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基于功角保持的VSG低电压穿越控制策略

合肥工业大学学报（自然科学版） 2024年第5期47卷 612-619,634页

作者：杜燕蒋伟杨向真苏建徽合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制通过模拟同步发电机的运行特性,达到并网逆变器为电网提供惯性支撑的目的。传统VSG在电网发生短路故障时容易导致输出电流越幅与功角振荡,无法为电网提供无功支撑,使逆变器不具... 详细信息

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制通过模拟同步发电机的运行特性,达到并网逆变器为电网提供惯性支撑的目的。传统VSG在电网发生短路故障时容易导致输出电流越幅与功角振荡,无法为电网提供无功支撑,使逆变器不具备低电压穿越能力。文章提出一种VSG低电压穿越控制策略,故障期间保持功角稳定,故障恢复期间通过基于虚拟功率的功角保持环节实现预并列,故障恢复后输出功率能够快速恢复至给定值,运行模式之间能够平滑快速切换,实现低电压穿越。仿真验证了该控制策略的正确性与有效性。

关键词：虚拟同步发电机(VSG) 低电压穿越功角保持动态响应

基于新型VLMZVM的ANPC型三电平并网逆变器环流抑制方法

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太阳能学报 2024年第6期45卷 272-284页

作者：杨向真刘灿杜燕张徐进博张涛施永合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 教育部光伏系统研究工程中心合肥230009

为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位(ANPC)型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制(VLMZVM)策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产... 详细信息

为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位(ANPC)型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制(VLMZVM)策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产生机理和影响因素,通过检测零序环流状态,实时选择虚拟大矢量或实际大矢量合成方法来抑制零序环流,并提出区分奇偶扇区的矢量分配方法快速选择合成矢量。实验结果验证了新型VLMZVM策略能在电流突变、参数不一致、全功率因数范围都具有很好的环流抑制效果。

关键词：逆变器分布式发电功率因数虚拟矢量环流抑制调制策略

交直流子网双边惯量约束下互联变流器动态功率控制策略

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电力系统自动化 2023年第4期47卷 172-179页

作者：杜燕言明明王鑫杨向真合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009 教育部光伏系统工程研究中心安徽省合肥市230009 国网江西电力有限公司超高压分公司江西省南昌市330096

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用,混合微电网(HMG)的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器(ILC)互联运行时,子网的动态特性会通过ILC耦合,因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型,分析了子网双边惯... 详细信息

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用,混合微电网(HMG)的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器(ILC)互联运行时,子网的动态特性会通过ILC耦合,因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型,分析了子网双边惯量对HMG动态性能和稳定性的影响规律。针对交直流子网互联后功率振荡和变化率越界等问题,提出一种考虑双边惯量约束的ILC动态功率控制策略;并以HMG动态性能、系统稳定性和功率传输极限为约束条件,优化设计了动态功率控制器的参数。基于StarSim半实物仿真平台搭建了HMG系统,在多种工况下验证了所提出的动态功率控制策略和参数设计方案的有效性和适应性。

关键词：混合微电网功率控制惯量互联变流器动态性能电压变化率频率变化率

电压不匹配运行条件下双有源桥变换器的效率优化方法

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电工技术学报 2022年第24期37卷 6239-6251页

作者：杨向真王锦秀孔令浩杜燕张涛合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心合肥230009 北京能高自动化技术股份有限公司北京100000

通过对双有源桥(DAB)变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)控制,同时兼顾对DAB变换器的电流应力进行优化,来提升DAB变换器在输入输出电压不匹配运行条件下的整机效率。首先详细分析DAB变换器实现ZVS的电感电流约束条件,并获得传输功率范围... 详细信息

通过对双有源桥(DAB)变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)控制,同时兼顾对DAB变换器的电流应力进行优化,来提升DAB变换器在输入输出电压不匹配运行条件下的整机效率。首先详细分析DAB变换器实现ZVS的电感电流约束条件,并获得传输功率范围;对比分析升压和降压运行场景下的软开关约束条件对传输功率的影响,以软开关功率范围最大为指标优选移相控制方式;然后基于优选的移相控制方式,为了进一步降低开关管的电流应力,提出零电压开通-电流应力优化(ZVS-CSO)算法,求解得到ZVS区域内电流应力最小时对应的移相比,并从理论上对比验证了优化效果;最后在StarSim硬件的环平台以及实物平台上对所提优化算法的有效性进行了验证。

关键词：双有源桥宽电压范围零电压开通开关损耗电流应力导通损耗

基于ZVS变频控制的Si/SiC混合ANPC逆变器损耗评估

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中国电机工程学报 2023年第24期43卷 9435-9446页

作者：蔡志成苏建徽杜燕杨向真施永合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009 教育部光伏系统工程研究中心安徽省合肥市230009

零电压开通变频控制(variable frequency controlled zero-voltage-switching,VF-ZVS)可在无辅助电路条件下实现零电压开通(zero-voltage-switching,ZVS),进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度。但在三相有源中点钳位逆变器(active-neural-point-converter,ANPC)中,全功率器件ZVS会大幅增加输出电感电流纹波,改变ANPC逆变器的电流续流路径,影响SiC器件损耗分布特征。论文建立电流纹波关于矢量作用时间的分段数学表达式,提出计及电流纹波的SiC器件损耗建模方法,表征VF-ZVS控制下电流纹波对开关管损耗特性的影响规律。进一步,分析VF-ZVS控制下2SiC、4SiC I和4SiC II 3种典型混合ANPC拓扑的新增工作模态特性;利用所提出的损耗模型,评估在不同调制度、全功率等级下上述3种混合拓扑的开关损耗、通态损耗和损耗分布均衡度,并通过6kW SiC实验平台,在不同功率等级下实验验证了SiC器件损耗模型和3种混合拓扑损耗评估结果的正确性。

关键词：有源中点钳位逆变器碳化硅零电压开关损耗效率

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T型三电平双有源桥变换器ZVS优化策略

高电压技术 2022年第5期48卷 1913-1923页

作者：杨向真孔令浩杜燕苏建徽张徐进博合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 光伏系统教育部工程研究中心合肥230009

当输入输出电压不匹配时,为了使双有源桥变换器(dual-active-bridge,DAB)在全功率范围内运行都能实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS),以T型三电平双有源桥(T-type three-level DAB,T3L-DAB)变换器为研究对象,与传统两电平DAB相比,该变换器引入了中间电平,增加了控制自由度。结合移相控制,提出了功率分段式ZVS(power segmented ZVS,PSZVS)优化方法,能够灵活控制电感电流的方向,实现了开关管在全功率范围内的ZVS。最后,在StarSim硬件在环实验平台和实物实验平台上进行了验证,实验结果表明,PSZVS优化方法在实现全功率范围内开关管ZVS的同时,兼顾了对电流应力和回流功率的优化。在低功率运行时,PSZVS优化下系统效率可达94.1%,而传统移相控制系统效率仅为82.5%。因此,所提PSZVS优化方法在提升系统效率方面是有效可行的。

关键词：电压不匹配双有源桥变换器全功率范围零电压开通 T型三电平功率分段

考虑直流子网影响的交直流混合微电网谐振特性分析

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高电压技术 2023年第2期49卷 713-726页

作者：杨向真张徐进博杜燕施永陶燕刘灿合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 光伏系统教育部工程研究中心合肥230009

交直流混合微电网是未来配电网的重要组成形式。由于直流子网在混合微电网中所占比重提高,势必会对并网模式下的交直流混合微电网的谐振特性产生影响,而利用频域分析法需建立基于交直流混合微电网的高阶传递函数,建模困难。为了解决上... 详细信息

交直流混合微电网是未来配电网的重要组成形式。由于直流子网在混合微电网中所占比重提高,势必会对并网模式下的交直流混合微电网的谐振特性产生影响,而利用频域分析法需建立基于交直流混合微电网的高阶传递函数,建模困难。为了解决上述问题,提出了直流子网和互联变流器(interlinking converter,ILC)融合阻抗建模方法,建立了并网模式下交直流混合微电网系统的等效阻抗模型,利用模态分析法计算出系统谐振频率、参与因子以及参数灵敏度等谐振特性,进一步分析了ILC和直流子网参数变化对系统谐振特性的影响。分析表明,ILC和直流子网部分参数变化会大幅改变系统的谐振频率及谐振峰值。结论不仅有利于谐波谐振的治理,同时也为系统参数的设计提供了依据。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了交直流混合微电网仿真模型,验证所进行的谐振模态分析及参数变化对谐振特性影响的正确性。

关键词：交直流混合微电网等效阻抗模型谐振模态分析法互联变流器

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考虑频率耦合的VSG虚拟阻抗优化设计

高电压技术 2022年第12期48卷 5057-5067页

作者：杜燕朱轲杨向真赵韩广高春然林子杰合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心合肥230009 清华大学经济管理学院北京100000

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的频率耦合现象会降低系统的稳定裕度,引发VSG的振荡失稳。为此,建立了VSG序阻抗模型,分析了频率耦合特性对VSG稳定性的影响机制。考虑到加入频率耦合特性后VSG序阻抗与电网阻抗会相... 详细信息

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的频率耦合现象会降低系统的稳定裕度,引发VSG的振荡失稳。为此,建立了VSG序阻抗模型,分析了频率耦合特性对VSG稳定性的影响机制。考虑到加入频率耦合特性后VSG序阻抗与电网阻抗会相互耦合,提出了一种虚拟阻抗的简化设计方案;重新分割了网–源子系统,将虚拟阻抗折算至电网侧,同时以并网稳定性和功率输出能力为约束给出了虚拟阻抗取值范围。StarSim半实物平台的实验结果验证了简化虚拟阻抗方案和参数设计方法的可行性和正确性,说明所提方法在不同电网阻抗下均能增强VSG的稳定裕度,并确保系统有足够的功率输出能力。

关键词：虚拟同步发电机频率耦合特性虚拟阻抗简化设计参数设计序阻抗模型稳定裕度

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一种适用三电平并联系统的虚拟矢量调制策略

中国电机工程学报 2023年

作者：杜燕杨世友胡军龙杨向真苏建徽教育部光伏系统工程研究中心合肥工业大学电气与自动化工程学院

直流侧中点电位平衡和零序环流抑制是保证三电平逆变器并联系统正常运行的重要问题，然而基于冗余小矢量对调节的环流抑制方案进一步增加了空间矢量调制(SVPWM)中点电流无法对称消除的场景，加剧了双机系统中点电位不平衡程度。该文基... 详细信息

直流侧中点电位平衡和零序环流抑制是保证三电平逆变器并联系统正常运行的重要问题，然而基于冗余小矢量对调节的环流抑制方案进一步增加了空间矢量调制(SVPWM)中点电流无法对称消除的场景，加剧了双机系统中点电位不平衡程度。该文基于虚拟矢量合成思路，提出一种满足零序环流抑制和中点电位平衡需求的双机虚拟矢量调制方法。该方法重新定义虚拟中矢量，通过缩短中矢量作用时间和增加参与合成的对称冗余小矢量以减少中点电流不平衡场景；分析不同扇区不同控制目标下虚拟矢量合成规则，利用相占空比法优化虚拟矢量的作用顺序，减少了矢量合成过程中的开关次数。与传统SVPWM策略下中点电压变化量的对比分析表明，所提方法能够削弱环流抑制和中点电位平衡的耦合关系。最后，利用Starsim平台实验验证该策略的有效性。

关键词：三电平并联系统虚拟矢量零序环流中点电位平衡相占空比法开关次数