,提出一种基于带柔化输入的模型预测控制方法用于谐波补偿。同时,为避免直流侧中点电位的波动和偏移问题给系统稳定性带来的不利影响,采用基于平衡因子和简化SVPWM算法的中点电位平衡控制策略。模型预测控制方法根据实际有源电力滤波器控制系统设计电流预测模型,同时将预测输出与实际输出的偏差及时反馈,结合滚动优化,使有源电力滤波器的补偿电流快速跟踪参考值。直流侧母线电压控制采用简化三电平SVPWM算法,简化了算法同时保证了中点电位平衡。建立了APF预测电流控制的等效模型,并进行了仿真验证。所提方法有效柔化电流输入从而减小超调,较传统预测控制方法更为稳定,减少了谐波含量和改善了补偿精度,并保证了直流母线电压的稳定和中点电位快速平衡。仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

模块化双向AC/DC变换器并联系统无缝切换控制

研究模块化双向AC/DC变换器并联运行系统,分析指出现有单模块双向运行控制方法引起各并联模块的功率流向不一致的问题;研究系统功率流与直流母线电压变化趋势的内在联系,提出一种模块化AC/DC变换器的双向运行控制方法,分别采用正向和负向电压调节器以保证各并联模块的功率流向一致;整流和逆变状态以不同的直流母线电压运行、自然区分两种功率流向。提出的控制方法可以实现各并联模块整流与逆变之间的无缝切换。详细分析系统稳定性,并指出多模块并联对系统动态特性有所改善;给出关键参数的设计准则。搭建实验验证系统,进行稳态和动态实验。实验结果证明了所提出控制方法的可行性和有效性。     

大容量链式电池储能系统及其充放电均衡控制

为实现高母线电压、大容量的城网储能.结合链式DC/AC变流器拓扑及多重化双向DC/DC变流技术,提出一种适合于大容量、多储能模块的电池储能系统结构.该储能系统可以不通过升压变压器直接接入10 kV以上电压等级母线,并可在较低开关频率下达到良好的输出谐波特性;系统中每个串联单元的直流电压可在电池组端电压的基础上进一步提高...     

NPC三电平变流器中点电位平衡控制研究

三电平中点箝位型(NPC)变流器具有输出电压谐波小、器件开关损耗低等优点,作为变流器拓扑被广泛关注和研究。针对NPC三电平变流器中点电压平衡控制问题,本文通过分析NPC三电平变流器的数学模型和中点电位电压波动原理,提出一种零序电压分量注入法,并通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型,通过对比试验分析,充分验证了所提方法可以在有功、无功输出工况下,实现中点电压平衡控制,且系统运行情况良好。     

基于多代理技术的直流配电网电压控制方法

提出了一种智能多代理电压控制方法以应对高分布式电源渗透率给直流配电系统电压调节带来的挑战。所提控制方法分为2层,在第1层中,将与交流/直流(AC/DC)转换器相接供电节点设置为中枢点,通过调节该节点电压来把系统电压控制在规定的范围内。在第2层调节方案中,通过优化系统中所接分布式电源的有功出力来控制直流配电系统电压。算例验证了所提电压控制方法的有效性和经济性。