一种分布式发电并网变流器测试装置设计方案及实现

提出了一种用于分布式发电并网变流器测试的波动电压发生装置方案，解决了分布式发电并网变流器在实际电网中不易测试的难题。该装置基于级联H桥拓扑，其电压等级可拓展，可高精度地输出频率为0.5～25Hz和波动幅值为0～10%基波电压幅值的波动电压，可模拟不平衡度可调节的三相不平衡电网，不平衡度范围为0～10%。它可以完成并网变流器对电网电压幅值和频率偏差，波动电压以及电网不平衡的适应能力等多种测试。本文分析了装置的工作原理，并以基于本文所提出装置拓扑的“35kV-6MW风机变流器低频扰动测试装置”上进行的现场实验为例，充分证明了这种波动电压发生装置用于分布式发电并网变流器测试的可行性和有效性。     

基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。     

基于模块化多电平变换器的电流滞环跟踪型并网控制策略

基于电流滞环型双闭环并网控制策略运用于模块化多电平变换器(MMC),实时监测电网电压、并网电流与给定电流误差,从而决定其网侧输出电压,使得并网电流快速、高效地跟踪给定电流;同时对并网电流脉动频率、开关频率做了详细分析,证明了该策略优越性。建立虚拟子模块,在此基础上根据子模块电容电压大小排序和桥臂电流方向,不断改变虚拟子模块与实际子模块驱动信号的循环映射关系,达到子模块电容电压动态平衡的目的。该控制方法适用于任意单元级联和任意电平数。设计了一台五电平MMC的实验样机对上述控制方法进行了实验验证。     

飞轮储能系统能量回馈的精确小信号建模及控制器设计

无刷直流电机驱动的飞轮储能系统可用于平滑风力发电的输出功率，其能量回馈可通过由半桥调制方法构成的Boost电路来实现。本文建立了这类飞轮储能系统能量回馈时的平均值模型，分析了多个物理量对直流母线电压的影响。基于系统的非线性特性，建立了静态点附近的精确线性化小信号模型，得到开关占空比、绕组电动势和系统能量状态对直流母线电压的传递函数。根据电压反馈环开环传递函数的Bode特性选择电容值，确定滞后超前串联补偿类型并简化为带惯性的PID补偿，给出控制器参数确定方法。采用Matlab/Simulink对含无刷直流电机驱动的飞轮储能系统的风力发电系统进行了仿真研究，结果表明，所设计的控制器可使直流母线电压基本保持额定值，从而提高了飞轮储能系统能量回馈的稳态和动态特性。     

基于全响应功率补偿的电压型PWM整流器直接功率控制

为提高直流环节的动态响应,抑制功率突变时的母线电压波动,本文在建立双PWM变频调速系统能量平衡数学模型的基础上,将无功电流引入功率调节环,采用输出功率直接反馈,首次提出动态和稳态分步补偿的全响应直接功率控制策略,即以功率为控制量,对稳态所需能量进行实时性补偿,对动态所需能量以n个期望控制周期为单位进行阶段性补偿。实验结果表明,改进后的电压型PWM整流器控制策略显著提高了直流环节的动态响应,且有效抑制直流母线电压波动,实现了对双PWM变频系统能量流动的精确控制和协调性能的提升。     

Buck变流器级联系统直流母线电压补偿控制策略

在直流分布式电源系统的设计过程中，稳定性设计是最核心但最复杂的部分。随着系统规模日益庞大，若想将其作为整体进行稳定性设计几乎是不可能的。由于级联是分布式结构中最基本的连接形式，故深入研究、改善级联系统的稳定性对于确保整个系统的稳定运行非常重要。除优化设计变流器参数外，增加母线补偿装置(VBC)也是改善级联系统直流母线电压稳定性的一种有效途径，目前针对DC-DC级联系统母线补偿策略及补偿容量的研究已取得了一定的成果，其中一些研究还可以应用于大信号扰动的场合。但总体而言仍有进一步探索和发展的空间。本文从大信号的研究角度出发，基于混合势函数理论和回转器大信号模型，提出了一种直流母线电压补偿控制策略。该控制策略可根据级联系统中源、负载变流器的具体特性参数进行有针对性的补偿；同时，该策略由混合势函数理论的稳定性定理推导得出，从理论上保证了加入VBC后整个系统在大信号扰动下的稳定性。仿真和实验以峰值电流模式控制型Buck变流器级联系统为例对该补偿控制策略的有效性和补偿效果进行了验证。     

全波形反演深度建模在火山岩成像的应用

介绍了一种可以应用于单相光伏发电并网系统的七电平混合级联型逆变器。分析了电路的工作模态和不同工作方式下死区以及开关动作对于逆变器的影响,并由上述分析的结论得出了逆变器的最佳工作方式,基于该方式给出了一种控制全桥直流支撑电容电压的方法,并计算了其实现条件。采用了占用数字信号处理器(DSP)系统资源较少的单载波SPWM方式实现对逆变器的调制。最后通过仿真和实验对上述内容进行了验证。     

一种高动态性能的级联型有源电力滤波器

基于级联H桥多电平拓扑的有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)的研究越来越广泛。本文针对级联型APF系统的动态性能进行了研究。首先分析了电网电流反馈控制动态响应慢的原因和理想情况时的动态响应,在此基础上提出了一种提高系统动态性能的方法,该方法的特点是:稳态时,系统的控制策略为电网电流反馈控制,负载突变时,系统采用复合控制策略。文中进一步详细阐述了其实现方法,并对级联APF直流侧电容电压均衡控制的原理及其硬件实现进行了描述。仿真和实验结果表明,采用该方法的级联APF具有较高的稳态和动态补偿性能。     

基于载波和空间矢量调制之间联系的多电平VSI降低和消除共模电压的PWM策略

提出一种多电平逆变器降低和消除共模电压的调制方法。选择适当的开关状态,部分共模电压消除调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧母线单电源电压的三分之一,完全共模电压消除调制方法(FCMVPWM)能完全消除共模电压。分析了这两种调制方法与基于载波的脉宽调制方法的关系。在NPC三电平逆变器的原型机上对算法进行了实验验证,仿真和实验结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。最后将算法拓展到任意电平逆变器的调制中。     

基于动态差值法的直流系统绝缘监测技术

针对常用直流系统绝缘监测方法的不足，提出了一种新型直流系统绝缘在线监测方法—动态差值法。即利用两次投切电阻后的电压变化量与漏电流变化量的比值来检测支路接地故障。该方法克服了绝缘监测装置的检测死区，克服了由于传感器零点漂移影响支路绝缘电阻计算的准确性造成的漏报和误报，提高了检测灵敏度和准确性。现场运行表明了此方法的准确与可靠。     

恢复潮流可行的交直流电力系统切负荷新模型

本文通过在交流侧有载调压变压器支路模型中引进虚拟节点,并通过虚拟节点的电压变量来表示有载可调变压器支路功率方程;在直流侧引进与换流器相对应的交流电压幅值、电流幅值等变量表示直流方程;耦合方程把不同坐标系下的方程耦合到一起,由此建立了交直流混合系统恢复潮流可行性问题的二次切负荷优化新模型。预测-校正原对偶内点法被用来实现这个最优潮流问题,该模型的海森矩阵在优化过程中是恒常矩阵,只需要计算一次,这样缩短了内点法的计算总时间。仿真计算结果验证了所建模型正确性和有效性,可判断潮流是否可行并给出切负荷的位置。     

宽转速运行的定子双绕组异步电机风力发电系统低速轻载运行时的效率优化控制策略

为有效利用低风速区风能，拓宽风能利用范围，对宽转速运行的定子双绕组异步电机(DWIG)风力发电系统低速轻载运行时的效率优化问题进行了研究。简述了该发电系统的拓扑结构和低速运行时的电压控制原理，分析了DWIG低速运行时效率优化控制的基本原理及特殊性，推导了考虑铁损的DWIG数学模型，建立了DWIG损耗模型，获得了最优磁链求解方程，进而提出了一种基于DWIG损耗模型的效率优化控制策略，并给出了具体实现方法。样机实验结果表明，该效率优化控制策略是正确、有效的，它不仅能使系统保持低速运行输出额定电压的优势，而且还能明显提高系统低速轻载运行的效率，从而实现了低风速区风能的有效利用。     

基于Crowbar的双馈机组风电场等值模型与并网仿真分析

针对双馈机组(DFIG)风电场并网中亟须解决的低电压穿越问题，提出了一种基于Crowbar的双馈机组风电场等值方法。通过对DFIG在电网故障情况下的机理分析，给出了电网故障时DFIG转子电流的表达式。根据DFIG转子电流值判别是否投入Crowbar，将DFIG风电场分为投入与不投入Crowbar两组；运用容量加权法计算各组参数，建立DFIG风电场的双机等值模型。算例仿真分析表明，DFIG风电场的双机等值模型能够较准确地反映电网故障期间风电场变化，采用快速无功补偿提高了风电场的低压穿越能力。     

含虚拟惯性与阻尼控制的变速风电机组综合PSS控制器

大规模风电场接入电网将削弱系统的惯性和阻尼特性,不利于电网安全运行。本文首先分析变速风电机组的传统功率控制,根据虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出适用于变速风电机组的虚拟惯性控制策略,解决高风电渗透率区域电网惯性不足的问题。其次,通过分析所提虚拟惯性控制对系统阻尼特性的影响,发现该控制方法对功率振荡具有抑制作用,实现了惯性控制与阻尼控制在有功环节上的有机结合。为进一步增强风电机组的阻尼能力,提出无功阻尼控制与虚拟惯性控制相结合的综合控制方案,从而完善风电场对系统的支持能力。最后,通过对含变速风电机组区域电网的仿真分析,验证在所提控制方案下风电机组不仅能够快速对电网提供频率支持,并且具备阻尼系统功率振荡的能力。     

一种耦合电感双输入升降压变换器

针对温差发电模块输出电压宽范围变化并要求电流纹波小的特点,提出一种耦合电感双输入升降压变换器。其前端为两个Boost单元并联实现双输入,再级联Buck单元实现升降压;Boost与Buck电感反向耦合,减少了磁心数目,并且磁心直流磁通相互抵消,减小了磁心体积和损耗,大大提高了变换效率和功率密度;提出了相应的控制和调制策略以实现分布式MPPT及宽输入电压范围各种工作模态间的平滑切换。详细分析了变换器工作原理和耦合电感特性,搭建了一台450W实验样机,验证了理论分析的正确性和可实现性。     

塔里木盆地塔中地区奥陶系划分问题

电网电压不平衡条件下,为了最大限度提升双馈发电系统综合运行能力,需考虑网侧变换器的辅助控制功能。本文提出一种采用降阶谐振器的电流控制方案,可实现以消除整个双馈发电系统输出有功、无功功率脉动为目标的辅助控制功能。该控制方案以整个系统输出的有功、无功功率直接作为被控对象,在正转同步旋转坐标系中通过2倍频降阶谐振器对其进行直接调节,可消除以正、负序电压分量为基础的网侧变换器负序电流指令计算环节,并完全无需对电压、电流进行相序分离,即可实现所设定的网侧变换器辅助控制目标。仿真和实验结果表明:所提出采用降阶谐振器的电流控制方案,在电网电压不平衡条件下,既实现消除整个发电系统输出有功、无功功率的脉动的网侧变换器既定控制目标,又可提高双馈系统在不平衡故障下的动态控制性能。