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。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

四象限级联型多电平变换器的PWM整流器控制

分析了四象限级联型多电平变换器的功率单元中,H桥逆变器输出功率的脉动对PWM整流器控制尤其是对其直流母线电压的影响.提出外环控制器为直流母线电压反馈与负裁功率前馈相结合、内环电流控制为比例积分加谐振(PIR)调节器的PWM整流器控制策略.实验表明该控制策略即使在直流母线电容容量很小时,仍然能得到较为稳定的直流母线电压,验证了控制策略的有效性.     

电网电压不平衡情况下三相并联型PWM整流器的控制策略

电网电压不平衡情况下的并联型PWM整流器控制策略是保证其安全稳定运行的关键技术。传统控制算法存在坐标变换运算量大、控制结构复杂、直流母线电压波动以及电网电流畸变等问题,为此提出了一种基于静止坐标系下的并联型PWM整流器控制策略,建立了电网电压不平衡情况下的数学模型,给出了抑制正序、负序和零序环流的基本原理,提出了直流电压外环采用比例积分谐振控制器和网侧电流内环采用比例反馈谐振控制器来消除直流母线电压波动和网侧电流谐波的控制方法,给出了PWM整流器并联运行的整体控制框图,设计了比例反馈谐振控制器参数。最后,通过仿真软件进行了仿真研究,仿真结果研究了所提出算法的可行性和有效性。     

一种采用负载电流和转速补偿的改进型飞轮储能系统放电控制算法（英文）

主要研究飞轮储能系统放电过程的直流母线电压稳定控制算法。飞轮放电过程中电机反电势随转速持续下降,直流侧负载通常具有电流突变的脉冲负载特性,而且传统PI双闭环控制的直流母线电压外环控制器具有非线性,导致其应对负载电流突变的动态响应慢,对转速变化的适应性差。为解决上述问题,本文提出了一种采用负载电流和转速补偿的飞轮储能系统放电控制算法。该方法将直流侧负载电流和电机转速信号补偿至直流母线电压外环,根据双向能量变换器交直流侧的功率平衡关系,对传统PI控制器的输出进行修正,重新计算q轴有功电流的给定值。此外,针对飞轮储能系统采用的高速电机d、q轴耦合电压大的特点,本文在电流内环也增加了前馈解耦算法,以实现d、q轴电流的独立解耦控制,增强对电流给定信号的跟踪能力。仿真和实验结果与理论分析一致,证明了改进后的放电算法具有更快的动态响应速度和更强的转速适应能力。     

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.     

电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统增强运行控制策略

分析了电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统直流母线电压波动机理,在此基础上,研究了适用于该类型风电系统低电压穿越增强运行控制策略。所提控制策略在实现电网不对称故障下发电系统向电网提供暂态无功支持的同时,亦可提供3种可选的独立运行模式。所提控制方案突破传统控制模式下网侧变换器抑制直流链电压波动能力的局限,将比例积分谐振控制器(proportional integralresonant,PIR)引入飞轮电机电流闭环控制,利用飞轮储能单元吸收直流电容2倍工频脉动功率,从而有效实现故障过程中直流链电压的稳定无波动控制,进一步增强系统不对称故障穿越运行能力。通过仿真计算验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

一种并网逆变器的电容电流单周期控制技术

在LCL型并网逆变器传统双环结构(电容电流内环、并网电流外环)基础上,提出一种结合数字单周期控制和准比例谐振控制的新型电流控制策略。在αβ静止坐标系下,将单周期控制应用于系统内环,推导出了电容电流单周期数字控制占空比函数,提高了系统抗干扰能力并简化调节过程;外环采用准比例谐振控制器直接控制并网电流,省去了复杂的坐标变换,计算简单。最后,实验结果表明所提出控制策略能够实现逆变器有效并网,且动态性能良好。     

兆瓦级直驱永磁风电系统低电压穿越研究

通过对兆瓦级直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,提出一种改进的直流母线电压控制策略。该策略通过调节直流电流和控制发电机的输出功率,抑制直流母线动态过电压。与传统控制策略相比,该策略中升压斩波变换器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构;网侧逆变器采用电流内环和转速外环的双闭环控制结构。仿真结果表明,该控制策略可有效提高PMSG系统的低电压穿越能力。     

1kW单级式光伏并网发电系统的设计

针对两级式小功率光伏并网发电系统效率低的缺点,设计了1 k W单级式光伏并网发电系统。对主电路直流侧母线电容和滤波器参数进行设计。单级式光伏并网发电系统结构需要同时控制直流侧母线电压和并网电流,而单闭环系统难以满足需要,采用双闭环控制策略实现并网,分别对电流内环和电压外环进行设计。同时采用锁相环技术,Simulink仿真研究结果表明并网电流能准确跟踪电网电压,实现了系统的高效率并网。     

飞轮储能式电动汽车充电站的分布式协同控制策略

电动汽车的大功率充放电对于电网而言是大功率脉冲式负载,突发式负载对电网危害较大。为此介绍了一种基于飞轮储能系统（Flywheel Energy Storage System, FESS）的电动汽车快速充电站,并给出了一种分布式协同控制策略。该控制策略采集了快速充电站内不同设备点处直流母线电压信息以平衡网侧变换器、电动汽车充电器以及FESS间的功率,采用两级控制方法,二级控制器基于电压观测器,利用动态一致性算法不断调整该设备点的直流母线电压。最后采用dSPACE进行实时仿真验证了该控制策略的优越性。     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.     

采用滑模变结构控制MPPT的三相光伏并网发电系统

光伏并网发电系统的传统外环控制通过最大功率点跟踪(MPPT)算法给出直流母排参考电压,利用PI调节器调节输出并网有功参考电流.鉴于滑模变结构控制的快速响应和强鲁棒性,提出了一种基于滑模变结构控制的直接电流MPPT算法.在建立系统稳态模型的基础上,由MPPT控制算法直接给定并网有功参考电流.电流内环为LCL滤波三相电压型...     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。     

考虑电网等效电感影响的LCL型逆变器谐振抑制方法

LCL滤波器在大容量、低开关频率的并网逆变器系统中已广泛应用,但LCL容易发生谐振,特别是在多逆变器并联的新能源电力系统中。本文推导了LCL谐振的公式,根据并网电流谐振时滤波器网侧电感与电网等效电感为串联的特性,结合LCL的结构,提出采用网侧电感电压一阶微分和入网电流的双闭环控制策略,在不增加传感器数量条件下,网侧电感电压一阶微分反馈内环增加了系统阻尼,有效抑制了LCL的谐振;电流外环实现了对入网电流的直接控制,可保证较高的功率因数,提高逆变器的利用效率。与电容电流反馈控制的仿真对比结果表明,该控制策略在逆变器并网的环境中有更好的抑制电流谐振的效果,实现对并网电流质量的改善。     

光伏并网逆变器自抗扰二自由度内模控制策略

针对逆变器内环采用传统的一自由度内模控制无法兼顾系统跟随性和抗干扰的局限性,同时由于系统在同步旋转坐标系下不能实现彻底解耦、控制器设计依赖系统参数过强的问题,提出一种新型双闭环控制策略。其中,内环采用基于合成矢量的二自由度内模控制,既解决了系统因输入电感值不能实现彻底解耦的问题,又能保证并网电流同时具有较强的跟随性和抗干扰性;外环在基于瞬时功率平衡的思想上采用不依赖精确模型且强鲁棒性的自抗扰控制技术来保持直流侧电压的稳定,二者结合实现对并网逆变器的综合控制。仿真结果表明,所提控制策略比基于自抗扰的传统内模控制具有更好的动态、静态性能和抗干扰能力,以及更低的并网电流谐波含量。     

基于模糊自适应的双馈异步风力发电机控制策略

为了解决双馈异步风力发电机（doubly-fed induction wind generator,DFIG）不对称电网网侧变换器采用双电流闭环控制策略（double current closed loop control strategy,DCCS）时响应速度慢、动态性能差等问题,提出了根据电流差、电流差变化率在线模糊自适应修正比例积分微分（proportion integration differentiation,PID）控制器参数的Fuzzy PID策略,建立了DFIG网侧变换器数学模型。基于Matlab/Simulink仿真工具,通过模拟电网侧发生不对称电网故障,仿真得到网侧变换器在改进控制策略下的直流侧电压、电流波形。仿真结果表明：与传统DCCS相比,Fuzzy PID策略进一步改善了直流侧电压、电流的稳定性,减少了直流侧电压、电流纹波分量,改进后的控制系统响应速度更快、动态性能更好。     

DFIG网侧变换器反馈线性化与滑模控制

为了提高双馈风力发电机(DFIG)网侧变换器(GSC)的动态性能,在建立GSC仿射非线性模型基础上,提出一种非线性复合控制策略。该控制策略在静止坐标系下对电流进行反馈线性化解耦,无需电网电压定向,同时电压外环采用含饱和函数的滑模控制,从而达到直流母线电压快速恒定以及电流跟踪控制的目的。仿真结果表明,该控制实现了GSC的稳定以及功率因数控制,验证了理论的正确性。上述控制策略相较于传统的控制方式,减少计算变量,能够保证系统快速收敛。     

基于PIR控制器的CSC-DPMSG-WGS低电压穿越控制

提出了一种基于比例—积分—谐振(PIR)控制器,且适用于电流源型永磁直驱风力发电系统(CSC-DPMSG-WGS)的低电压穿越运行控制方案。根据所提出的方法,电网故障时,通过机侧变换器控制来限制风力发电机的电磁功率,以实现机侧和网侧的功率平衡;网侧控制器在正序旋转坐标系下采用PIR控制器同时对正负序电流进行无差控制,以消除两倍基频的功率波动,进而稳定直流电流。仿真与实验结果表明,所提出的控制方案在电网对称及不对称故障下均可有效降低直流电流波动,并实现电流源型永磁直驱风力发电系统的低电压穿越。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。