Abstract ：

新能源并网发电技术，如风力发电、光伏发电和燃料电池等越来越受到人们的重视，已经成为能源可持续发展战略的重要组成部分。并网逆变器作为发电系统和电网连接的核心装置，直接影响到整个电网发电系统的性能。并网逆变器的主要控制目标是实现并网电流的快速动态响应，强鲁棒性，零稳态误差以及低谐波失真等要求。因此，完善现有并网逆变器控制策略和研究提出新的控制策略，具有非常重要的现实意义。 本文主要针对NPC结构的三电平并网逆变器的控制方法进行研究，在以下几个方面开展了工作： 首先，针对三电平NPC结构，分析了死区效应产生的机理及其影响，结合已有的考虑直流侧电压控制的对称空间矢量调制策略，在考虑了死区时间、开关管管压降、开关管开通和关断延时因素下，分析求得输出电压误差，进而得到了等效死区误差时间，给出了空间矢量调制中的死区补偿方法，同时提出了电流过零点调制策略，避免了因过零点电流极性误判而导致的死区误补偿。 其次，分析了窄脉冲对系统的危害，针对对称空间矢量调制方法，分析了调制过程中窄脉冲存在的位置，并结合直流侧中点电压控制策略，提出了通过更改调制顺序、降段对称调制、重新分配占空比，实现了窄脉冲的消除。 最后，将电流滞环控制与空间矢量调制相结合，研究了三电平电流滞环空间矢量调制方法，分别给出了基于相电流滞环空间矢量调制方法、基于固定合成矢量相电流滞环空间矢量调制方法和基于相间电流滞环空间矢量调制方法，对各方法进行了分析，并通过仿真实验进行了验证。

Keyword ：

电流滞环空间矢量 死区补偿 窄脉冲消除 直流侧电压控制

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

针对单相并网变流器的同步问题,为在获得零稳态误差的同时达到频率自适应的目的,结合Park变换的特点,提出一种用于同步单相电网信号的单相Park变换锁相环(PLL).所提出的PLL同时具备对输入信号相位和频率的实时检测,并且使用动态正交分量生成模块,利用PLL的相位输出,通过查正弦表动态生成待锁相信号的正交分量,更适宜数字控制器实现.各种工况下的实验验证了所提出的单相Park变换PLL的可实现性,实验数据充分说明其在保证高精度相位输出的同时具备频率自适应特性.

Keyword ：

变流器 频率自适应 锁相环 正交分量

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

并联型有源电力滤波器（PAPF）作为一种高效、可靠的谐波电流治理工具被广泛接受，代表着电能质量治理装置未来的发展方向。当前被广泛应用于PAPF的控制方法均采用检测负载电流的方法，并将PAPF控制为谐波电流源以实现对负载侧谐波电流成分的抵消。从传统控制理论的角度看，该方法“间接”地实现了网侧谐波电流的补偿，因此从整体上仍属于开环系统，本文称之为PAPF的开环控制方法。该开环控制方法具有开环控制系统普遍存在的缺点，如较低的控制精度，较高的元件、参数匹配精度要求，需繁琐地针对每台装置进行现场参数调节，以及在多负载场合安装较繁琐等。此外，上述开环控制方法所必需的谐波检测环节大大增加了PAPF系统实现的复杂程度，并为控制系统引入了无法避免的延时环节。 为进一步改进PAPF谐波电流治理能力，解决上述开环控制方法的缺点，简化PAPF控制方法的实现难度，并提高其在不同场合的适应能力和自动化程度，本文从电流调节器入手，以提出合理有效的PAPF闭环控制方法为研究目标。该闭环系统需基于网侧电流检测，从而达到对网侧谐波电流成分“直接”精确控制的目的；需具有较高的鲁棒性和通用性；同时需具有简单的结构、清晰的原理和简易的实现方法。 通过分析, 本文认为PAPF闭环控制方法的电流调节器需满足以下要求：较低的运算量，对任意交流信号的零稳态误差调节，良好的选择性特性以实现选择谐波滤除功能，以及较宽的调节带宽以实现对高次谐波的补偿。由于上述要求与谐振调节器的特性较为相近，本文将谐振调节器作为重点研究对象，以期通过研究分析得到更为适合的谐振调节器形式，从而有效的实现PAPF闭环控制方法。为此，文章展开以下几方面研究工作。 文章首先推导了旋转变换的频域表示方法。由于PAPF控制对象为各次谐波电流成分，其控制方法分析与谐振调节器分析均涉及在静止坐标系与各谐波同步旋转坐标系间的频繁相互转换。推导所得的旋转变换频域表示方法用极其简单的表达式阐述了两坐标系间的关系，避免了复杂的时域变换过程和反复的时域频域转换，从而大大简化了文章后续研究工作的复杂程度。文章随后利用频域旋转变换建立了PAPF在同步旋转坐标系下的模型，并对其耦合项影响进行了深入分析。由于旋转变换的频域表示方法引入了复矢量概念，通过其建立的PAPF在同步旋转坐标系下的模型用单输入单输出的形式表达了传统方法得到的多输入多输出系统模型。该模型实际上表现为PAPF控制系统中调节器的被控对象，其简单的表现形式为文章后续研究奠定了良好的理论基础。 利用上述旋转变换的频域表示方法及PAPF在同步旋转坐标系下的频域模型，本文进而系统研究了静止坐标系下的谐振调节器与同步旋转坐标系下调节器的关系，推导得到了矢量谐振（VR，Vector Resonant）调节器，并从根本原理上揭示了VR调节器与传统比例谐振（PR，Proportional Resonant）调节器的关系：PR调节器从同步旋转坐标系下未解耦的PI调节器推导得到；而VR调节器从同步旋转坐标系下实现解耦控制的VPI（Vector Proportional Integral）调节器推导得到，充分考虑了被控对象的影响。VR调节器的得到为PAPF闭环控制方法的实现提供了另一种选择。文章针对上述PAPF闭环控制方法实现所需的要求对PR调节器和VR调节器进行了深入的对比分析，以期选取更加适合的调节器形式。 基于内模原理，PR调节器与VR调节器均满足对任意交流信号的有效调节。但当两种谐振调节器应用于PAPF电流控制环时，其选择性特性和调节带宽并不相同。文章通过对比研究发现，VR调节器具有良好的谐波选择性特性，可以取代PAPF控制方法中的谐波分离算法以简化系统实现；而PR调节器选择性特性较差。PR调节器较差的选择性可以通过减小其比例系数相对改善，但该方法会降低系统稳定性，具有一定的局限性。此外，文章研究发现，无论采用VR调节器还是PR调节器，电流控制环都会出现位于谐振频率点附近的谐振峰现象。该谐振峰现象意味着电流控制环对指令中相应误差、噪声的放大作用，会威胁系统稳定性，影响PAPF电流环调节带宽。文章在研究谐振峰现象出现原因的基础上进行对比分析，认为VR调节器充分考虑了被控对象影响，具有较低的谐振峰值，并可以通过适当的延时补偿结构对其予以完全规避；而PR调节器未考虑被控对象影响，伴随的谐振峰值较大，延时补偿结构只能在一定程度上抑制其峰值的大小。因此，相比于PR调节器，VR调节器具有较宽的调节带宽。基于上述分析结论，文章认为VR调节器更适合于PAPF闭环控制方法的实现。 最后文章基于VR调节器，通过一系列变换推导得到了新型PAPF闭环控制方法，基于等效带阻滤波器的控制方法。该控制方法将PAPF等效控制为串联在电源与非线性负载间的带阻滤波器，并可通过控制灵活地设置带阻位置，以阻止相应谐波电流从负载侧流入电网侧，达到选择滤波目的。基于等效带阻滤波器的控制方法避免了传统基于电流源模式的控制方法存在的滤波效果与系统稳定性间的矛盾，同时避免了基于能量平衡原理的控制方法暂态响应时对直流侧电压的冲击，具有良好的稳态滤波能力和暂态响应性能，是一种较为理想的PAPF闭环控制方法。 为验证文章研究结论，本文搭建了基于三相电压型逆变器的实验平台，并控制其工作于谐波电流源模式和PAPF模式，从而得到更加充分的实验验证结果。实验结果验证了本文关于PR调节器和VR调节器调节特性研究的相关结论，并验证了本文所提基于等效带阻滤波器的PAPF闭环控制方法的有效性和优越性。

Keyword ：

旋转变换谐振调节器有源电力滤波器闭环控制网侧电流检测

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

针对单相并网变流器的同步问题,为了在获得零稳态误差的同时消除对正交虚拟信号生成的需要,结合同步坐标变换的概念,提出一种用于同步单相电网信号的双派克变换锁相环(phase-locked loop,PLL).将单相信号等效为两相恒为零的三相信号,从而将对称正序分量、对称负序分量和对称零序分量的概念引入单相信号分析中.根据三相对称相量分解合成理论对单相信号进行分析,获得了单相信号正、负序同步变换结果之间的关系.通过自解耦,而非生成正交虚拟信号,获得单相信号与锁相结果之间的相位差,同时可获得单相输入信号的幅值.仿真和实验结果表明,所提出的单相锁相环可以准确获得输入信号的相位,消除锁相输出中的稳态误差;输入信号幅值、相位和频率阶跃条件下的仿真和实验证明了所提出锁相环的有效性和稳定性.

Keyword ：

对称相量分解 负序派克变换 派克变换 锁相环

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

分布式静止串联补偿器（DSSC）是一种新型的电网潮流智能补偿装置，它通过变压器串联入电网输电线中，通过改变输电线阻抗补偿系统潮流。本文对单个DSSC装置中的单相全桥变流器的控制系统进行了详细研究，包括对交流信号达到零稳态误差的单相全桥变流器控制方法研究和精确锁定相位的单相锁相环研究。首先，为了对交流50Hz信号达到零稳态误差的控制，本文研究了单相全桥变流器基于静止（&#61537&#61538）坐标系和旋转（dq）坐标系的两种建模和控制方法。为了建立单相变流器在dq坐标系的数学模型，采用二阶通用滤波器（SOGI）构建虚拟垂直电路。基于构建的两种数学模型，分别设计了两种坐标系上的多环控制系统和各环的控制器。在&#61537&#61538坐标系上，为了达到与dq坐标系上同样的零稳态误差控制效果，采用了比例谐振（PR）控制器，并设计了非理想PR控制器在DSSC单相全桥变流器中的参数。DSSC中单相全桥变流器直流侧为电容，由于单相变流器本身的特点，直流侧电压必然是波动的。本文分析了直流侧电压的时域表达式，并提出了控制直流侧电容电压平均值的线性控制方法。分别在两种坐标系上建立了直流侧电容电压的数学模型，并设计其PI控制器。单相锁相环(PLL)的输出相位是整个变流器控制系统的基础，本文详细研究了单相锁相环的特点以及目前已经提出的各种方法，在此基础上提出了两种全新的单相锁相环结构，仿真和实验结果验证了其可行性和良好的跟踪性能。最后本文在搭建实验平台的基础上，对基于&#61537&#61538和dq坐标系的两种控制系统进行了稳态和动态的实验研究，实验结果验证了两种控制系统都能够稳定单相变流器直流侧电压，并且输出零稳态误差的补偿电压，达到了DSSC改变输电线潮流的目标。两种控制系统都有良好的控制性能，本文比较了它们的优缺点，并总结了各自性能特点。本文所研究的单相全桥联网变流器的建模、控制技术和全新的单相锁相环结构，由于其通用性，不仅仅对于DSSC系统，对于其它新能源技术和分布式发电技术等同样结构的单相系统都是适用的。

Keyword ：

比例谐振控制器 单相全桥变流器 单相锁相环 分布式静止串联补偿器 零稳态误差 旋转坐标系

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

随着能源安全与环境问题日益突出，太阳能作为清洁、可再生能源备受关注。光伏发电已成为世界各国竞相发展的热门产业，其中三相光伏并网系统是光伏发电实现大规模产业化的发展趋势。本文以三相光伏并网系统为研究对象，对光伏并网系统进行了系统分析，并对光伏并网发电的关键技术，如锁相环（PLL）、最大功率点跟踪（MPPT）、反孤岛效应（anti-islanding）等进行了详细分析和研究。主要内容有： 1. 阐述了三相光伏并网系统的工作原理，建立了abc静止坐标系下的数学模型。同时，推导出了从静止坐标系到dq旋转坐标系的变换矩阵，进而得到具有明确物理意义且易于实现控制的变换矩阵。在此基础上，建立了dq旋转坐标系下系统的数学模型。 2. 从理论上，分析了基于交流电流瞬时值PI控制无法实现零稳态误差的原因，并指出了解决问题的思路，即利用dq变换的优点把对交流量的控制转换为对直流量的控制。在此基础上，提出了基于dq模型的电压外环加电流内环的双环控制策略，并分别按照典型I、II型控制系统进行了控制器设计。同时，通过MATLAB/Simulink和PSIM软件分别从不同角度进行了仿真。结果表明，基于dq模型的双环控制器，不仅达到了良好的控制效果，而且实现了零稳态误差。此外，设计了一种基于数字信号处理器（DSP）的软件锁相环（SPLL）来实现并网电流与电网电压的同步，并通过仿真验证了该方法的有效性和可行性。 3. 最大功率点跟踪是提高太阳能电池利用率、降低发电成本的关键环节。本文在对扰动观察法进行分析的基础上，设计了一种基于简化Newton迭代法的变步长MPPT方法，推导出了步长选取公式，并讨论了相关参数的选取，最后对算法进行了优化。数值仿真结果表明了此方法无论是在跟踪速度，还是稳态精度上都优于扰动观察法，且在环境变化时该方法仍然能保持良好的跟踪性能。 4 反孤岛效应是确保光伏并网系统可靠、安全运行必不可少的重要环节。本文给出了孤岛检测的系统模型及其分析方法，并对主动频率偏移法（AFD）进行了较为深入的分析和仿真研究，给出了检测盲区的确定方法。特别是，针对LC发生谐振的情况，通过数值仿真研究了参数变化对电压和频率响应的影响。研究结果表明，在小电感、大电容的情况下，当孤岛发生时，电压幅值会发生明显偏移，但其频率变化较小；同样地，负载电阻的改变对电压幅值影响较大，而对电压频率影响较小。

Keyword ：

光伏并网发电dq变换锁相环最大功率点跟踪孤岛效应

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

针对一大类具有一定不确定性的非线性系统，提出基于Volterra级数模型的鲁棒内模控制器设计方法．利用局部形式的小增益定理，得到在辨识模型和实际对象模型失配的情况下，闭环系统鲁棒稳定的充分条件．对于设定点调节问题，得出闭环系统获得零稳态误差跟踪性能的充分条件．通过对一个连续搅拌反应池(CSTR)过程控制问题的仿真研究表明，应用该方法可以取得良好的控制效果．

Keyword ：

Volterra级数模型 非线性控制系统 内模控制

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。