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分布式发电并网逆变器的虚拟电机自然坐标控制

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中国电机工程学报 2014年第36期34卷 6435-6441页

作者：卢子广王淼胡立坤朱绯胡东广西大学电气工程学院广西壮族自治区南宁市530004

向电网传送有功电能的并网逆变器结构简单,但不能控制和改善电网中的电能质量。针对分布式发电中源/荷的不确定性问题,该文基于配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM),采用类似于交流电机磁链观... 详细信息

向电网传送有功电能的并网逆变器结构简单,但不能控制和改善电网中的电能质量。针对分布式发电中源/荷的不确定性问题,该文基于配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM),采用类似于交流电机磁链观测的方法,构造出虚拟电机磁链作为逆变器的定向矢量,既能省掉交流侧电压传感器,又能滤除一部分谐波;同时,abc自然坐标控制实现了有功和无功的独立控制,无需任何坐标变换,计算简单,易于实现,节约时间。仿真和实验结果均表明无电压传感器的虚拟电机自然坐标控制策略能够有效维持公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压的稳定。系统能够快速补偿无功电流,具有良好的动、静态特性和鲁棒性。

关键词：分布式发电并网逆变器配电网静止同步补偿器虚拟电机自然坐标电压稳定

基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略

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电工技术学报 2019年第8期34卷 1739-1749页

作者：兰征涂春鸣姜飞湖南工业大学电气与信息工程学院株洲412007 国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 长沙410082 长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410082

直流微电网接口变换器大多采用"刚性"的变流控制策略,由于直流微电网缺乏与主电网柔性互联的机制,导致接口处惯性与阻尼不足,且无法主动参与主电网功率调节。本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略,接口变换器... 详细信息

直流微电网接口变换器大多采用"刚性"的变流控制策略,由于直流微电网缺乏与主电网柔性互联的机制,导致接口处惯性与阻尼不足,且无法主动参与主电网功率调节。本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略,接口变换器采用级联型电力电子变压器,交流侧和直流侧融合统一的虚拟电机控制,两侧同时模拟电机运行特性。通过模拟电机的阻尼和惯性,使直流微电网呈现出柔性特性,降低了其内部功率波动对主电网的冲击,且提升了直流母线电压的稳定性。同时,还可主动调节接口处的有功和无功功率,对主电网频率和电压给予一定的支撑。利用PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了所提柔性互联方法的正确性和有效性。

关键词：直流微电网电力电子变压器柔性控制虚拟电机

基于三相背靠背双PWM变换器的虚拟电机研究

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电子器件 2022年第6期45卷 1365-1369页

作者：张康毛清涯台州科技职业学院机电与模具工程学院浙江台州318020 台州市王野机车有限责任公司浙江台州318020

电机作为一种重要的电力电子负载,在工业应用中具有十分重要的应用价值。利用电力电子变换器模拟电机特性,进而测试电机驱动器的性能,这是一项十分重要的过程。采用一种双向能量流动的三相背靠背双PWM变换器作为虚拟电机结构,通过电机侧... 详细信息

电机作为一种重要的电力电子负载,在工业应用中具有十分重要的应用价值。利用电力电子变换器模拟电机特性,进而测试电机驱动器的性能,这是一项十分重要的过程。采用一种双向能量流动的三相背靠背双PWM变换器作为虚拟电机结构,通过电机侧PWM变换器跟踪实际电机电流波形来模拟实际电机运行,再通过网侧PWM变换器将能量与电网进行交互,能够达到虚拟电机的效果,对电机驱动器进行性能测试。实验结果证明了所提方案的有效性。

关键词：电机驱动器虚拟电机双PWM变换器背靠背

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光伏并网逆变器虚拟电机准直接功率控制

电力电子技术 2016年第10期50卷 42-44页

作者：田国良姬丽雯张羽陈磊南京南瑞集团公司江苏南京210006

为提高光伏并网系统抗干扰能力,提出一种虚拟电机准直接功率控制(DPC)。构造出虚拟电机磁链作为逆变器的定向矢量,既能省掉交流侧电压传感器,又能滤除一部分谐波;同时,a,b,c自然坐标系控制实现了有功和无功的独立控制,无需锁相环(PLL),... 详细信息

为提高光伏并网系统抗干扰能力,提出一种虚拟电机准直接功率控制(DPC)。构造出虚拟电机磁链作为逆变器的定向矢量,既能省掉交流侧电压传感器,又能滤除一部分谐波;同时,a,b,c自然坐标系控制实现了有功和无功的独立控制,无需锁相环(PLL),易于实现,可靠性高。实验结果表明基于自然坐标系的虚拟电机DPC策略使逆变器运行于单位功率因数,且能在一定范围内实现无模型控制,系统具有良好动、静态特性和鲁棒性。

关键词：逆变器虚拟电机直接功率控制

应用于旋转导向工具硬件在环测试的虚拟电机研究

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应用于旋转导向工具硬件在环测试的虚拟电机研究

作者：马雪滢西安石油大学

学位级别：硕士

旋转导向工具是我国非常规油气开发亟需的钻井工具,随着钻探深度的不断推进,愈加恶劣的井下环境对该工具导向性能提出了更高的要求。本文面向的指向式旋转导向工具实现精准导向的关键在于电机控制系统。传统电机控制系统测试多采用全数... 详细信息

旋转导向工具是我国非常规油气开发亟需的钻井工具,随着钻探深度的不断推进,愈加恶劣的井下环境对该工具导向性能提出了更高的要求。本文面向的指向式旋转导向工具实现精准导向的关键在于电机控制系统。传统电机控制系统测试多采用全数字仿真方案或全物理测试方案;然而,全数字仿真方案中的电机模型存在置信度低的问题;全物理测试方案存在成本高、效率低及难以进行故障工况测试的问题。为解决这些问题,本文设计了与真实电机性能基本一致的虚拟电机,将虚拟电机与真实控制器进行硬件连接构建硬件在环测试系统,该系统可实现对电机控制系统的性能测试与电机故障模拟。首先,根据功能需求和指标要求设计了总体方案;结合和坐标系推导了正常及故障状态下永磁同步电机数学模型;搭建了电机和逆变器Simulink模型,并将其部署于实时仿真机。通过仿真证明了模型正确性并为实验提供了PI参数。其次,在软件方面设计了组态式监控界面;在硬件方面设计了基于振幅调制的虚拟角位置传感器,将其与实时仿真机结合完成了虚拟电机设计,通过将虚拟电机与真实控制器进行硬件连接完成了硬件在环测试系统搭建。然后,基于该系统对虚拟电机进行了动态性能验证,并与真实电机测试数据进行对比,结果表明虚拟电机和真实电机间的动态跟随性能指标和动态抗扰性能指标的相对误差绝对值的平均值分别为12.49%和8.63%,满足设计要求;验证了虚拟电机的有效性、可靠性以及与真实电机间的匹配性。最后,基于虚拟电机完成了匝间短路、均匀退磁、转子不平衡和缺相故障模拟,实验结果与理论一致。本文通过理论研究、建模仿真、系统实现和实验验证,将部署了Simulink模型的实时仿真机与虚拟角位置传感器进行硬件连接,完成了与真实电机匹配度较高的虚拟电机的设计以及硬件在环系统的构建;并基于该系统完成了虚拟电机动态性能验证和电机故障模拟。实现了虚拟电机角位置测量和电机故障模拟的方法创新,以及面向定向钻井领域中电机控制的应用场景创新。预期将虚拟电机应用于旋转导向工具电机控制系统的性能测试和优化,以及对电机故障的分析和诊断,对节约研发成本和缩短研发周期具有重要工程价值和促进意义。

关键词：旋转导向工具硬件在环测试虚拟电机电机故障模拟

基于虚拟电机模型的分布式发电并网逆变器及电压稳定性研究

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同方学位论文库

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基于虚拟电机模型的分布式发电并网逆变器及电压稳定性研究

作者：王淼广西大学

学位级别：硕士

分布式发电(Distributed Generation,DG)以其发电方式灵活、能源利用率高、环境污染小等优点日益成为传统电网的有效补充,并网逆变器作为分布式电源与电网的接口,在并网发电中起着关键作用。本文以并网逆变器为研究对象,提出了abc自然... 详细信息

分布式发电(Distributed Generation,DG)以其发电方式灵活、能源利用率高、环境污染小等优点日益成为传统电网的有效补充,并网逆变器作为分布式电源与电网的接口,在并网发电中起着关键作用。本文以并网逆变器为研究对象,提出了abc自然坐标系(Natural Coordinates,NC)、虚拟电机(Virtual Machine,VM)的概念,通过对虚拟电机磁链的准确观测,解决分布式电源接入电网时电压波动和功率因数不高的问题。与传统的电压定向和虚拟磁链定向不同,本文所介绍的方法将逆变桥输出电压的积分直接看作虚拟电机磁链,逆变桥以外的部分看作虚拟电机,于是,虚拟电机部分类似于一台无限大的、由逆变器供电并以同步速恒速运行的同步电机。同时,建立abc自然坐标系下的数学模型,提出了基于虚拟电机模型的分布式发电并网逆变器的自然坐标无功稳压控制策略和准直接功率控制(Quasi Direct Power Control,QDPC)策略。两种方法均在自然坐标系下,通过虚拟电机磁链进行定向,abc三相分相独立控制,实现了有功电流和无功电流的解耦。最后,通过Quaser8+dSPACE的半控制器全实物实验平台进行快速实时验证。实验结果表明,本文所介绍的两种方法在无需任何坐标变换、无需锁相环节、无需交流侧电压传感器的条件下均能有效运行。VM无功稳压控制能够快速、持久的保持交流侧和直流侧电压的稳定;VM-QDPC策略使逆变器运行于负单位功率因数,而且能够在小范围内实现完全无模型控制,克服部分源/荷的不平衡,提高了系统鲁棒性。

关键词：并网逆变器虚拟电机自然坐标直接功率控制稳压控制

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基于虚拟电机的光伏发电并网控制系统研究

基于虚拟电机的光伏发电并网控制系统研究

作者：孙金鑫广西大学

学位级别：硕士

太阳能具有可再生性以及无污染的特点,因而为解决日益突出的能源与环境问题提供了一种研究思路。针对光伏并网逆变控制系统的传统控制策略拓扑结构复制,成本过高,且易受电网频率波动影响的不足。本文提出了基于虚拟电机的光伏并网逆变... 详细信息

太阳能具有可再生性以及无污染的特点,因而为解决日益突出的能源与环境问题提供了一种研究思路。针对光伏并网逆变控制系统的传统控制策略拓扑结构复制,成本过高,且易受电网频率波动影响的不足。本文提出了基于虚拟电机的光伏并网逆变控制策略。以光伏发电并网系统整体为研究对象,从光伏电池特性、最大功率点跟踪、虚拟电机特性、光伏逆变器控制策略等主要技术进行了理论分析,给出了相关参数设计方法并搭建了模型结构,最后通过算例仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。稳定的直流侧电压是系统稳定运行的基础条件。本文依据光伏电池特性搭建了光伏阵列发电系统,采用扰动观测法实现了最大功率跟踪控制策略。同时为了稳定直流侧输出电压,加入了蓄电池模型,利用其双向充电的特性来稳定直流侧电压。仿真结果表明其输出的直流电压对外界环境干扰具有良好的动态与稳态性能。光伏并网系统中逆变器控制策略的实现是系统稳定运行的关键条件。首先分析了传统直接功率控制的理论原理,并进一步探究了其控制策略的不足之处,如拓扑结构复杂、易受干扰等问题。在此基础上提出了虚拟电机概念,研究并阐述了虚拟电机特性对于逆变器直接功率控制方法的优化改进原理。最后在仿真软件上搭建了系统模型进行测试,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。基于上述理论研究和仿真分析,搭建了实验平台对所提出的控制策略和模型进行验证。实验平台采用型号为TMS320F28335的DSP芯片为控制器,光伏逆变器容量为5kW。先分别对设计的不同模块进行测验,再将各部分控制模块移植到.DSP中,利用DSP实现光伏并网系统的整体控制。控制模块包括:最大功率点跟踪、PI控制、虚拟转矩计算、虚拟磁链观测等。实验结果证明,本文所设计的基于虚拟电机的光伏并网逆变控制系统能够实现直流侧电压稳定控制与保证交流测输出电能质量的目标,同时具有抑制电网频率干扰的作用,确保整个光伏并网系统的正常稳定运行。

关键词：光伏并网虚拟电机最大功率点跟踪直接功率控制虚拟转矩

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基于虚拟电机的光伏并网逆变器直接功率控制

电力电子技术 2020年第1期54卷 73-74,78页

作者：孙金鑫卢子广广西大学电气工程学院广西南宁530004

电网频率的波动对逆变器直接功率控制(DPC)的控制性能影响较大。提出了一种基于虚拟电机的光伏并网逆变器DPC策略。基于虚拟电机特性,设计了虚拟磁链观测器以计算瞬时有功功率与无功功率,进一步转化为对虚拟转矩控制。采用空间矢量调制(... 详细信息

电网频率的波动对逆变器直接功率控制(DPC)的控制性能影响较大。提出了一种基于虚拟电机的光伏并网逆变器DPC策略。基于虚拟电机特性,设计了虚拟磁链观测器以计算瞬时有功功率与无功功率,进一步转化为对虚拟转矩控制。采用空间矢量调制(SVM)技术,实现恒定开关频率的DPC,降低了控制采样频率,简化了滤波环节的设计。实验验证了该控制算法的有效性。

关键词：光伏并网逆变器虚拟电机虚拟转矩直接功率控制

基于自适应虚拟电机的风光储微电网控制策略研究

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基于自适应虚拟电机的风光储微电网控制策略研究

作者：朱腾飞北京交通大学

学位级别：硕士

在“双碳”目标和“双高”背景下,新能源大量接入使电力系统的惯性和阻尼比重下降,无法对微电网提供足够的支撑。同时微电网内部的电力电子装置不具备惯性和阻尼,在新能源和负荷“双随机”的供需关系下,微电网直流母线容易发生较大的电... 详细信息

在“双碳”目标和“双高”背景下,新能源大量接入使电力系统的惯性和阻尼比重下降,无法对微电网提供足够的支撑。同时微电网内部的电力电子装置不具备惯性和阻尼,在新能源和负荷“双随机”的供需关系下,微电网直流母线容易发生较大的电压偏差而失稳。本文以风光储直流微电网作为研究对象,通过改进微电网并网逆变器和储能变换器控制策略,有效提升了微电网并网运行的频率稳定性、电压稳定性以及其直流母线的电压稳定性。本文主要研究内容如下:首先,建立了风光储直流微电网的数学模型,并分析了风轮机整流器、光伏Boost变换器、储能变换器和并网逆变器等电力电子装置的拓扑电路和工作原理,通过最佳叶尖速比的方法实现风轮机的最大功率跟踪控制,通过自适应步长扰动观察法实现光伏电池的最大功率跟踪控制。其次,研究了并网逆变器的控制策略,在传统虚拟同步发电机控制策略的基础上,分析不同有功参数对并网逆变器输出频率和有功功率的影响,提出了一种自适应有功参数的虚拟同步发电机控制策略,有效提升了微电网并网运行的频率稳定性。同时分析不同无功参数对并网逆变器输出电压和无功功率的影响,提出了一种自适应无功参数的虚拟同步发电机控制策略,有效提升了微电网并网运行的电压稳定性。然后设计了一种基于虚拟同步发电机的预同步控制策略,通过坐标变换代替锁相环求出并网断路器两侧电压的相位差和幅值差,并将其引入虚拟同步发电机控制中,实现了微电网离并网状态的平滑切换。再次,研究了储能变换器的控制策略,在传统虚拟直流发电机控制策略的基础上,分析不同参数对储能变换器输出电压的影响,提出了一种自适应参数的虚拟直流发电机控制策略,有效提升了微电网直流母线的电压稳定性。对于混合储能装置的功率分配,设计了一种自适应滤波时间常数的二阶高通滤波器功率分配策略,一定程度上均衡了不同储能单元的实际充放电能力。对于电流跟踪控制环节,设计了基于储能变换器的电流模型预测控制策略,相比于传统的电流PI控制,提高了电流追踪速度的同时并解决了控制参数难以整定的问题。最后,对自适应虚拟同步发电机和自适应虚拟直流发电机控制策略联合仿真,验证了其对直流微电网并网运行的频率稳定性、电压稳定性以及直流母线电压稳定性的提升效果。

关键词：直流微电网虚拟电机自适应参数预同步混合储能功率分配