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.     

基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统

研究了一种基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统,该系统将矩阵变换器的优点与交流电机矢量控制的优点相结合,实现了感应电机的高性能调速.调速系统的控制策略由两大部分组成,即矩阵变换器的间接空间矢量调制策略和感应电机按转子磁场定向的双闭环矢量控制策略.为有效控制感应电机的定子电流,双闭环矢量控制策略中采用了一种基于反馈解耦及补偿的电流环控制策略,可对转矩电流和励磁电流进行有效解耦和准确调节.实验证明了控制策略的可行性和有效性.     

TSMC励磁的风力发电系统空载并网控制

双级矩阵变换器(TSMC)存在中间直流环节,但不包含大容量直流环节储能电容,引入TSMC作为双馈风力发电系统的励磁电源。根据交流励磁变速恒频风力发电运行的特点,将电网电压定向的矢量控制技术应用在双馈发电机的并网控制上。根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,使双馈风力发电机定子电压跟随电网电压,从而减少并网时的冲击电流。实验结果表明,TSMC励磁双馈风力发电系统并网冲击电流较小,控制策略可行。     

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。     

拓宽双级式矩阵变换器反向发电功率范围的控制策略

基于一种双级式矩阵变换器反向发电系统结构,研究其实现升压发电的控制方法,提出一种能够拓宽反向发电功率范围的控制策略,对变换器调制比进行闭环控制,使得轻载时发电机能自动减小励磁电流,从而使系统能够正常工作。这种励磁调节的方法与常规的恒压励磁控制不同,它是将励磁控制与变换器调制比控制相结合,拓宽了反向发电功率范围,提高了系统性能。实验结果验证了该新型控制策略的有效性。     

矩阵变换器交流调速系统组合控制策略的研究

以矩阵变换器交流调速系统为研究对象,将矩阵变换器的空间矢量脉宽调制和电动机转子磁场定向矢量控制相结合,提出了一种先进的组合控制策略.通过Matlab/Simulink仿真验证了该组合控制策略的正确性和可行性,体现了矩阵变换器交流变频调速系统的优良性能.     

HESG-MC发电系统恒调制比电压闭环控制策略

研究基于混合励磁同步发电机一矩阵变换器(hybrid excited syncMonous generator-matrix converter,HESG-MC)组合的变速恒频发电系统,将矩阵变换器的钳位保护电路与混合励磁同步发电机的励磁全桥电路融合,省去了直流励磁源,实现混合励磁同步发电机的自励磁.推导基于HESG-MC组合的发电系统的数学模型,在理论分析的基础上,针对该系统提出矩阵变换器恒调制比的电压闭环控制策略,通过对励磁电流的调节实现矩阵变换器输出恒频恒压的交流电能.最后,通过实验验证了HESG-MC变速恒频发电系统及其控制策略的有效性.     

矩阵变换器空间矢量仿真研究

以矩阵变换器为研究对象,将矩阵变换器转换成虚拟的交一直一交结构,将成熟的双PWM调制算法运用到矩阵变换器,在虚拟整流侧进行输入相电流矢量调制,虚拟逆变侧进行输出线电压矢量调制,采用零矢量插在开关组合序列中间的脉冲输出模式。仿真结果验证了该脉冲输出的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

Z-源稀疏矩阵变换器励磁的双馈风力发电系统

针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。     

间接矩阵变换器供电电励磁同步电动机直接转矩控制(DTC)容错运行技术

间接矩阵变换器具有无直流滤波电容、控制策略简洁等优点,获得广泛研究;为了提高其供电的电机驱动系统可靠性及满足不间断运行需要,需要驱动系统具有容错运行功能。本文研究了一种间接矩阵变换器逆变级三相四开关供电电励磁同步电动机直接转矩控制(DTC)容错运行技术。分析研究了间接矩阵变换器容错运行的网侧整流级两种控制策略;结合网侧控制策略对逆变级输出电压矢量进行详细推导。仿真和实验结果证明了控制策略的可行性。     

绿色数据中心的供电运行控制和能量管理

将可再生能源引入数据中心高压直流UPS供电系统,形成直流微网的供电方式.基于此设计了一种分层系统运行控制和能量管理策略,旨在实现系统可靠运行和能量优化利用.微网由电网、光伏发电单元、储能电池和数据中心计算负荷组成,设备级控制考虑并网和孤岛2种运行方式划分为4种工作模式,光伏boost变换器有MPPT和降功率稳压2种工作...     

基于扩张状态观测器的DFIG网侧变换器滑模控制

针对双馈风力发电机网侧变换器因负载变化和滤波参数摄动导致控制效果不佳的问题,提出一种扩张状态观测器（extended state observer, ESO）与滑模控制相结合的网侧变换器双闭环控制策略。内环采用以功率为状态变量的基于ESO的滑模直接功率控制,外环采用以电压平方为状态变量的基于ESO的滑模控制;应用ESO对系统状态变量与包含系统未建模动态、负载变化和滤波参数摄动等集总不确定项进行估计,即可无需系统的精确数学模型设计滑模控制方法,实现网侧变换器在复杂环境下的鲁棒控制,理论分析了ESO和滑模控制的稳定性。此外引入功率差前馈环节,减小负载变化时外环滑模控制非线性带来的冲击。最后通过负载变化和滤波参数摄动两个算例仿真,结果表明,与传统矢量控制和滑模控制相比,所提控制策略在复杂环境下具有更强的鲁棒性。     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

PDM Control Method for a Matrix Converter Converting Several‐Hundred‐kHz Single‐Phase Input to Commercial Frequency Three‐Phase Output

This paper discusses pulse density modulation (PDM) control methods for a single‐phase to three‐phase matrix converter (MC) in high‐frequency applications. The proposed circuit is used as an interface converter for a wireless power transfer system. This converter can input a frequency of several hundred kilohertz and output a low frequency, that is, 50 Hz or 60 Hz, for a commercial power grid. The proposed circuit implements zero voltage switching (ZVS) operation by using PDM control methods and obtains high efficiency. In this paper, two PDM control strategies are compared: delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on space vector modulation (SVM), which is proposed here. Also, the experimental results obtained with the proposed system will be presented and discussed. The total harmonic distortions (THDs) of the output voltage with delta–sigma conversion and the PDM pattern generation method based on SVM are found to be 5.96% and 2.15%, respectively. In addition, the maximum efficiencies with delta–sigma conversion and the PDM control based on SVM are 93.4% and 97.3%, respectively. From the results, the validity of the PDM control based on SVM has been confirmed for improvement of the output waveforms and reduction of the switching loss.     

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。     

双端柔性低频输电系统无扰动并网控制策略

基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的低频输电系统(LFTS)在海上风电送出、城市电网及远距离输电相关领域应用潜力巨大。为研究LFTS启动过程及相关控制策略,实现M3C在无电压电流冲击状态下将换流站连接到低频输电线路,文中提出一种无扰动并网的启动方法。首先,分析LFTS结构及工作原理。然后,以双端LFTS为对象,分析M3C子模块选取原则以及充电过程。利用电容处于额定电压时闭锁M3C不与低频电网交换功率的特性,通过灵活控制M3C以及合理设计启动逻辑,无须新增检同期装置及控制算法,可解决LFTS启动时易出现的过压过流问题。最后,搭建实时数字仿真系统(RTDS)进行验证,仿真结果表明了所提控制策略的正确性,各换流站连接到低频输电线路时无电压电流冲击,工程应用前景较好。     

Modified Synchronous Vector Control Design of Multilevel Inverters for AC Grid Applications

This article presents a modified synchronous vector control design of a five-level cascaded H-Bridge inverter for integration of distributed generation (DG) resources to the power grid. The presented control strategy explores the limitations in the conventional synchronous vector control algorithm of grid-connected converter (GCC). The dynamic reference point (DRP) approach is considered to improve the performance of GCC. Compared with conventional control algorithm, DRP based control algorithm exhibits several specific advantages, such as increased reliability of the grid-interfaced converter, more active and reactive power injection capacity of the converter, and reduced cost of the converter. The objectives of control technique of the DG interface system are also employed to enhance the standard of the power grid. The optimized space vector pulse-width modulation (OSVPWM) control technique is used for grid integration. The simulation and experimental results are presented in order to validate the proposed functionalities of the grid-interfaced DG system. The effectiveness of the proposed control scheme is validated with better utilization of DG system, faster dynamics with reduced total harmonic distortion, better power factor, compensated load reactive power, and fault withstanding capability.     

基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统的运行与控制

提出了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统,可以将三相风力发电机通过一级交交变换后直接并入三相交流电网,具有功率损耗低、变流器电容电压纹波小、无升压变压器并网的优点。详细分析了该系统的功率特性及变流器子模块电容电压波动的情况,提出了基于环流控制的电容电压平衡控制和基于双比例谐振控制器的电流跟踪控制,最终实现了风力发电机最大功率点跟踪下系统的稳定运行。MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验结果验证了基于H-MMC的风电系统具有良好的稳态运行特性和动态响应特性。     

矩阵变换器电机系统控制策略研究

矩阵变换器具有体积小、输入电流正弦、能量可双向流动以及没有使用寿命有限的大电容等特点,是实现电机与变频器一体化的理想选择。针对矩阵变换器进入工业应用存在的问题,提出了矩阵变换器电机系统概念,并结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式,分析了电压矢量和直接转矩控制的影响,提出了改进的控制策略。     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。