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Power Synchronization Compensation Strategy Based on Second-order Compensation Links for Voltage-controlled Inverters in Microgrids

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2023年第6期11卷 1935-1947页

作者： Jiawei Dong chunyang gong Jun Bao Lihua Zhu Hui Chen Zhixin Wang School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghaiChina Shanghai University of Electrical Power ShanghaiChina Shanghai Xilong Solar Energy Technology Co. Ltd.ShanghaiChina Shanghai Chint Power Systems Co. Ltd.ShanghaiChina College of Automation Engineering Shanghai University of Electric PowerShanghaiChina

A second-order compensation link is adopted to control voltage-controlled inverters(VCIs) in microgrid systems to enhance the performance of the power synchronization process of the inverter. The second-order compensation link is classified as both a real pole compensator(RPC) and a complex pole compensator(CPC) according to the pole position. Given a model for the VCI power output, the design process for the second-order compensation link, which is equipped with an RPC and a CPC, is detailed. Moreover, the frequency-domain compensation effects of the RPC and CPC are analyzed using the root locus and Bode diagrams of the system before and after compensation. Finally, the compensation effects of the two types of second-order compensators are compared with the commonly used high-pass filter using MATLAB/Simulink, which verifies the RPC and CPC strategies. Simulation results show that the two types of compensators designed in this study can effectively increase the system cutting frequency and improve the phase margin in the frequency domain while accelerating the power synchronization process, simultaneously making it smoother and reducing overshoot in the time domain. The RPC has better gain robustness, whereas the CPC has better time constant robustness. By implementing an RPC or a CPC, the dynamic time of the power synchronization compensation strategy is reduced within 0.5 s, and the overshoot is reduced within 10% in the experiments with two inverters.

关键词： Frequency-domain analysis power synchronization second-order compensation link stability voltage-controlled inverter(VCI) microgrid

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A hybrid circuit breaker with fault current limiter circuit in a VSC-HVDC application

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Protection and Control of Modern Power Systems 2022年第1期7卷 657-669页

作者： Muhammad Ahmad chunyang gong Muhammad Haroon Nadeem Hui Chen Zhixin Wang School of Electronics Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240People’s Republic of China Shanghai University of Electric Power Shanghai 200090People’s Republic of China EnergyVille/Electa Research Group Electrical Engineering Department ESATKU Leuven3001 HeverleeBelgium.

A conventional hybrid circuit breaker(HCB)is used to protect a voltage source converter-based high voltage direct current transmission system(VSC-HVDC)from a short circuit fault.With the increased converter capacity,the DC protection equipment also requires a regular upgrade.This paper adopts a novel type of HCB with a fault current limiter circuit(FCLC),and focuses on the responses of voltage and current during DC faults,which are associated with parameter selection.PSCAD/EMTDC based simulation of a three-terminal VSC-HVDC system confirms the effectiveness and value of HCB with FCLC,by using an equivalent circuit modelling approach.Laboratory experimental tests validate the simulation results.The peak fault current is reduced according to the current limiting inductor(CLI)increase,and can be isolated more quickly.By adopting parallel metal oxide arrester(MOA)with the main branch of HCB,voltage stresses across the breaker components decrease during transient and continuous operation,and less energy needs to be dissipated by the MOA.The remnant current for all cases is transmitted to power dissipating resis-tor(PDR)in the final stage,and the fault current is reduced to the lowest possible value.When the current from the main branch is transferred to the FCLC branch,transient voltage spikes occur,while smaller PDR is required to absorb current in the final stage.

关键词： VSC-HVDC HCB FCLC Short circuit fault MOA

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事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 476-488,I0004页

作者：董家伟龚春阳包俊朱国忠王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市闵行区200240 上海电力大学电气工程学院上海市浦东新区200090 上海禧龙科技股份有限公司上海市金山区201517 上海正泰电源系统有限公司上海市松江区201614

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现... 详细信息

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

关键词：孤岛微电网系统分布式二次调频改进一致性算法事件触发李雅普诺夫函数

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光伏系统串联型直流电弧检测技术研究

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太阳能学报 2024年第6期45卷 285-295页

作者：王煊原龚春阳陈辉王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海电力大学自动化工程学院上海200090

搭建光伏系统串联型电弧实验平台,采集不同环境下50组电弧数据,提取出频域及小波域的能量特征与熵特征,绘制特征的分布情况。通过引入区分度对18种特征进行区分能力评价,评价结果表明,10~30 kHz频谱能量对电弧的区分能力最佳,对电弧状... 详细信息

搭建光伏系统串联型电弧实验平台,采集不同环境下50组电弧数据,提取出频域及小波域的能量特征与熵特征,绘制特征的分布情况。通过引入区分度对18种特征进行区分能力评价,评价结果表明,10~30 kHz频谱能量对电弧的区分能力最佳,对电弧状态与正常状态的区分度达到98.49%。研究逆变器启动、太阳辐照度变化及不同环境对特征的影响,分析10~30 kHz频谱能量在光伏系统中的抗扰能力。制作串联型电弧检测装置并提出其阈值的设定及推广方法,装置在多次实验中均可准确检测并迅速熄灭电弧,且在抗扰性实验中未发生误动作,动作时间可达到41 ms。

关键词：光伏系统串联电弧电弧检测特征提取抗扰性分析装置研制

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宽增益高效谐振型直流变换器技术

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电力系统保护与控制 2024年第1期52卷 133-144页

作者：龚春阳夏潇包俊郑建陈辉陈晓琳王志新黄冬梅上海电力大学上海200090 上海交通大学上海200240 施耐德电气(中国)有限公司上海分公司上海201203 上海禧龙股份有限公司上海201517 上海正泰电源系统有限公司上海201620

直流变换器广泛应用于电动汽车充电系统与光伏发电系统,如何适应输入/输出电压大范围变化,实现直流变换器的宽增益和高传输效率为学术界和工业界所关注。其中,LLC、LLC_LC、LLCLC谐振变换器虽具有高功率密度、低电磁干扰等特性,但存在... 详细信息

直流变换器广泛应用于电动汽车充电系统与光伏发电系统,如何适应输入/输出电压大范围变化,实现直流变换器的宽增益和高传输效率为学术界和工业界所关注。其中,LLC、LLC_LC、LLCLC谐振变换器虽具有高功率密度、低电磁干扰等特性,但存在磁元件与谐振网络参数设计难度大,造成变换器输出不稳定等不足,难以满足实际应用的要求。为此,提出了宽增益高效谐振型直流变换器技术。首先总结了谐振型直流变换器的基本原理,围绕其拓扑结构及调制策略的国内外研究进展,重点就宽增益与高效谐振型直流变换器应用需求进行阐述。然后分析了LLC_LC、LLCLC多模式PWM倍压整流变换器拓扑及调制策略。最后结合仿真与实验验证结果,证明了该宽增益高效谐振型直流变换器拓扑及其调制策略的有效性,最高可实现输出电压范围为1~6.2,转换效率达96.1%,具有较宽广的应用前景。

关键词：谐振变换器宽增益高效率拓扑结构调制策略

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智慧建筑直流系统故障限流器拓扑及参数设计研究

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太阳能学报 2023年第5期44卷 88-96页

作者：侯杰龚春阳包俊王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海电力大学电气工程学院上海200090 上海禧龙科技股份有限公司上海201517

含光充储用的智慧建筑直流系统具有更好的经济效益和环境效益。为避免短路过电流对智慧建筑直流系统造成危害,该文提出一种双向直流故障限流器拓扑,其特点为电流通过全桥换向阀组、单向流经全控开关管和各并联支路,故障后通过关断单向... 详细信息

含光充储用的智慧建筑直流系统具有更好的经济效益和环境效益。为避免短路过电流对智慧建筑直流系统造成危害,该文提出一种双向直流故障限流器拓扑,其特点为电流通过全桥换向阀组、单向流经全控开关管和各并联支路,故障后通过关断单向载流的开关管增大阻抗实现双向限流。分析该限流器的电阻、电感参数对电压应力和电流抑制能力的影响。其中,限流器参数在动作前对抑制效果影响较小;二极管和开关管的电压应力峰值与电阻取值几乎呈线性关系;动作后的电流抑制效果在电感增加时趋于饱和,而在电阻增加时抑制效果提升明显但受电压应力约束。采用Matlab/Simulink对限流器在375 V直流系统中的应用进行仿真验证,结果表明该限流器能满足智慧建筑直流系统故障电流抑制要求。

关键词：短路故障故障保护故障限流器 BIPV 智慧建筑低压直流

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A Study on the Kinetics of the Catalytic Reforming Reaction of CH4 with CO2: Determination of the Reaction Order

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Journal of Natural Gas Chemistry 2003年第3期12卷 201-204页

作者： chunyang Ji, Lihong gong, Jiawei Zhang, Keying ShiChemistry Department of Harbin Normal University, Harbin 150080, China Chem. Dep. Harbin Normal University Harbin 150080 China

The kinetics of the catalytic reforming reaction of methane with carbondioxide to produce synthesis gas on a Ni/α-Al_2O_3 and a HSD-2 type commercial catalyst has beenstudied. The results indicate that the reaction orders are one and zero for methane and carbondioxide, respectively, when the carbon dioxide partial pressure was about 12.5-30.0 kPa and thetemperature was at 1123-1173 K. However, when the carbon dioxide partial pressure was changed to30.0-45.0 kPa under the same temperature range of 1123-1173 K, the reaction orders of methane andcarbon dioxide are one. Furthermore, average rate constants at different temperatures weredetermined.

关键词： reforming methane carbon dioxide reaction order rate constant kinetics

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宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑

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电力系统保护与控制 2023年第3期51卷 99-107页

作者：夏潇龚春阳包俊朱国忠王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海电力大学上海200090 上海禧龙科技股份有限公司上海201517 上海正泰电源系统有限公司上海200210

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输... 详细信息

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输出电压。其中,LLC谐振变换器运行于谐振频率,buck-boost采用PWM调节输出电压。分析了变换器的运行模式,给出了相应的参数设计方法,并进行了仿真验证。最后,对输入30 V、输出200~360 V、360 W样机进行了实验,实验样机增益范围和效率分别为6.67~12、97.4%。仿真与样机实验验证了所提出的宽增益高效率LLC变换器拓扑及其调制方法的有效性。

关键词：宽增益高效率 LLC谐振变换器谐振频率两开关buck-boost

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基于高频注入的主动式智慧建筑直流系统串联型电弧故障检测方法

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太阳能学报 2023年第4期44卷 398-406页

作者：王泽鲲龚春阳包俊朱国忠王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海电力大学电气工程学院上海200090 上海禧龙科技股份有限公司上海201517 上海正泰电源系统有限公司上海201620

提出一种基于高频注入的主动式智慧建筑直流系统串联型电弧故障检测方法。通过线圈耦合的方式向直流母线注入一定特征的高频电流信号,提取电流输出响应信号特征,再经过小波变换分析电流输出与输入信号特征变化及其稳定性,制定识别电弧... 详细信息

提出一种基于高频注入的主动式智慧建筑直流系统串联型电弧故障检测方法。通过线圈耦合的方式向直流母线注入一定特征的高频电流信号,提取电流输出响应信号特征,再经过小波变换分析电流输出与输入信号特征变化及其稳定性,制定识别电弧故障的判据。基于Matlab/Simulink仿真平台和Cassie电弧模型进行仿真分析,并设计相应的实验验证平台,结果表明所提出的检测方法能准确识别系统串联电弧故障,且能有效降低电力电子等开关器件噪声和不同运行工况等外部条件的影响,鲁棒性较强。

关键词：光伏发电电气故障电流小波变换智能建筑分布式发电

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基于二阶超前滞后环节的电压控制型微电网并网逆变器功率无差同步补偿策略

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高电压技术 2023年第2期49卷 849-859页

作者：董家伟侯院军龚春阳包俊王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海大阈信息技术有限公司上海201615 上海电力大学电气工程学院上海200090 上海禧龙科技股份有限公司上海201517

电压控制型策略可以作为微电网逆变器的并网运行控制策略,其与电网的同步过程为功率无差同步。然而,基本的PI调节器的功率无差同步策略响应速度慢,响应过程超调大,且无法通过PI参数的调配改善响应过程动态。为改善电压控制型逆变器功率... 详细信息

电压控制型策略可以作为微电网逆变器的并网运行控制策略,其与电网的同步过程为功率无差同步。然而,基本的PI调节器的功率无差同步策略响应速度慢,响应过程超调大,且无法通过PI参数的调配改善响应过程动态。为改善电压控制型逆变器功率无差同步的动态调节过程,提出了基于二阶实极点补偿器(real-polecompensator,RPC)和复极点补偿器(complex-pole compensator,CPC)的超前滞后环节补偿器,作为电压控制型逆变器的功率无差同步补偿策略。基于电压控制型逆变器功率输出模型,分析了2类补偿器的参数设计原则,详细给出了实极点补偿器和复极点补偿器的参数设计过程。通过仿真,验证了所提出的2类补偿器与常用的高通滤波器补偿器的补偿效果。结果表明,提出的2类补偿器在频域上可以有效地提高系统剪切频率,提高相位裕度至60°以上,而在时域上有效加速功率无差同步过程,并降低同步过程超调,使得功率无差同步过程更加平稳。

关键词：电压控制型逆变器多并联逆变器微电网功率无差同步二阶超前滞后环节稳定性频域分析与设计

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