一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略

针对飞轮储能系统放电过程中飞轮转速迅速下降、直流侧功率突然变化等因素影响母线电压动态性能和稳定性的问题,该文在传统飞轮PI放电控制策略基础上,提出一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略。采用电容储能比例反馈控制,利用非线性扰动观测器对电机与变流器损耗功率、负载功率等总损耗功率进行统一观测,并引入转速补偿环节对系统进行直接前馈补偿控制;根据闭环控制系统的主导极点图和伯德图,分析系统的稳定性与抗扰动性能,并给出一种控制器参数的选择方法。该控制策略调节参数少、无需负载侧的电流传感器、控制结构简单。仿真和实验结果表明,所提放电控制策略和参数选择方法能够有效抑制飞轮转速迅速下降和直流侧负载突变对母线电压的影响,系统鲁棒性得到提高。     

针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制

文章提出一种适用于飞轮储能系统并网的双电流闭环控制方法。在电网侧及飞轮侧控制系统中同时引入比例谐振控制器,避免了比例积分（proportional integral,PI）控制器跟踪正弦电流存在稳态误差的缺点,提高了系统的稳定性及电网电能质量。同时,采用电容电流内环反馈控制抑制LCL滤波器的谐振尖峰,提高进网功率因数。在充电阶段,电网侧变换器采用电压外环控制方式,飞轮侧变换器采用转速外环控制方式;在待机及并网运行阶段,电网侧变换器采用电网侧电流外环电容电流内环的控制策略,飞轮侧变换器采用直流母线电压外环电流内环的控制策略,以稳定直流母线电压。采用广义根轨迹法对电网侧控制器参数进行设计。搭建了飞轮储能系统并网控制模型,仿真结果验证了文章控制策略的有效性。     

飞轮储能装置对小规模风力发电系统功率波动的模糊抑制

针对小规模风力发电系统存在发电功率波动的问题,研究了基于模糊控制的飞轮储能装置抑制功率波动的方法.对于飞轮储能系统而言,在其他外部系统参数未知情况下,仅通过检测公共直流母线电压,同时利用飞轮的指令速度变化,构造公共直流母线电压外环模糊控制算法,得出飞轮储能系统的直流环节电流给定.仅通过检测飞轮储能系统的直流环节电流,来实现模糊PI参数自调整,从而进行电流环的PI控制,最终实现与飞轮同轴连接的感应电机V/f控制.实验结果表明该方法具有很好的动静态性能.     

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

针对直流母线电压跌落的永磁同步电机弱磁控制策略

针对车用永磁同步电机(PMSM)运行过程中直流母线电压跌落造成电机基速发生变化的问题,提出了一种根据直流母线电压实时调整PMSM直轴电流的弱磁控制方法。当电机母线电压低于给定转速所需要的母线电压,且电压极限椭圆与电流极限圆有交点时,通过判断电流调节器输出的电压综合矢量与实时直流母线电压,来调整电机直轴电流,从而维持恒定转速。根据所提控制方法搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法能够解决直流母线电压跌落带来的转速突变的问题。最后,在仿真的基础上搭建了试验平台,通过试验验证了该弱磁控制算法的有效性。     

基于飞轮储能系统的直流UPS控制方法研究

飞轮储能系统将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中。与传统化学电池相比,飞轮储能系统优势明显,已获得了广泛的应用。为了解决电网电压对称跌落所带来的直流负载端电压暂降问题,给出了基于飞轮储能系统的直流UPS系统电路拓扑及控制方法。在电网电压正常时,飞轮电机采用速度外环、电流内环的双闭环控制策略加速充电或恒速待机;在电网电压发生对称跌落时,飞轮电机采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略减速放电。提出了电流内环控制器的零极点对消降阶设计方案,采用对称优化函数等效法设计了速度外环及电压外环控制器参数,并对设计的控制器进行了稳定性分析。通过Matlab/Simulink仿真对该控制方法进行了验证。结果表明,该控制方法及所设计的控制器参数能准确控制飞轮电机运行模式,稳定直流负载端电压,保护直流负载不受电网电压跌落的影响。     

飞轮储能系统中双向功率变换器控制策略的分析与研究

微电网需提供功率缓冲装置,飞轮储能装置可快速调节电能质量,为微电网提供频率、电压支撑.为提高飞轮储能系统的动态响应速度,分析了背靠背变换器的数学模型,以此提出了一种在母线电压平方外环、功率内环的直接功率控制策略基础上,增加功率前馈补偿的控制策略.采用该控制策略可大幅改善由于飞轮储能系统切换状态时电机侧PWM变换器状态突变导致的直流母线电压波动,提高微电网侧PWM变换器的响应速度,从而提高系统的运行效率,改善系统的动态运行性能.分析验证了该控制策略的可行性,并利用仿真与实验进行验证.     

基于双电机转速同步的混合储能母线电压稳定控制

针对双电机转速同步系统,设计由蓄电池和超级电容组成的主动式混合储能系统,通过功率分频改善直流母线电压控制的性能.本文在考虑电机转速频繁变化和不平衡负载的情况下,比较传统蓄电池储能与混合储能之间的功率分配及直流母线电压稳定情况.通过Matlab/Simulink仿真建模分析,验证所提出的混合储能系统功率分频控制能够提高系统响应功率波动能力,减小蓄电池充放电电流峰值,稳定直流母线电压.     

基于浸入不变流形的飞轮储能系统母线电压自适应非线性控制器

考虑到飞轮储能系统中母线电压非线性和频繁快速放电的特性,以提高其动态控制性能为目标,基于浸入不变流形(immersion and invariance manifold,IIM)原理设计母线电压IIM自适应非线性控制器,并通过李雅普诺夫理论分析控制算法的稳定性以及参数误差对闭环系统稳态特性和暂态特性的影响,证明了闭环系统在平衡点处满足全局一致渐近稳定的条件。最终通过仿真和实验对IIM自适应非线性控制器的性能进行研究。结果表明,IIM自适应非线性控制算法具有良好的稳定性,并能在不同转速内和不同负载下保持母线电压恒定。     

油井能量互馈节能整流装置设计及性能分析

针对目前油井能量互馈节能生产系统(RPESPS)中各抽油机下冲程产生的倒发电导致公共直流母线电压泵升损坏电气设备,以及多电机运行容易出现负载波动等问题。在此以TMS320F28335为控制器核心,设计并开发了适用于油井RPESPS的整流装置。基于模糊自适应比例积分(PI)控制的电压外环,非线性解耦的双闭环直接电流内环控制策略,设计匹配的硬件电路,完成了数字信号处理器(DSP)控制算法及底层驱动程序的开发,并模拟油井载荷工况进行了试验测试与性能分析。结果表明,开发的整流装置相比于油田使用的传统二极管整流装置,可实现交流侧电流正弦化且功率因数近似为1、负载突变时直流电压稳定、倒发电时能量可回馈电网等功能,为油田节能生产的实施奠定了技术基础。     

基于自抗扰反步法的高空飞行器动力电机控制率设计

高空飞行器动力电机负载为大尺寸螺旋桨,为实现安全平稳飞行,必须保证动力电机平稳的转速输出。动力电机转速控制属于外环控制,电机d轴和q轴电流控制属于内环控制,为使电机平稳驱动螺旋桨负载,设计了扩张状态观测器和基于自抗扰反步法的外环控制器,设计内环d轴和q轴电流控制器时,采用经典的PID控制方法,从而使内、外环组成的基本控制律能够适合电机矢量控制系统的使用,以实现对动力电机转速精确控制。     

基于模型预测算法功率补偿双PWM协调控制

从能量流动角度分析双PWM结构,在前端整流侧采用模型预测算法实现对整流器输出的有功功率与无功功率最小跟踪误差的基础上,采用动态与静态相结合的功率补偿方法实现对系统能量控制,从而代替前端整流侧电压外环PI控制,用以达到在负载功率突变时抑制直流母线电压波动,减少直流侧电容容量,控制网侧谐波的目的。后端采用转子磁链定向控制方法实现对三相异步电动机的控制,最终实现双PWM前端整流侧与后端逆变侧的协调控制。仿真结果表明,系统在电动机功率突变时,能够实现功率最小误差跟踪控制,并且能够抑制直流母线电压波动,网侧电流波形良好。     

大容量飞轮储能永磁电机控制策略研究

本文研究了飞轮储能系统在两种常用场景下的拓扑结构和控制策略,在电网调频、新能源电站并网的场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压,再通过逆变器连接电网将电能馈给电网。在轨道交通、大功率不间断电源等场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压连接直流负载。本文重点研究了飞轮储能系统在连接电网和连接直流负载两种应用场景下的充电和放电控制策略,为了实现飞轮储能大功率长时间放电,本文对一台1MW飞轮储能用永磁同步电机进行了研究,以满足永磁电机恒功率1MW放电3min的技术需求。最后搭建了两种应用场景下的暂态仿真模型,分别仿真了连接电网应用场景下充电和放电过程,连接直流负载应用场景下放电过程。验证了大容量飞轮储能用永磁同步发电电动机控制策略研究成果的正确性。     

UPFC并联侧双环控制策略的研究

从统一潮流控制器（UPFC）并联侧系统数学模型出发,设计了UPFC并联侧双环控制系统,内环用电流解耦控制器实现dq轴电流解耦,外环用d轴控制直流电容电压,q轴控制节点电压的PI控制方式,同时加入电流前馈控制环节和电流反馈控制环节,提高了系统精度和响应速度。仿真系统采用高电压等级,并使用标幺值方法分析和计算各类控制器的参数,通过仿真验证了所设计系统的准确性和有效性。     

考虑电压饱和的感应电机复矢量电流解耦控制

在感应电机矢量控制系统中,传统电流PI控制器在电流频率增加较大时,d,q轴电流的耦合程度加深,出现电压饱和现象等问题限制了系统响应速度的提升。提出一种基于复矢量解耦的电流PI控制器,控制器采用复矢量解耦与抗电压饱和结合的控制算法,仿真和实验结果表明该调节器有效提高了电机的电流动态响应能力和加重载时的速度稳定性。     

用于风电场功率控制的飞轮储能系统仿真研究

风电输出功率的波动性和间歇性严重影响电能质量。飞轮储能系统因单位储能成本和使用寿命方面的优势,成为当下解决该问题的一种潜在方案。以无刷直流电机作为飞轮的驱动电机,在分析其电动/发电运行的基本原理及数学模型的基础上,建立了飞轮储能系统的仿真模型。结合无刷直流电机双闭环调速系统和风电场功率控制要求设计了飞轮储能系统充电运行的控制方案。探讨了飞轮储能系统的能量反馈机理,利用回馈制动方式和前馈解耦控制策略分别对直流母线电压和电网侧逆变器进行控制,实现放电状态下对风电场输出功率的跟踪。最后通过实例仿真验证了模型的正确性和控制方案的有效性,为飞轮储能系统的设计和在风电场功率控制中的应用提供了参考和指导。     

PMSM四象限驱动系统的自适应滑模和反步控制

针对永磁同步电机(PMSM)四象限驱动系统直流母线电压存在超调、电机转速跟踪效果差等问题,研究了一种基于背靠背变流器的控制策略。分别搭建网侧变流器和PMSM数学模型,基于改进的滑模控制和反步法,电网侧采用软给定的方法设置母线电压给定值,用以解决电压超调,机侧针对负载转矩未知情形,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,该控制方案下系统的网侧母线电压无超调,机侧转速跟踪性能良好。     

基于改进型滑模观测器的飞轮储能系统控制方法

该文分析了飞轮电机高速运转时滑模观测器估算角度存在偏差的原因,提出一种补偿截止频率等于电机电气频率的自适应低通滤波器固定滞后角的角度偏差消除方法,并改进了滑模观测器。通过稳定性分析得到了改进型滑模观测器的稳定条件。为了实现飞轮电机全速度范围的无速度传感器控制,采用基于模拟角的电流闭环控制实现飞轮电机的起动和低速运行,在转速达到某个设定值时切换到滑模变结构控制。给出了基于改进型滑模观测器的飞轮储能系统充放电控制方法。在充电和待机时采用了速度外环、电流内环的双闭环控制策略,在放电时采用了电压外环、电流内环的双闭环控制策略。进行了飞轮储能系统的起动、充电、待机、放电实验,实验结果验证了基于该改进型滑模观测器的飞轮储能系统控制方法的正确性和有效性。     

滑模PI控制在APF直流侧电压控制中的应用

直流侧电压的控制性能会直接影响并联有源电力滤波器(APF)的补偿特性,对直流侧的电压控制成为研究APF的关键技术之一。采用传统比例积分(PI)控制系统难以保证并联APF在负载突变和参考电压跳变时对直流侧电压快速精准控制,针对上述问题,提出了电压外环滑模PI复合控制算法。通过对直流侧电压在PI控制算法和滑模PI复合控制方法下的仿真和实验对比分析,结果表明,滑模PI复合控制器提高了直流侧电压的稳态性能和响应速度,同时有效减小电压波动,基于该控制算法的并联APF控制系统具有良好的鲁棒性能和动态性能。     

永磁同步发电机弱磁控制策略的研究

本文在转子磁链定向矢量控制的研究基础上,提出了一种基于直轴电压外环PI调节器的弱磁控制策略来解决永磁同步发电机PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)在高速运行、负载增加时,交轴电枢反应增大使得发电机输出端线电压幅值超出直流母线电压这一问题,并引入电流前馈调节环节,削弱系统扰动对控制性能的影响。最后,对本文所提的控制算法进行仿真及实验验证,证明了所有控制策略的有效性。