针对传统的限流方法不能适应不同类型的短路故障问题,提出基于比例谐振(PR)控制和滤波电感电流的微网限流的新方法.首先,把微网中分布式发电(DG)变换器作为研究对象,DG变换器的电压电流双环均采用PR控制器;然后,详细推出滤波电感电流的参考值与DG变换器输出的电流和电压之间关系,该关系表明通过调整控制系统参数和滤波电容,DG变换器输出电流可跟随滤波电感电流的参考值;其次,当DG变换器输出的某相电流大于阈值(即发生故障)时,通过改变滤波电感电流的参考值能实现限制故障电流;最后,软件仿真结果验证新型限流方法能够限制故障电流到额定电流约2倍,且与不同的故障电阻、故障类型和故障发生时间无关;新型限流方法中采用的PR控制相比于PI控制,DG变换器输出的电流峰值更小、响应速度更快.

针对传统Z源逆变器(Z-source inverter,ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出了一种改进型准Z源逆变器(quasi ZSI,QZSI)拓扑结构.首先,对改进型Z源三电平逆变器的稳态工作原理进行深入分析,得到直流链输出电压和电容电压表达式,并与传统Z源三电平逆变器进行对比.理论推导出改进型Z源网络的无源参数,结合改进简单升压控制策略,说明改进型Z源逆变器整体升压能力.最后,通过在Matlab软件仿真和硬件平台上实验结果验证了改进型Z源逆变器具有良好的升压能力,降低电容电压应力以及抑制启动冲击效果.相比于传统的Z源逆变器,提出的改进型Z源逆变器具有电容电压的应力更小、输出电压的升压更高、电感电流的冲击更小等优点.

针对双馈异步发电机(doubly fed induction generators,DFIG)风电系统在电网电压不平衡时存在的问题,该文提出一种基于DFIG风电系统的协调控制策略,其创新之处在于把串联网侧转换器(serial grid-side converter,SGSC)与无源控制器(passivity-based controller,PBC)2种结构结合在一起,其中SGSC可抑制系统输出功率2次谐波脉动,PBC控制可提高系统控制性能.该协调策略不仅可实现直流母线电压恒定、网侧有功/无功无2次谐波脉动和网侧电流无负序分量几种控制目标,且实现了定子电流平衡和转子电流平衡,DFIG输出功率和电磁转矩无2次谐波脉动.软件仿真平台上实验结果验证了所提控制策略的正确性和优越性.

针对传统Z源逆变器(ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出一种新型准Z源逆变器(QZSI)拓扑结构.首先,对新型准Z源逆变器拓扑结构进行稳态分析,得到新型准Z源逆变器的直流链输出电压和电容电压;接着,建立新型准Z源逆变器的状态平均空间模型,引入小信号扰动,分析新型准Z源逆变器的直流侧动态特性,为新型准Z源逆变器网络的无源参数选取和闭环控制提供参考;然后,对新型准Z源逆变器进行简单升压控制(SBC),分析新型准Z源逆变器整体的升压能力;最后,经过计算机仿真和实验平台研究,验证了新型准Z源逆变器拓扑的优越性.新型准Z源逆变器具有更强的升压能力,可用于需要高输出电压场合;新型准Z源逆变器可以有效降低电容电压应力,一定程度上抑制起动冲击.

该文将无源控制(PBC)引入到一种准Z源三电平并网逆变器上,该方法无需对逆变器系统进行线性化处理,就可实现良好的并网控制.首先,讨论逆变器拓扑的工作原理,推导出逆变器整体数学模型,给出无源E-L(Euler-Lagrange)方程形式;然后,验证逆变器系统具有严格的无源特性,通过采用合适的阻尼注入和控制率,加速逆变器系统达到期望点,得到逆变器并网电流解耦的无源控制规律,设计出逆变器的无源控制系统,并结合正弦脉宽调制(SPWM)算法驱动逆变器的开关动作;最后,在Matlab/Simulink软件仿真平台和硬件平台上进行实验,实验结果表明,该文基于E-L模型的无源控制策略具有动态特性好、鲁棒性强等优点.

针对双馈异步发电机(DFIG)风电系统在电网电压不平衡时存在的问题,提出了一种改进的基于DFIG风电系统的协调控制策略,可以很好地解决这些问题.该控制策略的创新之处在于把串联网侧变换器(SGSC)与Lyapunov控制2种结构结合在一起.其中,SGSC可抑制系统输出功率2次谐波脉动,Lyapunov控制可提高系统控制性能.该策略实现了4种控制目标,即直流母线电压恒定、电网侧的有功、无功无2倍频谐波和电网侧的电流无负序分量,且还实现了定子和转子的电流平衡,DFIG输出的功率和电磁转矩无2次脉动.软件仿真平台和硬件实验平台上实验结果验证了本文所提协调控制策略具有响应速度快、鲁棒性强、控制参数少等优点.

由于并联型有源电力滤波器（shunt active power filter,SAPF）为非线性、时变的多变量对象,目前常用的一些控制方法难以达到令人满意的控制效果,为此提出了一种基于SAPF的无源性控制（passivity-based control,PBC）策略。该控制策略首先利用系统的总增加的能量少于外部注入的能量的无源性原理,让每个控制变量逐渐达到其预期值;同时,为了提高收敛速度,采用阻尼注入方法来加速系统的能量耗散;最后,利用仿真和硬件实验验证了基于SAPF的PBC策略和传统的比例积分控制（proportional integral controller, PI）策略相比,不仅能够有效保持直流母线电压的稳定性和对电流谐波、无功功率、不平衡电流和中性点电流进行补偿,同时在电网不平衡时无需处理谐波电流的正序和负序分量,而且响应速度更快和补偿效果更好。

Z源中点钳位式(NPC)三电平变换器把逆变和升压两种环节结合在一起,结构简单、工作效率高,但是针对这种结构输出的无功功率研究较少.提出了一种Z源NPC三电平变换器的恒功率并网控制策略.首先对这种变换器的结构及原理进行分析;再把恒功率控制引入到这种变换器的并网控制中,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现了变换器的并网控制.MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了这种变换器能够提高电压升压比.该控制策略可使变换器输出的有功功率、无功功率稳定于设定值,且并网电流谐波较低.

针对传统Z源逆变器起动冲击电流大,升压能力不足,电容电压应力大等局限性,提出了一种准Z源中性点钳位式(neutral point clamped, NPC)三电平逆变器拓扑结构。首先,分析了所提结构的工作原理及其准Z源参数的设计,在低直通占空比情况下,实现了较高逆变器电压输出,优化了电能质量,降低了准Z源网络的电容电压;其次,引入了简化PQ控制策略,实现了单位功率因数并网,电流谐波畸变率低;最后,经过Simulink软件和实验硬件研究,验证了新型准Z源三电平逆变器的优越性及其并网控制策略的有效性。

为了提高传统有源电力滤波器耐压水平和等效开关频率,将电平数目较多的模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)应用于并联型有源滤波器(shunt active power filter,SAPF).针对三线制电力系统的非理想运行状态,提出基于正负序分离的无源控制器(passivity-based control,PBC)策略,可根据有源滤波器的容量,灵活的选择补偿信号.首先,根据基于模块化多电平变流器型有源滤波器的数学模型,论证其无源性,采用阻尼注入法设计动态性能较高的正负序无源控制规律;其次,加入适用于电网非理想条件下的准PR环流控制、电容电压控制器,以提高系统性能;最后,在电网平衡、负荷投切、负荷不平衡及电网电压跌落状态下,通过Matlab/Simulink软件仿真和硬件实验,验证提出的无源控制系统用于非理想条件下基于模块化多电平变流器型有源滤波器的有效性和优越性.

针对目前微网保护方法存在选择性差、阈值整定麻烦以及计算数据量大问题,提出一种基于几何表征和差分算法的微网保护方法.首先,通过分析不同位置故障后微网各母线上电气量的特征,画出线路两端母线上相角差的区间图;然后,结合椭圆曲线的几何表征方法,给出一种利用椭圆曲线拟合微网各母线上特征余弦的方法;接着,由电气量分析结果和特征余弦获取各母线上的差分方向,由此检测出故障区段;最后,仿真实验表明所提方法仅用20个数据点就能有效判别微网中各种不同类型故障,且能同时适应微网处于孤岛模式、并网模式以及带不平衡负荷模式运行,还简化了故障阈值选择.