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户用型光储微网双向逆变器控制技术研究

户用型光储微网双向逆变器控制技术研究

作者：刘甲琛陕西科技大学

学位级别：硕士

在世界能源匮乏、环境污染严重的大背景下,绿色环保的分布式能源成为了人类关注的焦点。但是由于分布式能源出力的间歇性使得分布式能源大规模地接入电网将对其带来不可避免的冲击。微电网作为解决这种冲击问题的技术方案被提出并得到推... 详细信息

在世界能源匮乏、环境污染严重的大背景下,绿色环保的分布式能源成为了人类关注的焦点。但是由于分布式能源出力的间歇性使得分布式能源大规模地接入电网将对其带来不可避免的冲击。微电网作为解决这种冲击问题的技术方案被提出并得到推广,它可以有效地解决可再生分布式电源的接入问题,同时可以对分布式电源的能量进行统一的调度管理。本课题主要研究基于户用型光储微电网大背景下的双向逆变器控制与双向逆变器由于大电网状态不同而产生的不同运行模式下的能量管理问题。本文所做的主要工作包括以下几个方面:（1）对户用型光储微电网进行设计。本文在阅读大量微电网相关资料和逆变器参考文献的基础上,确定所研究的户用型微电网结构,并确定所需要达到的系统性能指标。（2）户用型光储微电网能量调度控制的研究。针对整个户用型光储微网系统,本文首先设计了不同模式下双向逆变器与蓄电池的集中式控制,提出户用型光储直流微电网的4种工作模式,并研究了一种满足特定模式下的P-I（功率-电流）控制方法,通过此方法对蓄电池进行控制可以实现系统的稳定运行。最后对户用型微电网系统进行了经济优化调度控制。（3）户用型光储微电网中双向逆变器控制技术研究。结合本系统实际情况,在微电网运行模式设计与能量管理的基础上,对双向逆变器的控制技术进行了研究。对比传统PI控制分析了比例复数积分（PCI）控制的原理与优势,搭建了PCI控制器并将其运用到所研究的双向逆变器控制中。针对双向逆变器并网模式与离网模式下的控制方法进行研究,在满足并离网切换控制的基础上,提出了一种在双向逆变器能量双向流动中增加虚拟阻抗的控制方法,来防止母线电压的跌落。（4）对户用型光储微电网的仿真分析。在Matlab R2015b/Simulink平台上搭建系统仿真模型,分别对PI控制、PCI控制进行基于双向逆变器逆变模式的仿真实验,从跟踪能力与抑制直流分量能力进行对比,体现了PCI控制算法的优越性;另外,对双向逆变器工作在整流、能量双向流动、并离网切换三种模式下进行仿真实验,验证了本文提出的双向逆变器能量双向流动的方法具有可行性和有效性,能保证系统在运行过程中母线电压不跌落。最后,对本文提出的能量调度方法、P-I控制算法与经济优化调度算法进行了仿真,证明了所提出方法均可以结合双向逆变器有效地对系统能量进行合理的调节分配。（5）双向逆变器的软硬件设计。研制了一台3kW的双向逆变器实验样机,分别设计了双向逆变器的硬件结构拓扑和软件算法程序,对所设计的样机进行实验测试,验证了双向逆变器实验样机可有效完成实验过程并得出部分的实验结果。仿真和实验结果表明:双向逆变器中采用PCI控制策略不仅可以实现无静差跟踪,而且还可以抑制低频直流分量;本文所提出的P-I控制方法可以对蓄电池进行合理控制从而实现系统的稳定运行;本文所采用的能量调度方法、经济优化调度算法均可以结合双向逆变器对系统能量进行合理的调配。

关键词：双向逆变器比例复数积分户用型微电网能量调度

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户用型微电网恒功率控制方法的研究

现代电子技术 2017年第24期40卷 151-153,159页

作者：康家玉刘甲琛王素娥陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021

针对光储独立微网中直流母线电压易受光伏发电功率及负载用电功率的波动影响,通过类推V-I下垂控制提出一种功率-电流(P-I)控制策略,用控制系数k来改变与光伏发电输出功率的数学关系,以实现微网的功率平衡,可有效抑制微网直流母线电压的... 详细信息

针对光储独立微网中直流母线电压易受光伏发电功率及负载用电功率的波动影响,通过类推V-I下垂控制提出一种功率-电流(P-I)控制策略,用控制系数k来改变与光伏发电输出功率的数学关系,以实现微网的功率平衡,可有效抑制微网直流母线电压的波动。通过建立光伏电池及蓄电池数学模型,分析PV发电输出功率与负荷功率的关系,推导出系数k与光照强度及储能充放电电流之间的关系式,设计了一种P-I控制器。Simulink仿真结果表明,该P-I控制方法能有效地协调控制直流母线功率平衡,有效地提高系统的稳定性。

关键词：户用型微电网下垂控制功率平衡 P-I控制

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基于改进的小波变换电力系统谐波分析

现代电子技术 2018年第19期41卷 49-53页

作者：康家玉曹志威王旭刘甲琛陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021

小波变换(WT)具有可变的时-频窗口,能够聚焦信号的任意细节,适用于非稳态及瞬变信号的分析和处理,但因存在小波混叠现象,导致其分析的精度低、鲁棒性差。针对db20小波消失矩阶数大的特性和良好的频带划分效果,同时为满足电力系统谐波有... 详细信息

小波变换(WT)具有可变的时-频窗口,能够聚焦信号的任意细节,适用于非稳态及瞬变信号的分析和处理,但因存在小波混叠现象,导致其分析的精度低、鲁棒性差。针对db20小波消失矩阶数大的特性和良好的频带划分效果,同时为满足电力系统谐波有效分析的要求,提出基于db20小波变换抗混叠的谐波分析方法。该方法首先将信号按频带分解成子频带信号,再利用连续小波变换分析子频带信号,获取谐波信息。经Matlab仿真表明,所提方法能够有效地分析电力系统谐波信号。

关键词：小波变换 db20小波小波混叠子频带信号抗混叠电力系统谐波

一种基于H6桥单相光伏并网逆变器控制策略的研究

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可再生能源 2016年第8期34卷 1144-1150页

作者：康家玉王旭王素娥周猛刘甲琛陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021

为使光伏并网发电系统输出高质量的电能,文章在H6逆变器拓扑的基础上,提出了PI+QPR复合控制策略,克服了QPR(准比例谐振)控制对低频直流分量抑制能力较差的缺点,解决了PI控制存在稳态误差的问题;在Simulink平台上构建仿真实验模型,结果... 详细信息

为使光伏并网发电系统输出高质量的电能,文章在H6逆变器拓扑的基础上,提出了PI+QPR复合控制策略,克服了QPR(准比例谐振)控制对低频直流分量抑制能力较差的缺点,解决了PI控制存在稳态误差的问题;在Simulink平台上构建仿真实验模型,结果表明新的控制策略不但能实现无静差跟踪,而且有效降低了低频直流分量,实现了单位功率因数,验证了所提出新的控制策略的准确性和可行性,在实际应用中具有很好的工程价值。

关键词： H6逆变器拓扑准比例谐振共模电流复合控制

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基于自抗扰技术的三相电力电子负载电流控制

电子器件 2021年第2期44卷 346-351页

作者：康家玉王伯赢刘甲琛王素娥陕西科技大学电气与控制工程学院陕西西安710021 国网西安市长安区供电公司陕西西安710100

提出一种基于自抗扰技术的三相电力电子负载模拟变换器电流控制方法,解决了传统电流控制存在电流解耦困难、参数摄动、抗干扰能力差的问题。通过建立基于同步旋转d/q坐标系下负载模拟变换器的数学模型,分析电流耦合产生的机理以及影响... 详细信息

提出一种基于自抗扰技术的三相电力电子负载模拟变换器电流控制方法,解决了传统电流控制存在电流解耦困难、参数摄动、抗干扰能力差的问题。通过建立基于同步旋转d/q坐标系下负载模拟变换器的数学模型,分析电流耦合产生的机理以及影响系统的扰动。设计一阶自抗扰控制器,将系统分析得到的问题作为系统扰动并通过自抗扰控制器消除扰动,以达到控制效果,并选定该控制器参数整定方法。仿真、实验结果表明,所提出的基于自抗扰技术的三相电力电子负载的电流控制方法可确保负载模拟变换器获得较好的稳态和动态性能,特别是针对电流耦合以及系统外部扰动和内部扰动都具有较好的控制效果。

关键词：三相电力电子负载负载模拟变换器电流解耦自抗扰技术

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储能型准Z源光伏并网系统能量管理研究

可再生能源 2020年第5期38卷 666-673页

作者：康家玉张晓飞刘甲琛王素娥陕西科技大学电气与控制工程学院陕西西安710021 国网陕西省西安市长安区供电公司陕西西安710021

针对储能型准Z源光伏并网系统能量源多、能量流动方式复杂问题,文章提出一种以实时功率值为工作模式切换标准,且带有经济优化调度的新型能量管理方式。根据不同的能量流动方式将系统划分为两大类共6种工作模式,结合各功率源实时功率值... 详细信息

针对储能型准Z源光伏并网系统能量源多、能量流动方式复杂问题,文章提出一种以实时功率值为工作模式切换标准,且带有经济优化调度的新型能量管理方式。根据不同的能量流动方式将系统划分为两大类共6种工作模式,结合各功率源实时功率值和蓄电池荷电状态值设计能量管理方式,设定各工作模式切换判断条件,制定相应的并离网控制方式,并采用带惯性权重的粒子群算法对系统进行经济优化调度。MATLAB/Simulink仿真实验结果表明,在各功率源实时功率变化时,系统各工作模式间切换顺利,且切换前后系统稳定运行,优化算法在一定程度上提高了系统经济效益。

关键词：准Z源能量管理实时功率经济优化

基于四开关Buck-Boost的三模式平滑切换控制策略

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科学技术与工程 2019年第33期19卷 193-199页

作者：康家玉陈旭阳刘甲琛王素娥陕西科技大学电气与控制工程学院国网西安市长安区供电公司西安710021

四开关Buck-Boost电路因其独特的优势适合应用在宽电压输入的场合。在传统的三模式切换控制策略中加以改进,提出一种带输入电压前馈的改进三模式切换控制策略,并推导了在各个模式下的前馈函数,使其可以在输入电压变化时能很好地稳定输... 详细信息

四开关Buck-Boost电路因其独特的优势适合应用在宽电压输入的场合。在传统的三模式切换控制策略中加以改进,提出一种带输入电压前馈的改进三模式切换控制策略,并推导了在各个模式下的前馈函数,使其可以在输入电压变化时能很好地稳定输出。通过检测输入电压自动判断使用不同的前馈回路。传统控制方法在Buck模式和Boost模式切换至Buck-Boost模式时,输出电压在切换点处会跳变,通过合理设置Buck模式和Boost模式的参考电压,使系统在模式切换时消除切换点处的电压跳变。在MATLAB/SIMLINK中搭建仿真模型,验证改进型三模式平滑切换控制策略的可行性。

关键词：四开关Buck-Boost 宽输入输入电压前馈三模式切换

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LCL滤波的PWM整流器稳定性控制研究

福建电脑 2017年第2期33卷 138-139页

作者：康家玉张志鹏曹志威刘甲琛王旭陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021

LCL滤波器与传统的L滤波器相比,减少了三相PWM整流器对电网的谐波污染,同时可以降低电感量和成本,但LCL滤波器增加了电容环节会使系统产生不稳定的问题。提出并采用引入电容电流的方法来减少谐振带来的不稳定现象,对LCL滤波器的数学模... 详细信息

LCL滤波器与传统的L滤波器相比,减少了三相PWM整流器对电网的谐波污染,同时可以降低电感量和成本,但LCL滤波器增加了电容环节会使系统产生不稳定的问题。提出并采用引入电容电流的方法来减少谐振带来的不稳定现象,对LCL滤波器的数学模型进行了分析,采用电压电流的双闭环PI控制策略。MATLAB仿真结果表明,网侧电流谐波小于国家规定的5%,验证了该方法的可行性。

关键词： LCL滤波器 PWM整流器双闭环PI控制

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风力发电无储能型微电网能量管理方法研究

电力勘测设计 2021年第6期33卷 79-84页

作者：张东刘甲琛夏艺歌曹志威中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司陕西西安710054 国网陕西省电力公司西安市长安区供电分公司陕西西安710100 陕西送变电工程有限公司陕西西安710014 上能电气股份有限公司广东深圳518057

为解决分布式风力发电输出功率的间歇性对电网产生较大的冲击及其产能过大造成的能量浪费等问题,设计一种无储能型微电网系统进行风力发电输出电能的多级调度。提出一种针对该微电网系统的分层控制方法,控制系统通过逐层对微电网系统电... 详细信息

为解决分布式风力发电输出功率的间歇性对电网产生较大的冲击及其产能过大造成的能量浪费等问题,设计一种无储能型微电网系统进行风力发电输出电能的多级调度。提出一种针对该微电网系统的分层控制方法,控制系统通过逐层对微电网系统电能的控制调度,减小风力发电间歇性导致的大功率波动并解决产能过剩的问题。最后,采用Matlab/Simulink软件对所提方法进行仿真实验,结果表明,所提控制方法能有效降低风力发电的功率波动对电网的影响,有效解决风力发电产能过剩的问题。

关键词：风力发电无储能型微电网能量管理方法分层控制功率波动平抑