基于电容器分组投切的电网谐波阻抗特性研究

投切电容器是计算电网谐波阻抗特性的常用操作方法,充分利用分组投切电容器的各组数据,可以更准确地计算电网谐波阻抗特性。为此,采用Prony算法滤除电压、电流响应中的稳态分量,得到其暂态分量。对电压、电流暂态分量进行离散Fourier变换,得到投切各组电容器时的电网谐波阻抗特性。各组电网谐波阻抗特性按照暂态时域能量大小进行权重分配,再利用3次样条插值对各离散频率处的阻抗进行拟合,构成最终的电网谐波阻抗特性。仿真结果表明,对于基于分组投切电容器的各组数据、采用时域能量权重系数法计算得到的电网谐波阻抗特性,其阻抗幅值和相位的绝对误差仅为考虑单组电容器投切时的25%,验证了所提方法的可行性。

大功率电力电子装置测试及考核研究现状与发展

大功率电力电子装置是HVDC和FACTS技术的核心,其应用场合通常都是重要的输电线路或工业负荷,必须长期处于运转状态。同时,作为一个新兴研究,其成果品种繁多,技术不成熟,需要在投入运行前给予必要的测试和考核。本文介绍和总结了大功率电力电子装置测试及考核方法的现状,并针对装置整体性能的测试研究进行了讨论。

含STATCOM的孤岛微电网低频稳定性分析

微电网中大量变流器之间的交互作用给系统稳定性带来了巨大的影响,孤岛运行时,这种影响表现更加突出。以某海水淡化用孤岛微电网为研究对象,考虑系统中蓄电池逆变器(power convert system,PCS)和静止同步补偿装置(static synchronous compensator,STATCOM)控制环和锁相环的动态特性,在旋转坐标系下,建立其输出阻抗模型,分析PCS和STATCOM的阻抗特性,建立微电网阻抗网络。提出基于阻抗分析微电网低频稳定性的方法,基于奈奎斯特稳定判据分析STATCOM的直流电压环、电流环和锁相环对孤岛微电网母线电压低频稳定性的影响。仿真和实验结果验证了所提出微电网变流器交互影响稳定性分析方法的有效性和分析结果的准确性。

电能质量设备实验方法及实验平台

针对电能质量设备的特点和难以仿真、实验等问题,提出了一种基于智能机器人思想的电能质量设备试验方法及综合实验平台。综合实验平台采用大功率电力电子装置取代传统的功率放大器,在提高接口电气参数的同时,实现大容量功率吞吐,解决了数字—物理混合仿真中功率放大器的性能限制问题;将平台视为智能机器人,按照机器人的感知、规划、执行3个部分对平台结构和功能进行划分,平台机器人根据感知到的系统信息,规划下一步的运行,通过执行单元付诸实现;利用实验过程的可重复性及平台机器人的自学能力,通过多次实验逐步逼近的方法,使实验过程最终到达所要求的运行条件,平台根据符合实验要求的参数,分析电能质量设备的性能,完成实验过程。

链式D-STATCOM的鲁棒L_2性能准则设计

为提高控制系统鲁棒性,提出一种链式静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)的鲁棒L2性能准则设计新方法。首先通过等效电路变化,将对链式D-STATCOM的控制电路模型转换为对单个H桥逆变单元的控制电路模型;在所建立的考虑干扰和参数摄动影响的单个H桥逆变单元控制电路模型基础上,通过对误差系统方程的等价变换,将参数摄动的影响转化为周期干扰的一部分;然后利用重复控制与无源性控制相结合的新方法实现链式D-STATCOM的鲁棒L2性能准则的设计。其中,重复控制对周期干扰进行补偿,无源性控制确保重复控制的收敛性和对控制目标的渐近跟踪,并抑制非周期干扰对控制效果的影响;通过给定指令电流,实现链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、5 Mvar工程实际应用结果表明,所提方法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有较强的工程实用价值。

电能质量扰动发生器控制策略及其实现

为了测试电力变压器、CVT、电力电容器、无功与谐波补偿装置等试验设备在电能质量扰动下的工况,设计了一种电能质量扰动发生器,能模拟实际电网输出各种形式电压与电流扰动。采用电压外环与电流内环的PWM整流控制实现了直流电压的稳定;利用电压前馈与重复学习相结合的控制策略实现了发生器较高精度输出;利用DSP+FPGA构建控制系统具有较好的实时性与可靠性。通过10 kV、2 MVA工业样机实验,证明了设计的正确性。

基于RTDS的APF硬件在环仿真系统

有源电力滤波器(APF)的离线仿真只能保证控制算法正确,而无法反映实际运行时的动态性能。针对这一问题,建立了实时数字仿真器(RTDS)和APF联合的硬件在环(HIL)仿真系统并进行了相应的研究。介绍了APF的关键技术、RTDS的建模方案以及HIL仿真系统的组建策略,并详细分析了该仿真系统的运行环境。对比APF的PSCAD离线仿真、RTDS实时仿真、HIL仿真,结果表明HIL仿真系统能够反映实际运行中存在而在离线仿真中无法体现的诸多问题。在此基础上对采取补偿方法后的仿真结果进行了研究,表明HIL仿真系统能在本质上反映实际运行情况,能够真正检验APF的性能。

改进的同步电机阻尼绕组电流观测器

对现有的阻尼绕组电流观测器进行了改进,观测器算法采用龙格-库塔4法(R-K4),相对于现有的一阶向前差分电流观测器而言,精度更高。对观测器的初值和绝对稳定域问题进行了讨论,给出了观测器的初值和投入时间不影响跟踪效果的条件。对IEEE次同步谐振第一标准模型中的阻尼绕组电流进行观测,验证了改进后的阻尼绕组电流观测器的有效性。并对阻尼绕组电流成分进行分析,分析了用其监测次同步振荡的可能性。

基于谐波源注入的SAPF补偿容量确定方法

补偿容量是决定并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)补偿性能的重要因素之一。通过戴维南等值模型,分析了SAPF补偿容量的决定因素,指出了依据补偿前负荷电流作为确定补偿容量的方法存在的缺点。提出了一种基于谐波源注入的SAPF补偿容量预估方法,通过小容量谐波源在接入点分次注入谐波电流,预估SAPF的补偿容量。该方法还提出了谐波源特征系数和补偿容量放大倍数两个指标用于表征负荷的性质,为SAPF的类型和容量的选择提供方向。通过对不同负载模型的仿真验证,确定该方法比传统方法更加接近真实SAPF的补偿容量。

基于载波频率优化的级联型APF源性谐波能量不均抑制方法

基于载波移相(CPS)调制的H桥级联型(CHB)有源电力滤波器(APF)是中高压系统谐波治理的有效手段。分析并指出了级联型拓扑在输出谐波电流时存在的源性谐波能量不均问题。当输出的谐波电流频率与单元输出电压中某一开关谐波频率一致时,将产生功率耦合,导致单元直流电容电压发散。针对性地提出了一种载波频率优化方法:通过引入载波频率偏移量,实现了单元输出电压开关谐波与APF输出谐波电流的功率解耦;讨论了不同的载波偏移量对电容电压波动的影响,并给出了最优频率偏移量计算方法。对比了载波频率优化方法和传统载波轮换方法抑制源性谐波能量不均的效果,体现了载波频率优化方法的优越性。仿真和现场应用证明了所提方法能够有效地防止直流侧电压的发散并将波动抑制在最小值。

基于电容器投切的电网谐波阻抗测量

投切电容器是测量电网谐波阻抗的常用操作方法,利用投切电容器后的暂态电压、电流分量进行离散傅里叶分析可计算电网公共耦合点处的谐波阻抗。TLS-ESPRIT算法可对投切电容器后的电压、电流同时进行去噪和滤基波处理,得到准确的暂态电压、电流分量。相对于Prony算法,TLS-ESPRIT算法抗噪声干扰能力强,且其能更准确辨识模态参数。仿真验证了TLS-ESPRIT算法在基于电容器投切的电网谐波阻抗计算中的有效性。

基于DSP与FPGA实现级联型谐波发生器的研究

级联型谐波发生器每一相由若干个背靠背功率单元级联而成，能通过较高的等效开关频率输出给定幅值的基波与2-50次谐波，有效地提高了输出电压等级与输出波形质量；可为各类高低压设备提供谐波源。测试其在谐波下的运行工况。采用数字信号处理器（DSP）＋现场可编程门阵列（FPGA）构建控制系统产生触发脉冲具有很好的实时性与可靠性，通过工业样机试验，证明了此方法的正确性。

有源电力滤波器控制时延的研究

针对有源电力滤波器(APF)系统存在的延时情况,分析了延时对APF补偿效果的影响并提出了解决的办法。通过建立APF系统的网络阻抗传递函数,利用pade近似式对其进行简化分析,得到了不同时滞情况下该网络频率响应特性。由此分析时延对系统性能的影响并说明在控制中不能忽略延时的存在。由于固有时延只能减小不能根除,只能从消除时延对补偿效果影响的角度出发,提出了一种利用谐波的周期性特点来延迟补偿谐波输出的方法提高补偿效果。仿真结果表明了该方法的正确性和有效性。

基于三步隐式Adams法的同步电机阻尼绕组电流计算

提出采用精度更高、绝对稳定域更大的三步隐式Adams法对现有的阻尼绕组电流计算方法(一阶向前差分法,R-K1)进行改进,并分析了初值设置和采样频率对算法的影响,结果表明改进的方法具有对于同步电机阻尼绕组实际电流的更好的跟踪特性。文中以基于PSCAD的IEEE次同步谐振第一标准模型为例,通过仿真验证与对比分析,体现了采用三步隐式Adams法计算阻尼绕组电流的优越性。

多绕组变压器+变流器结构中高频谐波分析与抑制

多绕组变压器+变流器结构是高电压、大容量电力电子装置的典型结构之一。在变流器采用PWM全控型器件时,会产生与开关频率相关的高频谐波。以单相拓扑为例,对该结构下的高频谐波特性进行了分析;在考虑多绕组变压器的情况下,得出高频谐波传输等效模型;得到了通过载波移相消除高频谐波的理论依据,并给出了具体移相规律。试验结果表明,当采用正确的载波移相方式后,变压器原边电流波形改善明显。文章的结论可以推广到三相系统中。

基于相似理论的电能质量试验电源研究

现有的试验电源电能质量模拟类型不完善,在总结提炼前人研究成果的基础上,提出试验电源电能质量模拟类型的分类,即基于波形特征的电能质量模拟和基于电网等值模型的电能质量模拟。进而,针对试验电源在电能质量模拟时缺乏理论基础,提出采用相似理论指导试验电源的电能质量模拟,以使试验电源模拟出与电力系统相似的电能质量现象。为了评价试验电源的电能质量模拟效果,基于相似理论提出相似程度d这一指标,用来评价试验电源模拟的电能质量与"原型"的相似性,从而判断电能质量模拟效果是否可信。最后,通过仿真验证所提指标的可行性。

基于电网等值模型的电能质量试验电源研究

为了使电能质量试验电源更好地模拟实际电网的外特性,提出了基于电网等值模型的电能质量模拟方法。基于相似理论,进一步提出了相似程度d这一指标用于评价试验电源模拟的电能质量与"原型"的相似性。针对H桥级联型逆变器的试验电源拓扑结构,亦提出了基于重复学习控制的电压源虚拟阻抗控制策略,其能对基波情况下实际电网的外特性进行模拟,且可信度较高。最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性以及指标的可行性。

LCL并网逆变器改进加权电流控制方法及其鲁棒性分析

加权电流控制方法可以使LCL并网逆变器控制系统降阶,从而提高控制系统的稳定性与带宽。但该方法不能抑制并网逆变器输出电流谐振峰,同时当滤波器电感参数偏移时,还可能造成不稳定现象。本文针对该问题,在不增加额外传感器的前提下,推演出附加不同电流反馈的改进加权电流控制方法,并进行对比择优,从而得出谐振抑制效果理想且稳态误差较小的改进方法;该方法在保持加权电流降阶特性的前提下,抑制了输出电流谐振峰,提高了整个控制算法的鲁棒性。仿真结果验证了理论分析的正确性。

级联H桥混合型有源电力滤波器直流电压控制

由级联H桥变流器与LC单调谐无源滤波器串联所构成的混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF),为高压大容量场合下的谐波治理提供了一种低成本解决方案。传统的直流电压控制方法调节的是变流器输出电流中的有功分量,但HAPF中LC滤波器较大的基波阻抗极大地限制了该方法动态响应速度。该文提出一种改进的直流电压控制方案,该方法通过改变变流器基波调制电压来实现直流电压的调控,对比分析表明,该方法具有更好的动态性能。同时,针对级联H桥三相直流电压不平衡的问题,文中结合HAPF的输出特性,对现有的相间均压控制方法进行优化,提出一种简单的零序和负序电压合成算法。仿真实验和样机现场运行结果验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。