改进型PR控制器应用于双馈风力发电系统

此处提出将改进型比例谐振(PR)控制器应用于双馈感应风力发电(DFIG)系统电流环控制的并网控制策略,无需引入与电路参数有关的交叉耦合项且减小了坐标变换带来的控制复杂性,可实现对电流的稳态无静差追踪及单位功率因数控制,提高了系统的鲁棒性。最后将PR控制器数字化应用于11 kW DFIG实验平台,实验结果表明所提控制策略应用于DFIG系统具有优良的动态性能且能够有效抑制谐波。     

双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统比例谐振控制

双级矩阵变换器(two stage matrix converter,TSMC)存在中间直流环节,但不包含大容量直流环节储能电容。鉴于此,引入TSMC作为双馈风力发电系统的励磁电源,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电控制系统。同时,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,设计了转子侧变换器PR控制策略。研究发现:该方法通过将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,能实现双馈发电机有功、无功功率的独立调节;与采用PI控制器的矢量控制相比,该控制策略无需多次坐标变换,简化了控制算法;控制模型不存在耦合项和前馈补偿项,提高了系统的鲁棒性;采用该控制系统能够改善系统输出电流质量。仿真与实验结果表明TSMC励磁双馈风力发电系统的PR控制具有良好的动、静态性能。     

基于二自由度的双馈风力发电系统并网控制策略

控制系统调节器的设计直接影响了整个双馈风力发电系统的动态性能和稳态性能,甚至整个电力系统的稳定性。针对双馈风力发电系统一般将其内环整定为Ⅰ型系统时其抗扰性能不佳的缺点,并且结合Ⅰ型系统动态响应较快、超调较低的特点,提出了基于二自由度的电流内环Ⅱ型系统的设计方法,在对系统的快速性能和抗干扰性能进行折衷考虑下,对系统在不同自由度系数情况下的过渡过程进行了仿真分析,通过合理选择自由度系数,在较大地增强了系统抗干扰性能前提下,降低了系统的超调量。最后在实验室11kW双馈风力发电系统平台上进行试验,结果表明,提出的基于二自由度的双馈风力发电并网控制策略提高了系统的抗干扰性,同时系统还具有较快的动态响应性能,解决了系统并网电流产生低频振荡的问题,验证了理论分析和控制策略的有效性。     

双馈风力发电系统负载并网滑模控制

实际运行中电机参数的变化及电网电压波动等外部扰动的出现,会严重影响系统并网性能。为了实现双馈风力发电机平滑接入电网,将滑模变结构控制与矢量控制相结合,提出了一种负载并网控制策略。仿真和实验结果表明:在负载并网滑模控制下,双馈风力发电机并网时冲击电流较小,控制策略是可行的;与传统PI控制相比,本控制策略稳态误差近似为零,能有效抑制电机参数扰动及外部扰动对双馈风力发电系统的影响,具有较强的鲁棒性。     

三电平直流变流器的参数自适应非线性控制

为研究一种三电平中频链直流变流器的控制器,以内模状态变量作为反馈量,建立传统的电压电流双闭环PI稳压控制器。通过分析和试验表明,传统的固定参数PI控制器难以同时满足变流器不同模式下的动、静态性能。因此提出一种电压电流双闭环PI参数自适应非线性稳压控制策略,将系统分为动态、电流连续模式稳态和电流断续模式稳态等几种模态,不同状态之间切换时,按照相应的自适应变化规律,实时调整控制器的PI参数,以获取较优的输出特性。并且基于Lya-punov稳定性理论证明了该控制器的稳定性。最后,实验验证了控制器的良好动静态性能,动态最大电压跌落小于13%,稳态电压纹波小于4%。     

基于逆系统方法的双馈风力发电系统内模控制

针对双馈风力发电系统采用的基于近似线性化模型的分离控制方法存在系统动态性能差、抗扰能力弱等缺点,从电力电子装置与电机系统集成的角度,建立了双馈风力发电系统的统一模型,应用逆系统原理将双馈风力发电系统进行精确线性化,运用内模控制理论对其进行综合,提出了双馈风力发电系统的逆系统内模控制策略,实现了系统的非线性解耦控制。仿真结果表明,该控制策略不仅提高了系统的鲁棒性,还加快了系统的响应速度,使系统具有良好的稳态和动态性能。     

对称电网故障下双馈式风力发电系统去磁控制

双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)被广泛地用于变速恒频风力发电系统中,但它对电网故障特别敏感.研究了双馈式风力发电系统在对称电网故障下的响应,并且提出了一种加速定子直流磁链的衰减的去磁控制策略.该控制策略无需系统硬件参数,可以显著缩短对称故障下系统暂态过程.为了满足电网低电压穿越要求,还给出了故障期间有功电流、无功电流和去磁电流协调控制策略.为了验证所提出的控制策略,搭建了小功率实验平台,实验结果验证了控制策略的正确性.     

三相PWM整流器控制系统研究

为验证三相PWM整流器的性能,设计了基于TMS28346的三相PWM整流器系统.为方便控制建立两相旋转坐标系统,引入矢量控制技术.为实现直流侧电压的稳定控制和有功与无功功率的解耦控制,采取了电压外环和电流内环的控制策略.为保证系统稳定,控制系统中实现直流电压和功率的速率调节控制.在搭建的双馈风力发电控制实验平台上采用空间矢量脉宽调制技术进行了实验研究,实验结果表明三相PWM整流器能够实现能量四象限传递和功率解耦控制,所设计的控制器具有很好的稳态和动态性能.     

双Buck型逆变器高阶系统二阶滑模控制

在双Buck逆变器(DC-AC)基础上,为了进一步提高滑模控制的稳态精度和电流动态性能,提出了一种新颖的四阶系统二阶滑模控制策略.文中给出了其电路动态模型、工作原理和控制器的设计.仿真和实验结果表明:该双Buck逆变器带有积分环节和电流环节的二阶滑模控制器能减小稳态终值误差,且输出电压和电流同时具有强鲁棒性和良好动态性能,可以减弱控制系统的干扰和漂移.     

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

本文结合矩阵变换器、双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的优点,导出了双馈电机风力发电系统在同步旋转dq坐标轴下的矢量控制数学模型;针对常规矢量控制中存在电流耦合情况,设计一种新型、简易的电流前馈解耦控制方案.在此基础上,建立基于矩阵变换器交流励磁磁场定向电流解耦矢量控制策略.MATLAB仿真结果表明,当有功、无功功率变化时,电流解耦控制具有良好动态性能.本文设计了11kW风力发电试验装置并进行离、并网实验,当双馈电机处于亚同步、超同步状态时,双馈电机定子电压和频率均能保持稳定,实现变速恒频运行.实验结果表明,基于矩阵变换器交流励磁双馈风力发电系统是可行的,并具有一定的实用价值.     

三相并网/独立双模式逆变器控制策略研究

提出了一种使三相并网/独立双模式逆变器(TDMI)在复杂电网故障情况下能够平滑切换和电网正常时具有很好并网性能的控制策略。针对采用LC型滤波器的三相并网/独立双模式逆变器,提出了一种新的基于abc坐标系控制的切换方法,有效减小了基于dq坐标系控制的切换过程易产生电压电流冲击的问题,对于严重电网故障也具有良好的切换性能,实现了双模式运行的平滑切换;采用了并网模式下引入电容电流补偿的电感电流闭环控制和独立模式下采用电容电压外环电感电流内环的控制方案,保证了逆变器在并网模式和独立模式下都具有很好的控制性能。仿真结果证明了该控制方案的有效性和切换方法的可行性。     

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块 (voltage dependent current order limiter, VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。     

基于电流模式的DC／DC升压变换器非线性PI控制

为改善DC／DC升压变换器的控制性能,在电流模式控制的基础上,设计一个非线性PI控制器对输出电压进行调节。控制器包含两部分,一部分为电感电流的比例控制,可以保证被控系统的稳定运行;另一部分为电容电压的线性比例控制和非线性积分控制,可以保证输出电压准确跟随期望电压。该控制器保留了电流模式控制的优点,结构简单,易于实现,并能克服系统非最小相位特性对控制性能的影响。同时,由于引入了输出电压的非线性积分,可以有效缩短过渡过程,提高稳态精度,并对参数变化有着很强的鲁棒性。对某DC／DC升压变换器的实验结果表明,所提控制器是可行的。     

基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

文中提出了一种基于内环电流状态反馈解耦控制的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)高压直流输电(HVDC)系统控制策略。首先,在d-q同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC的数学模型,然后建立含内环电流控制和外环控制的MMC-HVDC双环控制系统。内环控制器实现对同步旋转坐标系下d轴电流、q轴电流精确跟踪控制,通过状态反馈解耦控制,实现dq轴电气量解耦的内环电流控制;对内环控制器进行极点配置,提高其稳定性,使内环电流控制器可以简化为一阶惯性环节。外环控制采用PI控制,以适应换流器的多种运行方式。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真,仿真算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

基于电压电流协同控制的微网运行模式无缝切换策略

主从型微网从并网切换到孤岛时,主逆变器由电流控制模式切换到电压控制模式,需改变控制器结构,并且孤岛检测期间电压不可控。针对上述问题,提出一种电压电流协同控制策略,在整个运行过程中用电压控制器对微网内负载的电压进行控制。并网时电压控制器经调节后平衡微网内负载功率并达到稳定输出;同时附加上电流控制器控制输出电流,保持微网和电网间功率平衡。孤岛后电流控制器退出运行,电压控制器继续控制微网内负载电压,保证微网内负载功率始终处于平衡状态,控制器输出具有连续性,控制模式也平滑切换到电压控制。根据所述电压电流协同控制策略设计了相应的电压控制器和电流控制器。最后进行Simulink仿真及实验验证,结果证明了协同控制策略能实现微网运行模式的无缝切换。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

基于DFIG控制方法的微电网的并网及孤岛运行方式分析

双馈异步发电机(Double Fed Induction Generators, DFIG)控制方法对微电网运行方式有着重要影响。重点研究主从控制方式下含DFIG微电网的运行特性。深入分析转子转速和励磁电压控制、浆距角控制、储能系统控制和用电负荷控制等DFIG控制功能模块,分别建立并网运行时的储能控制器和DFIG控制器的PQ模型,以及孤岛运行时主控制器的VF模型。基于Matlab平台仿真微电网在两种模式下的运行特点。仿真结果表明,由于大电网支撑,并网运行时微电网的电压具有更好的稳定性。孤岛运行时,同一性质的负荷对基于DFIG控制方法的微电网运行质量影响不大,而主要由微电网控制方法决定。     

基于本地测量的微网逆变器离/并网功率精确和统一控制

在包含多微源的微网系统中,微源逆变器输出功率的精确控制和离/并网运行模式下控制目标的自动切换对于微网电压和频率的稳定以及潮流的控制都具有重要意义。在下垂控制的基础上,提出了基于本地测量的自适应双虚拟阻抗和功率补偿导纳控制方法,消除了不同类型线路阻抗引起的功率耦合,改善了离网时负载分配的准确性。同时,通过提出一种自适应的电压补偿方法,实现了分布式电源离/并网运行的统一控制,并改善了离网时的电能质量和并网时输出功率的跟踪精度。通过建立离/并网模式下逆变器的小信号模型,对控制器参数进行了优化设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。     

移相串联谐振高压电容器充电电源谐振参数设计方法及其电流控制策略

针对基于移相串联谐振全桥变换器(PS-SRC)的高压电容器充电电源,提出了谐振参数设计方法和充电电流模糊控制的策略。为了克服串联谐振高压电容器充电电源工作在欠谐振电流断续模式的缺点,通过移相控制使其工作在过谐振电流连续模式下。分析了PS-SRC三种工作模式的特点,推导了其边界条件,基于数值求解方法,对适用于高压电容器充电的工作模式进行了深入的分析,并根据高压电容器充电电源的应用要求,提出了谐振参数设计方法。针对PS-SRC精确数学模型难以推导的情况,提出了采用模糊控制的充电电流控制方案,给出了主要设计方法。最后,通过实验验证了谐振参数设计方法的正确性以及模糊控制实现恒流充电的可行性。