直流微电网孤立运行控制策略研究

在直流微网中没有无功功率流动,母线电压是衡量系统稳定和功率平衡的重要指标。针对没有大电网支撑的孤立微网存在的直流母线电压随着微网中分布式电源的间歇性波动和负载变化而波动或小范围突变,从而影响挂接在母线上的设备和负载稳定供电这一问题,构建了一种基于储能的孤立直流微电网系统,通过对蓄电池的充放电控制来抑制和消除直流母线电压波动,并对运行中出现的分布式电源输出波动和负载变化等情况进行了仿真实验。结果表明,直流微网孤立运行模式下,采用该控制策略的微电网能有效抑制外界环境变化带来的可再生能源功率输出的波动,向用户供应稳定的电力。     

微电网中分布式电源的能量管理

提出了微网中分布式电源在不同情况下的工作模式。采用风能、太阳能等可再生能源发电的分布式电源的发电能力受环境状况的影响很大,因而其发电能力不是恒定不变的,这一点与传统发电机有很大不同。另外处于微网中的分布式电源又要满足微网在并网和孤岛运行模式下工作的要求,因而微网中分布式电源要能够适应这些变化,保持正常工作。基于改进的下垂控制模式和分布式电源的功率输出情况,分别介绍了微网中电源在并网及孤岛运行期间的工作模式,并通过PSCAD仿真验证了所提出方法的有效性。     

光储交直流混合孤岛微网控制策略研究

针对现有的微网功率管理通常需要复杂编程来实现,提出一种无需复杂编程的综合控制策略来实现光储交直流孤岛微网的协调控制。在考虑储能荷电状态和直流母线参考电压偏差量越限的情况下,在前级结构中构建多回路功率控制策略,将越上限的储能荷电状态或直流母线参考电压偏差量反馈到光伏功率控制器中,使得光伏控制器偏离最大功率运行点,同时调整光伏输出的参考电压,进而防止储能荷电状态超过设定的上限或直流母线电压骤然上升。反之将越下限的储能荷电状态或直流母线参考电压偏差量反馈到需求响应侧发送切除直流负载命令,防止荷电状态超过设定的下限和直流母线电压骤然下降,从而实现了系统前级功率平衡并运行在安全范围内。另外,微网后级的逆变器采用主从控制模式,主逆变器采用虚拟同步发电机控制策略,实现对系统电压频率的控制及负荷的跟随;从逆变器采用恒功率控制策略为后级提供期望的功率需求。MATLAB/Simulink仿真结果表明:前级多回路功率控制策略与后级基于虚拟同步机的主从控制策略相联动,确保了所提混合微网在不同工况下能协调光伏功率和储能功率平衡,并使微网系统能稳定可靠运行。     

基于改进虚拟同步机的风储微网综合控制

微电网中负荷变化与风电等分布式电源出力不确定性给整个微网稳定带来很大困难。针对风电出力波动问题,采用虚拟同步发电机控制结合深度强化学习对电池储能系统输出进行控制：首先搭建包含风电、电池储能、负荷、外部电网的微网模型,其次利用深度确定策略梯度算法对虚拟调速器进行设计,结合奖励函数通过反复学习训练生成调速器实现对虚拟同步发电机的改进。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建对应的仿真模型,与下垂控制、传统虚拟同步发电机控制进行对比,仿真验证了并网到离网切换场景与孤岛运行场景下,所提出的控制方法对微网频率与电压有良好的稳定效果,可以实现对负荷有功功率与无功功率的快速追踪。     

具有快速并网功能的微网系统控制策略

为提高微网系统的性能,本文在已有的微网系统控制策略基础上,针对以下两点对其进行优化:一是微网用分布式电源输出功率限幅功能,用以抑制多台微网用分布式电源并联运行时,由于下垂特性不同而导致的微网用分布式电源过载或功率反向注入问题;二是微网系统离网状态向并网状态切换时,在微网系统二次调频控制的基础上添加频率扰动策略,用以缩短微网系统的频率调节时间,实现微网系统与电网的快速同步.本文对所提出的这一控制策略进行了分析,并利用4台容量为25 kVA的微网用分布式电源变流器和1台90 kVA可调模拟负荷组成微网系统实验电路,通过微网系统并网/离网无缝切换实验验证了这一控制策略的可行性.     

基于混合储能的功率前馈稳压控制策略研究

针对独立光伏发电系统中直流母线电压易受光伏输出变化和负载功率波动等因素的影响而使系统稳定性变差的这一问题,文中采用超级电容—蓄电池混合储能来抑制直流母线电压的波动,并提出采用功率前馈补偿的控制方法来对系统进行控制,即将光伏输出功率的变化趋势和负载功率的变化趋势前馈到双向变换器的发波环节,通过前馈条件来实现扰动误差的全补偿。仿真实验结果表明,混合储能+功率前馈控制策略能更好地抑制光伏输出变化和负载功率波动对母线电压的影响,系统稳定性得到了进一步的提高。     

含恒功率和下垂控制机组的微网小信号模型简化分析

为了使微网小信号模型更加简练,分别只考虑采用下垂控制策略机组和采用恒功率(PQ)控制策略机组的下垂控制环节、直流侧电压和无功控制环节的动态性能.由于交流侧滤波电抗一般大于线路阻抗,近似认为采用PQ控制策略机组的输出功率取决于其逆变器桥臂输出电压的幅值和相角,从而可跟下垂控制简化模型相统一,便于小信号模型建立.针对取较大下垂系数难于保证功率分配外环稳定问题,在有功下垂控制环节中增设了前馈环节来改善系统稳定性,最后通过时域仿真加以验证分析结论.     

基于最大输出电流的智能太阳能电源管理电路

为实现跟踪太阳能电池板的最大功率点, 提出一种基于直流鄄直流(DC/ DC: Direct Current-Direct Current)变换器最大输出电流的方法, 并将模糊逻辑控制理论应用于太阳能电源管理电路进行智能化充放电管理。 建立了 DC/ DC 变换器数学模型, 理论证明了基于最大输出电流跟踪太阳能电池板的最大功率点的可行性。 模型采用 STM8L151K4T6 单片机控制 Sepic 变换器电路实现了对 3 W 的小功率太阳能电池板的最大功率点跟踪, 对储能元件蓄电池的恒流恒压充电控制以及过充和过放保护进行控制。 实验结果验证了该设计的合理性和有效性, 实现了太阳能电源管理电路的最优控制。     

采用CMOS E类放大器实现功率控制的方法

针对手持式无线通信产品对低成本、高效率收发机的需求,提出了一种将并联放大结构和放大器电源漏端调制相结合的功率控制方法。结合射频E类功率放大器的结构特点,采用CMOS工艺,达到了在大的输出功率范围内保持持续稳定高效率的目的。在设计中采用1/4波长传输线实现了大范围的功率联合与控制,而小范围的输出功率调节则通过改变E类功放的漏端电源电压完成。仿真结果表明:理想情况下当输出功率在140~700 mW范围内变化时,联合放大器的功率增加效率均可保持在41%以上,最高可以达到47.9%。     

低压微网孤岛模式下改进的下垂控制策略

针对多台分布式电源并联孤岛运行时,使用传统的下垂控制策略存在功率振荡以及受负荷波动影响较大等问题,提出了一种基于简化情感智能控制器的低压微网P-V下垂控制策略,功率控制中引入自调节下垂系数环节,电压外环控制中引入具有参数自学习能力的简化情感控制器。结果表明,与传统下垂控制方式相比,基于简化情感智能控制器的低压微网P-V下垂控制策略可以更好地实现系统功率的准确均分,抑制功率振荡和减少负荷变化带来的电压波动,提高系统的动稳态性能。     

精密微电弧焊接逆变电源的设计

为了提高微电弧焊接过程中的电流控制精度和小电流稳定性,设计了一种精密微电弧焊接逆变电源.该电源在传统钨极氩弧焊电源的基础上加入了基于数字信号处理器的全数字化控制系统,采用有限双极性控制方法实现了全桥逆变电路的软开关.文中还介绍了电弧负载的电特性,分析了焊接工艺对电源电气特性的要求,设计了直流和脉冲两种波形控制方案,阐述了电源系统的软件流程及控制算法.结果表明:通过精确控制电流、时间、频率、脉宽等输出参数,可实现对输出能量的精密控制,且波形一致性较好;采用积分分离PID控制算法,可实现电弧"起弧-燃烧-收弧"过程的柔顺过渡,提高小电流输出时的电弧稳定性.     

2.45 GHz紧凑型微带整流天线阵列

为了提升整流天线的微波功率容量与直流输出功率,本文提出了一款基于肖特基二极管的紧凑型微带整流天线阵列,工作频率为2.45 GHz,采用HSMS-2700肖特基二极管作为整流器件,并采用倍压电路提升功率容量与直流输出功率。在输入微波功率2 W时,单支整流电路的最大输出直流功率为0.93 W。将整流电路集成到贴片天线后,形成整流天线阵列。结果表明,天线阵列最大可输出14.03 W的直流功率,尺寸为217 mm×275 mm×2 mm。整流天线阵列结构紧凑,输出直流达到了117.6 mW/cm~3。     

具有PFC功能的逆变式直流弧焊电源

介绍了逆变式直流弧焊电源的基本原理,以及在逆变式直流弧焊电源中采用功率因 必要性,分析了ＰＦＣ的原理和利用通用的脉宽调制集成电路３５２４实现ＰＦＣ控制的方法,给出了具有ＰＦＣ功能的逆变式直流弧焊电源的实际电路。     

单相低纹波PWM整流器的直接功率控制

传统的单相PWM整流器工作时,其直流母线电压存在较大的波动,通常需要在直流侧并联容值较大的电解电容.为了解决这一问题,采用在传统整流器直流侧并联有源辅助回路来构成单相低纹波PWM整流器以减少直流母线电压的波动.为了能在整个低纹波PWM整流器中实现直接功率控制,通过求解一个能体现有功无功跟踪能力的指标函数来实现整流回路的直接功率控制,推导辅助回路输出电流与整流回路输入功率的关系,以此来实现对辅助回路的直接功率控制.仿真结果表明:采用提出的直接功率控制策略,不仅能够极大地降低整流器直流母线纹波电压、确保整流器的单位功率因数运行,还能在辅助回路的作用下减少直流母线电压的稳定时间.     

光储式电动汽车充电站直流微网运行控制策略研究

针对光储式电动汽车充电站直流微网运行中面临的光伏发电、电动汽车充电的随机性波动问题,提出了一种基于光伏电池最大功率跟踪、储能电池充放电及系统并网控制的运行策略,有效提高了系统运行的稳定性与鲁棒性.该控制策略采用扰动观察法对光伏最大功率点跟踪控制,以有效提高光伏发电的利用率.同时采用双向DC/DC变换器对电池充放电状态进行控制,并基于双向AC/DC变换器对直流微电网与大电网能量的双向流动进行控制.为验证该控制策略的有效性,建立微网模型进行仿真实验.结果 表明,该控制策略能够明显提高微网直流母线电压的稳定和光伏发电的利用率.     

低压微电网逆变器并离网平滑切换控制

分布式能源通过电力电子变换器与本地负载、储能设备等相结合构成微电网;并实现在并网、离网及并离网相互切换模式下的稳定运行。采用下垂控制实现微电网离网运行时逆变器输出电压和频率的稳定、并网运行时输出功率的恒定,并且不改变控制方式实现并离网的平滑切换控制。由于传统下垂控制在离网运行时,逆变器输出电压与频率存在一定的偏差;并且为了使逆变器输出阻抗呈阻性以减小控制参数对输出阻抗的影响,采用一种改进的下垂控制策略;并在逆变器双闭环控制中加入虚拟阻抗。仿真结果验证了改进下垂控制策略在离网、并网以及并离网相互切换运行时的有效性,以及相比于传统下垂控制策略的优越性。     

低压微网多逆变电源的综合控制策略设计

针对微电网通常是接入低压配电网的情况,分析了低压微电网输电线路与传统高压输电线路阻抗比的差异,对低压微网功率传输进行了理论修正.在此基础上采用不同的控制策略对低压微电网进行综合控制,联网模式下为了执行支撑本地电压和调节馈线潮流,微电源采用PQ控制策略;孤岛模式下为确保负荷能各自快速分担负载和电压频率稳定,微电源采用电压频率V/f下垂控制.为保证逆变器输出阻抗与线路阻抗相匹配,在逆变器控制策略中引入阻性虚拟阻抗,根据低压线路参数呈阻性的特点,对传统高压大电网下垂特性进行修正,通过旋转坐标正交变换矩阵,对电压频率V/f下垂控制进行了改进,使得传统的V/f下垂控制得以扩展应用于低压微网中.仿真验证分析,证明了低压微电网系统下设计的综合控制策略能够保证系统与运行的稳定性和可靠性.     

光伏发电逆变并网系统复合控制策略

研究了一种适用于兼顾无功补偿的微网光伏并网逆变系统,提出一种单相光伏逆变器的复合控制方法.根据单相光伏逆变器的功率平衡原理,推导出光伏逆变器的直流侧二次纹波电压的大小,由此进行校正补偿消除逆变器输出的三次谐波电流.光伏单相并网逆变器的前馈基波调制信号可由其稳态数学模型得出,从而进行输出电流快速前馈控制,然后利用无差拍控制器来实现输出电流的闭环控制,从而形成了前馈+反馈的复合控制方法,可以实现单相逆变器输出电流的快速、无差跟踪.实验和仿真结果表明了本文所提出的复合控制方法能够提高光伏并网逆变器的工作性能,并改善微网的电能质量.     

中频交流脉冲电源的研制

研制了150kHz中频交流脉冲电源,给出了中频交流脉冲电源的设计思路和实现方案.该电源采用全桥逆变拓朴电路、PWM控制方式、输出功率叠加的方案,具有输出变压器原边平均电流和副边峰值电流的过流保护功能.其输出峰值电压0~1200V连续可调,频率1~150kH z可调,脉宽占空比10%~40%可调,输出平均电流0~5A,最大输出功率5kW.利用该电源进行了等离子体化学气相沉积和反应溅射实验,证明该电源各项指标运行正常,工作稳定,具有良好的应用价值.     

永磁同步风力发电机组的不对称故障穿越控制策略

永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下运行,将导致并网电流不对称、畸变,直流母线电压上升并含有2倍工频纹波等问题.为了提高永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下的穿越能力,提出一种PMSG机组的控制策略:在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法来消除并网电流负序分量;在机侧换流器的控制中提出了一种新的发电机电磁功率跟踪控制思想,使发电机的输出功率跟踪网侧换流器的输出功率,消除了不对称故障情况下直流母线电压的2倍工频纹波和限制直流侧电压上升,避免直流母线电压波动超出电容电压的额定值.1 MW机组的仿真结果表明,所提出的控制策略可实现不对称故障穿越,验证了所提出控制策略的有效性.