基于质子交换膜燃料电池的交直流耦合SQ并网控制方法

针对大功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态响应较缓慢的特点及燃料电池的固有V-I特性,建立了包括150kW PEMFC系统(HD6)、DC/DC变换器和逆变器在内的并网拓扑,并提出了一种适用于该拓扑的SQ控制方法。该方法通过引入大功率PEMFC控制系统的参考控制信号,有效实现了直流侧与交流侧的耦合控制,在确保快速跟踪网侧功率输出需求的前提下,有效防止了传统PQ控制中由于PEMFC系统响应速度慢导致的系统失稳,并对上述问题及其解决方法进行了分析验证。仿真分析结果表明,该拓扑能够在DC/DC变换器的稳压作用下降低直流母线电压波动对逆变器的影响,增大系统对直流母线电压的灵敏度,从而增强大功率PEMFC的并网安全性与稳定性。     

单相并网逆变器前级交错并联DC/DC变换器的研究

对燃料电池/太阳能单相并网逆变器中的前级升压DC/DC变换器进行研究,详细分析了交错并联DC/DC变换器的电路拓扑和工作原理,推导了其系统平均模型,在此基础上将电压调节器设计成典型的超前—滞后网络,确保了系统的稳定性和动态性能。用DSP实现控制器算法和PWM信号生成,简化了硬件设计,给出了系统总体结构和控制器的DSP具体实现。实验结果验证了理论分析和控制策略的有效性。     

家用小功率光伏发电系统的设计

文中首先介绍了光伏发电系统的国内外研究现状,并得出了理论研究较多,涉及到实际产品研发较少的结论。在此背景下分析了光伏发电系统基本架构和逆变器拓扑结构,重点对比研究了工频变压器隔离并网型(DC/AC+AC/AC)、非隔离式并网型(DC/DC+DC/AC)、高频变压器隔离并网型(DC/AC/DC+DC/AC)等3种常见逆变器结构;然后结合家用这一实际情况对这3种结构进行了一一剖析,在此基础上提出了DC/DC+DC/AC/DC+DC/AC的3级架构设计方案,其中包括斩波电路、推挽升压电路、逆变电路三部分;最后以STM32ZET6单片机为系统核心控制器件,设计并完成光伏发电系统中各个硬件板卡的焊接和调试功能,通过测试样机得到实验数据。实验结果表明文中提出的DC/DC+DC/AC/DC+DC/AC架构设计方案易实现,实验样机能源利用效率和稳定性较高,体积小,能够满足家用要求。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

燃料电池DC/DC变换器的设计

DC/DC变换器作为燃料电池供电系统中的重要组成部分,必须要求其有较高的转换效率。针对燃料电池的特性设计出一种简单高效的两级DC/DC变换器,该变换器以TMS320F2812为控制器核心,Boost和全桥移相电路为主电路的拓扑结构。介绍了硬件系统的整体设计和主要参数的计算,通过仿真和实验证明此DC/DC变换器的转换效率大于90%。     

基于Matlab的光伏并网系统仿真研究

研究了一种单相光伏并网发电控制仿真系统。采用DC/DC和DC/AC两级拓扑结构对光伏并网系统进行了研究和设计;采用功率扰动法实现最大功率点闭环跟踪,并网控制通过采集电网电压参数和逆变输出电流参数在逆变电路中通过PI调节实现。采用基于Matlab的光伏电池仿真模型对所设计的光伏并网系统进行了仿真。仿真和实验结果表明,基于Matlab的光伏仿真模型能够有效地模拟实际光伏并网系统的行为特征性,证明此系统在实际中是可行的。     

适用于质子交换膜燃料电池的数字电源研究

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作方式,并针对其输出特性偏软、电压偏低的特点,详细介绍利用数字化DC/DC变换器和DC/AC逆变器改善燃料电池输出特性,提高输出电压的方法。设计了基于AT89S51控制器的控制系统硬件电路平台,将燃料电池转换成稳定可控并可提供多电平-交/直电流的多用途数字电源。     

基于DSP控制的燃料电池客车用DC／DC变换器研究

简要介绍了研究燃料电池客车用数字化DC/DC变换器的意义,以Boost变换器为例分析了DC/DC变换器主电路工作原理,设计了基于TMS320LF2407A的控制系统硬件电路平台以及控制系统的软件,并给出了燃料电池客车用90 kW Boost变换器试验结果及其技术参数。数字化DC/DC变换器实现了变换器的软开关和可编程的数字化控制,具有良好的输出和响应特性,可以满足燃料电池客车复杂的控制要求及城市工况运行要求,并且已经在城市工况下示范运行。     

燃料电池并网控制策略研究

针对传统的燃料电池并网控制方法对改善系统动态性能的不足之处,建立PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）燃料电池发电系统中DC/DC升压变换器和逆变器的模型。提出了燃料电池系统并网的控制策略,利用内外双闭环控制方法,使得逆变器输出达到系统要求。建立了仿真系统的模型,并给出了燃料电池节点在网络方程中的处理方法。对系统三相短路故障、电压跌落、负荷突变等情况进行了数值仿真,结果表明所提出的燃料电池并网控制策略在三相短路故障、电压跌落、负荷突变等情况下,能够使得含燃料电池的系统稳定运行,并能动态跟踪系统的功率输出情况。     

MW级LLC谐振式光伏并网变流器及控制策略研究

在“双碳”目标的大环境下,交直流混合微电网将是新能源发电发展的方向。为提供可靠性高、电压等级高、交直流交互能力强的并网设备,设计了兆瓦级LLC谐振式变流器,变流器可直接连接10 kV交流配电网。首先介绍了LLC谐振式变流器的主拓扑结构,并对高频隔离DC/DC模组功率单元进行了分析说明,然后根据变流器的实际工况,给出了其运行模式,研究设计了适用于该拓扑结构的移相启动控制策略和正常运行控制策略,并针对交流侧三相不平衡问题,制定了对应的均压控制策略。最后,研制了500 kVA/AC 10 kV/DC 750V实验系统,验证了所提拓扑结构和控制策略的正确性和有效性,为新能源并网提供新的实现方案。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

大储能容量超导磁储能系统的拓扑结构及控制策略

随着可再生能源规模化发展,电网对大功率等级储能系统的需求日益增长,因此研究应用于大功率等级场合的超导磁储能(SMES)系统拓扑结构及运行控制策略具有重要的理论意义.提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)的SMES系统拓扑结构,设计了允许多个超导磁体同时接入以成倍数提升系统整体储能容量的新型斩波器.该新型斩波器采用模块化设计,由多个子模块串联构成,可随MMC扩展至多种电压等级和功率等级,且能够均衡各子模块的电容电压和磁体电流.针对新型斩波器的旁路子模块数量难以确定的问题,提出了新型斩波器旁路子模块数量的计算方法.基于线性自抗扰控制设计了MMC双闭环控制器和新型斩波器的直流电压控制器,利用复频域分析法整定了线性自抗扰控制器参数.通过仿真验证了所提拓扑结构和控制策略的正确性和有效性.     

光氢混合发电系统功率协调控制

结合绿色、高效的氢储能方式,提出了光氢混合发电系统功率协调控制策略。氢储能主要包括电解槽、储氢罐和质子交换膜燃料电池,考虑到实际燃料电池和电解槽自身动态响应速度慢的特性,采用功率密度高、暂态性能好的超级电容器来弥补氢储能装置动态响应过程中的不平衡功率。光伏、超级电容器及氢储能各单元通过DC/DC变换器及功率协调控制策略,汇集与分配电能到直流母线,利用DC/AC并网逆变器接入交流系统。通过算例仿真分析,验证了所提协调控制的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

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.     

基于STATCOM/ESS的光伏低压穿越控制策略

为了提高光伏并网系统的低压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力,将储能系统(Energy Storage System,ESS)和静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)组成新型功率补偿装置STATCOM/ESS引入光伏并网发电系统。当电网侧发生电压跌落时,STATCOM/ESS不但提供的无功功率可以支撑并网点电压,同时吸收多余的有功功率避免对光伏发电系统的危害,电压恢复后将储存的能量返送回电网,高效利用能源。为便于功率双向流动,STATCOM与ESS之间采用双有源主动桥(Dual Active Bridge,DAB)直流变换器连接。针对DAB变换器,提出一种改进的双移相控制策略,来减小DAB变换器的回流功率。仿真结果表明,提出的控制策略在一定范围内将回流功率限制为零,显著提升光伏并网系统的低压穿越能力,提高光伏并网系统的稳定性,具有良好的灵活性和优越性。     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。     

单相光伏并网逆变器控制技术

把光伏电池的特性与光伏并网逆变器结合起来控制光伏电池最大功率传输,提出了用光伏电池最大功率跟踪控制的最大输出电流作为逆变器控制的瞬时参考电流的方法,该瞬时交流参考电流是以光伏电池输出的直流电流作为其峰值,以电网电压的相位和频率作为瞬时交流参考电流的相位和频率,同时为了确保逆变器的稳定性和可靠性,引入了电网电压前馈和滤波器电容电流反馈控制的方法。分析了光伏系统中DC/DC、DC/AC的拓扑电路结构及其实现最大功率并网的控制策略,并利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真,仿真结果表明所提控制策略能实时跟踪光伏系统的最大功率点,系统能稳定可靠地向电网传输电能。     

考虑控制模式影响的多电压等级直流电网潮流计算方法

多电压等级直流电网可满足不同地区接入各类能源和负荷的电压等级需求,是未来电网建设的发展方向。直流电网潮流分析是电网规划设计、运行控制的基础,而相比于传统电网潮流分析,多电压等级直流电网控制方式灵活、运行方式多样,使得潮流分析更加复杂。计及换流站的控制方式,首先,对多电压等级直流电网进行分区处理,建立了多电压等级直流电网稳态等值模型;然后,基于牛顿迭代法建立节点导纳矩阵及潮流方程,推导了直流电网潮流计算方法;最后,基于PSCAD搭建了多端直流电网模型,验证了所提计算方法的有效性和正确性。