AC/DC-DC/AC级联变流器DC与AC双侧双向交互稳定性分析及协调优化控制

AC/DC-DC/AC级联变流器系统面临双向功率流动时,若不切换变流器控制策略,直流侧与交流侧的稳定性在正向功率与反向功率之间存在明显的差异,即双向功率稳定性差异,这种稳定性差异可能会导致系统发生振荡。针对这一问题,对直流侧和交流侧变流器阻抗进行了小信号建模,对比分析了各端口变流器阻抗在正反向功率下的阻抗特性差异,并提出了一种协调优化控制策略,发生扰动时,使其同时优化AC环节与DC环节在双向功率下的稳定性。通过阻抗稳定判据以及奈奎斯特稳定性判据,分别对比分析了交、直流侧优化前后正向功率与反向功率下稳定性的变化。研究结果表明:采用协调优化控制后,交流侧和直流侧电压在双向功率流动的情况下都能保持较好的稳定性,双向功率稳定性差异被大大减小。最后所提出控制策略的有效性通过Matlab/Simulink仿真和实验进行了验证。     

交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标，2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器（VSC）进行直流互联。在功率双向流动系统中，定功率控制模式下变流器作为功率负载时，其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性，进而减小系统阻尼，容易让系统失去稳定。针对该问题，提出一种多阻抗优化控制方法，不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗，还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化，减小两侧阻抗的相位差，多角度增强系统的稳定性。首先，对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次，对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后，分析了多阻抗优化控制的工作机理，并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据，对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明：提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化，不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正，还可以减小直流侧阻抗间的相位差，使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。     

弱电网下双向并网变流器虚拟正阻尼重塑控制

针对弱电网下恒功率控制模式中双向并网变流器系统稳定性会因功率传输方向的不同而产生差异进而引发系统振荡甚至失稳的问题，提出了一种虚拟正阻尼重塑控制策略，将负阻抗重塑为正阻抗，增强系统阻尼进而提升稳定性。首先，详细地建立了双向并网变流器交流侧端口阻抗在d-q坐标系下的小信号模型，分析了不同功率方向下阻抗特性的差异。其次，结合系统最小环路比表达式和电网等值阻抗表达式，基于奈奎斯特稳定判据，分析了电网等值阻抗大小和功率传输方向两个因素对系统稳定性的影响。然后，分析了弱电网下双向逆变器虚拟正阻尼重塑控制策略，并对其进行建模与分析。结果表明：虚拟正阻尼重塑控制可以实现将负阻抗重塑为正阻抗，并增强系统阻尼。并且，即使在电网等值阻抗较大的弱电网下，系统也能保持较好的双向功率稳定性。最后，基于MATLAB/Simulink和小功率实验平台验证所提策略的有效性。     

直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

分析直驱永磁同步风力发电机组(DDPMSG)在电网故障情况下的低电压运行特性,提出一种综合控制策略,包括通过变桨距控制实现最大风能追踪;控制发电机电磁功率以控制直流链及电网侧逆变器的功率;利用发电机侧功率控制网侧变流器的电流,实现直流链电压的稳定,以提高直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越能力,维持所并电网的运行稳定性。运用仿真分析软件PSCAD/EMTDC建立DDPMSG及其控制策略的仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性和可行性。     

直流微网双向DC/AC变流器的协调控制

直流微网并网运行时,常通过多个双向DC/AC变流器实现与大电网的互联.为实现该工况下系统稳定运行并解决多台双向DC/AC变流器并联功率分配问题,提出了一种双向DC/AC变流器的交流功率-直流电压下垂控制方法.该方法通过测量变流器交流侧有功功率,按照预设下垂曲线调节直流侧电压指令值,实现直流微网与电网功率双向流动,以及多台双向DC/AC变流器的协调运行.其次,建立了所提控制方法的小信号模型,分析了下垂系数对系统稳态及动态性能的影响.最后,仿真与实验结果表明,所提控制策略可按照预设下垂曲线调节直流母线电压和进行多台双向变流器功率分配,快速响应上层调度指令以及直流微网内功率变化,具有较好的动稳态性能.     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

真驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

分析直驱永磁同步风力发电机组（DDPMSG）在电网故障情况下的低电压运行特性,提出一种综合控制策略．包括通过变桨距控制实现最大风能追踪：控制发电机电磁功率以控制直流链及电网侧逆变器的功率;利用发电机侧功率控制网侧变流器的电流,实现直流链电压的稳定,以提高直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越能力,维持所并电网的运行稳定性。运用仿真分析软件PSCAD／EMTDC建立DDPMSG及其控制策略的仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性和可行性。     

基于阻抗法的并网逆变器小信号稳定功率极限分析与提高

随着可再生能源发电在电网中所占比重不断增加,由并网逆变器引发的电力系统小信号稳定性问题日益凸显。为了明确并网逆变器系统运行的功率裕量,增强系统的小信号稳定性,采用阻抗法对并网逆变器的小信号稳定功率极限进行研究。根据广义奈奎斯特稳定判据的边界条件定量计算了并网逆变器的小信号稳定功率极限。结果表明,该功率极限小于静态稳定功率极限,随着电网短路比的减小而减小,随着锁相环带宽的增大而减小。提出了一种改进锁相环结构,从控制的角度等效增大电网短路比,从而提高并网逆变器的小信号稳定功率极限。最后,通过阻抗分析和系统仿真验证了改进锁相环对于提高小信号稳定功率极限的有效性。     

微电网并网逆变器逆向功率抑制策略研究∗

针对微电网并网逆变器并网过程中,逆变器与大电网之间的阻抗关系导致的微电网并网功率逆向传输使得微电网直流侧电压升高的问题,采用自适应虚拟阻抗与变增益功率下垂控制相结合的控制策略对微电网逆向功率进行抑制,使得微电网直流侧电压保持稳定,并通过 MATLAB/Simulink进行了相关仿真验证,仿真结果与理论分析一致,验证了控制策略的有效性.     

有功功率载荷波动对分布式发电并网逆变器稳定影响分析及其改进控制策略EI北大核心CSCD

针对功率变化引起的逆变器并网稳定性波动问题,基于阻抗稳定性判据,以三相LCL型并网逆变器为例,考虑锁相环在系统中的影响,建立电流环控制的并网逆变器交流侧输出阻抗小信号模型,分析功率变化与系统稳定的交互影响。研究系统传输功率增大会导致系统稳定性变差的现象,提出引入直流端电流补偿控制策略,该方案提高了并网逆变器交流侧输出阻抗在低频段增益,增大了系统稳定裕度,有效地处理了功率因素导致的系统稳定性波动问题。同时,在响应速度方面,无论是稳态还是暂态,加入直流电流补偿后的变流器并网系统调节时间更短,响应更为迅速,调节时间只有原系统的30%左右。最后,搭建三相LCL型逆变器并网仿真系统,通过仿真验证了文中理论分析的正确性。     

基于电池电流前馈控制策略的两级式双向储能变流器控制

当下储能发展的速度以及多样性催生了多种不同电压等级的储能电池,所以能适应不同电压等级电池组的双向储能并网系统是当下分布式发电发展的关键,而由于直流的DC/DC变流器具有升压功能,所以将直流斩波与逆变背靠背设计能够满足此条件,但是由于在电池充放电过程中直流母线电压存在严重暂态波动,严重降低了储能系统的稳定性。为此本文针对背靠背的储能变流控制系统在充放电过程中所出现的暂态性提出一种基于电池参考电流前馈补偿控制策略,并采用不同电压等级的电池接入系统进行仿真验证。     

交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略

交直流混合微电网中的AC/DC双向变流器,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。为了使直流微电网部分作为一个电压功率可控的单元接入交流母线,提出了一种新的AC/DC双向变流器控制策略,用于平衡交直流微电网间的功率流动并提高系统联网和孤岛运行的稳定性及可控性。在联网模式时,新方法基于dq坐标系,通过直流侧电压外环给定内环直轴电流参考值,进而控制功率流动和联网运行。孤岛模式时,新方法以交直流母线的电压差值作为外环,控制功率在交直流母线间的流动,使其互为支撑,提高系统稳定性。与传统的并网控制不同,新方法     

光伏并网系统能量双向流动控制策略研究

基于传统的前级Boost后级全桥的并网逆变器结构,提出了一种新的控制策略,利用全桥作为双向AC/DC变换器,以直流母线电压外环输出作为系统能量管理的依据,实现光伏并网系统能量双向流动,为直流负载提供电能.通过改进传统的扰动观察法,实现局部阴影条件下最大功率点跟踪,提高能量利用率.最后通过仿真验证了所提出的控制策略的正确...     

直流三端子输电特性的研究

在使用他励式电力换流器的并列式直流多端子送电系统中，根据电力系统的需要，有时对支线换流站进行从整流到逆变，或者与之相反的切换，为了对支线换流站的电压极性进行切换必须使支线换流站与直流系统一时脱离，这样极为不便，为了解决这一问题，如果在需进行上述切换的支线换流站设置双向电力换流器，在进行由整流到逆变，或与之相反的切换时，则不必使支线换流站与直流系统相脱离，只需用正弦波电流跟随控制方式，改变基准电流的     

交流配电网中柔性直流互联装置阻抗稳定性分析及阻抗协同重塑控制

对于交流配电网中的柔性直流互联装置,当功率方向变化时,负阻抗会随之在装置内定功率控制换流器的直流侧和交流侧进行转移,降低了系统稳定性.针对此问题,提出了一种阻抗协同重塑控制策略.首先,介绍了配电网中柔性直流互联装置的结构;其次,分别建立了装置内两侧换流器多个端口阻抗在功率双向传输下的小信号模型,探究其阻抗特性;然后,对所提控制策略的工作原理进行了分析,且对重塑后的阻抗进行了建模,对比分析了阻抗重塑前后系统的稳定性;最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台对所提控制策略的有效性进行了仿真和实验验证,结果表明所提方法通过协同作用可将直流侧和交流侧的负阻抗均重塑为正阻抗,从而能同时改善换流器两侧的稳定性.     

一种新型正激式三电平逆变器

本文提出以正激变换器为基础的正激式三电平逆变器。该变换器电路结构由依次连接的输入高压直电源、三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器、输出滤波器以及输出交流负载构成,具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换（DC／HFAC／LFAC）、双向功率流、输出滤波器前端获得三电平低频电压波、负载适应能力强、适用于大功率变换场合等特点,能够将一种不稳定的高压直流电变换成稳定的正弦交流电压。和传统的正激式两电平逆变器进行比较,可以得出该逆变器能减小输出滤波电感、并能降低变换器主功率开关管电压应力的结论。同时,分析了该逆变器的工作原理,设计了控制策略,并通过仿真论证了该逆变器电压应力小、输出电压质量高等特点。     

固体氧化物燃料电池发电系统模型建立及逆变器仿真研究

以固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,以释放变换器上电感能量,减少电容充电时间为目的,提出了在DC/DC变换器中增加一个反激式绕组。该反激式绕组的输出端、接地端分别与DC/DC变换器的输出端、输出接地端相连,构成输出回路,以释放输入电感启动时多余能量,保证输出直流母线电压的稳定性。逆变器输出电压控制采用模糊PID控制策略,可在固体氧化物燃料电池输出电压不稳定时,通过监测该系统的输出电压和给定电压差值,在线调整KP、Kd、Ki控制输出量。该控制策略与传统PID控制策略进行了比较,比较结果证明其性能优于传统PID控制策略。采用Matlab软件搭建系统模型,固体氧化物燃料电池发电系统的仿真研究验证了以上的理论分析。     

A Multi-Level Power Converter Interface for a Battery Energy Storage System

Abstract—

This study proposes a multi-level power converter for a battery energy storage system (BESS) with bidirectional power flow. The multi-level power converter includes a DC-DC power converter, a selection switch set and a full-bridge inverter. The DC-DC power converter performs bidirectional power conversion and provides a DC voltage that is greater than the peak voltage of the utility. Integrating the selection switch set and the full-bridge inverter produces a five-level AC voltage that controls the real power flow and the reactive power flow between the battery set, the DC-DC power converter and the grid. Because partial power is directly processed using only the selection switch set and the full-bridge inverter, the DC-DC power converter is operated only when the grid voltage is greater than the voltage of the battery set. Therefore, the power conversion efficiency for the proposed BESS is improved. The proposed BESS uses only eight power electronic switches, so the power circuit is simplified. A hardware prototype with a digital signal processor controller is used to verify the performance of the proposed BESS. The experimental results are as expected.     

VRB储能系统对风电场LVRT特性影响分析

为满足电网规定的并网风电场必须具有低电压穿越能力（LVRT）要求,提出一种在风电场并网点加入直接功率控制的钒液流电池（VRB）储能系统的拓扑结构来提高风电场LVRT.根据目前风电机组发展趋势风电场采用基于全功率双脉宽调制AC/DC/AC控制策略的逆变器的永磁直驱风电机组（PMSG）,VRB储能系统逆变器采用DC/AC双向功率流动的控制策略.所提出的控制策略通过协调控制风电机组机侧整流器、网侧逆变器和VRB变换器,实现平抑风电场出力和电压跌落时PCC点电压稳定控制及向电网提供一定的无功补偿.仿真结果表明,风速波动和系统电压跌落时,提出的方案可以有效平抑风电场出力波动,提高风电场LVRT能力,减小对系统安全稳定运行的负面影响.     

应用于超导储能的双向DC/DC变换器的设计

以超导在电力系统中的应用为背景,超导储能方式具有更有效地提高电力系统稳定性和动态稳定性的优点,以满足超导储能应用的需要为目的,针对性地提出了一种新型应用于超导储能的隔离式的双向DC/DC变换器的电路拓扑结构。针对超导储能线圈的储能特性,设计了独特的双向充放电工作电路,有效保证了能量的双向流动,结合移相PWM技术,能够完全实现超导线圈的充放电功能。同时该变换器具有大功率、大电流、控制简单和全数字化等特点。该文详细地介绍和分析了主电路结构、工作原理和控制方法。根据上述理论设计出了相应的试验装置,并给出了实验结果,验证了应用于超导储能的双向DC/DC变换器的正确性。