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电工技术学报 2024年

作者：黄红杰皇金锋周杰陕西理工大学电气工程学院

针对传统控制策略下两级式储能变流器功率变化时的暂态性能差和直流母线电压波动大的问题，设计了一种基于有限时间观测器的滑模自抗扰控制（ADRC）策略，并将该控制策略应用于变流器的功率控制和双向DC-DC变换器的直流母线电压控制中... 详细信息

针对传统控制策略下两级式储能变流器功率变化时的暂态性能差和直流母线电压波动大的问题，设计了一种基于有限时间观测器的滑模自抗扰控制（ADRC）策略，并将该控制策略应用于变流器的功率控制和双向DC-DC变换器的直流母线电压控制中以提高系统的暂态性能。首先，该控制策略以自抗扰控制（ADRC）为基础，将变流器之间的耦合部分归入集总扰动中，通过有限时间观测器快速、精准地估计扰动，并将扰动估计值通过前馈补偿以提高控制器的解耦能力；其次，采用基于改进的变速趋近律和积分滑模设计反馈控制律以提高误差的收敛速度和抗扰性能；再次，根据Lyapunov理论证明了该文控制的稳定性和有限时间收敛性；最后，进行了仿真及实验验证，结果表明，该文所提控制策略较PI控制和ADRC策略具有更好的解耦效果，并减小了并网电流谐波，提高了系统暂态响应能力。

关键词：两级式储能变流器有限时间观测器自抗扰控制积分滑模 StarSim

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基于序阻抗的两级式储能变流器的稳定性研究

基于序阻抗的两级式储能变流器的稳定性研究

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作者：孙文杰华中科技大学

学位级别：硕士

随着新能源产业的迅速发展,分布式储能技术得到了越来越广泛的应用,储能变流器(PCS)作为储能单元与电网之间的能量交换接口因此备受瞩目。而与此同时,分布式储能单元馈入能量的配电网可能呈现出弱电网特性,PCS与电网互联系统的稳定性问... 详细信息

随着新能源产业的迅速发展,分布式储能技术得到了越来越广泛的应用,储能变流器(PCS)作为储能单元与电网之间的能量交换接口因此备受瞩目。而与此同时,分布式储能单元馈入能量的配电网可能呈现出弱电网特性,PCS与电网互联系统的稳定性问题日益突出,因而研究PCS的稳定性具有一定的理论意义和工程价值。为此,本文以控制更为灵活的两级式PCS为研究对象,从序阻抗建模、稳定性分析、改善弱电网稳定性等方面开展研究。具体研究内容如下:考虑到对称工况下三相交流变换器的dq阻抗存在耦合,本文将基于解耦的序阻抗进行稳定性研究。本文应用的两级式PCS的前级为Buck/Boost变换器,控制电池侧功率;后级为三相全桥变换器,控制直流母线电压和并网无功功率。针对该PCS采用谐波线性化方法建立了其在PCC点的正负序阻抗的模型,建模过程考虑到了DC/DC的输出阻抗、DC/AC环节的直流母线电压控制、锁相环、二倍镜像频率耦合效应等因素,得到了较为精确的序阻抗表达式。通过仿真对比阻抗测量结果验证了所建立的序阻抗模型的正确性,并且相对不考虑前级或者PLL等简化建模方法有更高的精度。基于所建立的序阻抗模型,详细分析了电网阻抗、平衡点的功率、前后级控制器参数对PCS并网稳定性的影响,得到了一些稳定性结论和指导控制器参数设计的方法,并且通过仿真进行了验证。然后分析了电网电压前馈策略对PCS阻抗的影响,阐述了前馈提升PCS的弱电网适应能力的机理。针对实际工程应用中出于电流质量的考虑可能将DC/AC电感电流控制改为PIR控制这一情形,分析了常规前馈控制会恶化内环包含R控制时的并网稳定性的原因,并且提出了一种电网电压带阻前馈策略解决上述问题,通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。此外提出了一种在dq轴上不对称的电网电压前馈策略,并给出了控制策略的参数设计方法,理论分析、仿真和实验均表明所提的不对称前馈控制策略相比对称前馈策略具有更强的电网阻抗适应能力。考虑到滑模控制具有较好的鲁棒性,将其引入DC/AC的控制系统。首先分析了DC/AC的零动态特性,据此设计了外环采用PI控制、内环采用基于指数趋近律的滑模控制策略,给出了参数设计依据并分析了滑模控制的鲁棒性。然后基于滑动模态的等效控制对滑模控制下的PCS序阻抗进行了建模,分析表明滑模等效控制具有类似P+前馈控制的结构,因此滑模控制具有比PI+前馈控制更宽的电网阻抗适应范围,该结论通过仿真和实验进行了验证。最后针对滑模切换项系数选取较小存在稳态误差的问题给出一种基于线性扩张状态观测的扰动补偿策略,仿真和实验表明该策略能够保证滑模控制在较小的切换系数下仍然具备无差跟踪能力。

关键词：两级式储能变流器并网稳定性序阻抗滑模控制扰动补偿

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基于三电平拓扑的两级式储能变流器控制策略

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广东电力 2022年第2期35卷 44-53页

作者：岳菁鹏张枭马凯秦妍董旭柱广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 西安交通大学电气工程学院陕西西安710000 武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

随着电网中分布式可再生能源的渗透率不断增加,微电网的应用引起了广泛的关注。储能变流器作为微电网中的重要组成部分,在其运行管理中发挥着关键的作用;然而,常见的单级式储能变流器输入电压范围窄、适用范围小,两电平储能变流器则具... 详细信息

随着电网中分布式可再生能源的渗透率不断增加,微电网的应用引起了广泛的关注。储能变流器作为微电网中的重要组成部分,在其运行管理中发挥着关键的作用;然而,常见的单级式储能变流器输入电压范围窄、适用范围小,两电平储能变流器则具有器件承受大、设备体积大的缺点。为了解决上述问题,提出一种基于三电平拓扑的两级式储能变流器的控制策略,对三电平buck-boost电路与三电平逆变电路的工作过程进行分析,并设计相应的控制策略。所提出的控制策略实现了三电平两级式储能变流器与电网间有功功率和无功功率双向流动的功能,具有功率密度大、直流输入电压范围宽的优点。利用MATLAB/Simulink搭建的仿真模型对所提出的控制策略进行了验证,仿真结果验证了控制策略的有效性与可行性。最后,研制了储能变流器样机进行相关实验,实验结果验证了控制策略的实际应用效果。

关键词：三电平拓扑两级式储能变流器无功补偿控制

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基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器研究

基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器研究

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作者：吴志颖南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着全世界范围内对于能源和环境问题的日益重视,光伏发电作为太阳能利用的一种有效形式逐渐吸引了大众的视线,而户用光伏发电作为光伏发电重要的组成部分,也因此获得了国内外的广泛关注。为了抑制光伏发电的不确定性和随机性带来的母... 详细信息

随着全世界范围内对于能源和环境问题的日益重视,光伏发电作为太阳能利用的一种有效形式逐渐吸引了大众的视线,而户用光伏发电作为光伏发电重要的组成部分,也因此获得了国内外的广泛关注。为了抑制光伏发电的不确定性和随机性带来的母线功率波动,一种户用的小型发配电系统,即户用光伏微电网应运而生。储能变流器作为户用光伏微电网中不可或缺的一环,有着重要的研究意义。因此本课题针对两级式储能变流器中的直流变换级,研究了一种高效率、高功率密度、高可靠性的双向DC-DC变流器。本文对比了常用的双向DC-DC变流器拓扑,结合电流源半桥双向DC-DC变流器拓扑以及boost-双半桥DC-DC变流器拓扑,提出了一种基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器拓扑。同时与已有的单半桥式的电流源半桥双向DC-DC变流器进行对比,突出本拓扑改进后在效率上的优越性。详细分析了基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器的工作原理,基于“PWM+双移相”调制策略,推导出了变流器的功率传递关系表达式,并明确了变流器能够实现全负载范围内软开关的条件,为变流器的高频化实现提供条件。基于双向DC-DC变流器的工作原理以及设计指标,对基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器进行了详细的参数设计、硬件功率电路设计以及软件设计。同时根据完成的设计方案,进行详细的损耗计算,为变流器后续的效率优化提供依据。在理论分析的基础上,基于saber软件对基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器进行了稳态和动态仿真。并研制出一台功率为1k W,频率为400k Hz的基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器样机,基于样机进行了基于基本工作原理、软开关以及控制策略的实验研究。并与单半桥式电流源DC-DC变流器进行了仿真和实验的对比。验证了本课题对于基于电流源半桥和电压源半桥的双向DC-DC变流器工作原理分析的正确性以及参数设计、控制环路设计的正确性。

关键词：双向DC-DC变流器电流源半桥两级式储能变流器户用光伏微电网

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