级联型SVG单载波调制策略研究

多电平脉宽调制策略是级联型静止无功发生器(staticvar generator,SVG)的核心技术。提出一种改进的载波同相层叠调制策略,即单载波调制策略,采用单路三角形载波实现多电平调制,兼有载波同相层叠调制良好的消谐特性和载波移相调制开关分配均衡的优点;针对级联型SVG直流侧电压不平衡现象,提出一种参考直流侧电压排序的开关分配策略;将单载波调制策略与电压电流双闭环控制结合,应用于级联型SVG。最后,利用PSIM仿真软件搭建级联型SVG仿真模型,对比基于单载波调制的控制方案和传统控制方案的电压平衡控制效果,验证单载波调制及控制方案的有效性;在低压环境搭建七电平SVG实验样机,验证所提方法的可行性。

考虑负序补偿的角型链式SVG指令电流提取方法

角型链式静止无功发生器(static var generator,SVG)理论上能够进行负序、无功和谐波电流的综合补偿。针对角型补偿器指令电流提取的难题,通过对补偿电路相量图进行几何分析,根据瞬时无功功率理论,推导出dq/变换矩阵。三相电流瞬时值经abc/dq变换、滤波,得到两相旋转坐标系下的负序有功电流分量和负序无功电流分量;再经dq/变换矩阵,可得到角型链式SVG负序补偿所需的相电流指令信号。该变换矩阵可应用于负序补偿系统,也可应用于负序、无功和谐波电流综合补偿系统。所提指令电流提取方法物理意义清晰,算法简单;采用电流瞬时值进行运算,负荷变化时,可实时更新指令电流,动态调节速度快。最后,通过PSIM仿真验证了所提方法的正确性。

角形链式SVG零序环流推导及电流指令获取

在已知线电流负序分量的前提下,对角形链式静止无功发生器(SVG)零序环流进行了推导,进而提出基于瞬时功率理论的零序环流计算方法。针对角形链式SVG相电流指令信号获取难题,提出一种由零序环流与线电流指令叠加产生相电流指令的方法,所需零序环流和线电流指令根据瞬时功率理论分别计算获得。该方法可与现有的单相链式SVG控制策略结合,实现角形链式SVG综合补偿功能。在PSIM仿真环境下搭建了链式SVG仿真模型,仿真结果表明,采用所提相电流指令获取方法可实现角形链式SVG综合补偿功能,且在负载变化时具有较快的响应速度。

模块化多电平SVG负序补偿容量比较

全桥单元作为子模块且主电路采用三角形连接的拓扑(single-delta bridge cells,SDBC)和半桥单元作为子模块且主电路采用双星形连接的拓扑(double-star chopper cells,DSCC)都可应用于负序电流的补偿,但两种拓扑负序电流补偿机理不同,哪种拓扑更具优势尚待研究。文中分别阐明了SDBC型静止无功发生器(static var generator,SVG)和双星形连接的拓扑(double-star chopper cells,DSCC)型SVG的负序补偿原理,对环流和桥臂电流进行了数学推导,并进行了仿真验证。对比分析了两种模块化多电平SVG的负序补偿特性,分析表明在相同的负序补偿情况下,DSCC型SVG的桥臂电流应力和安装容量均小于SDBC型SVG。所得结论为工程应用时合理选择负序补偿拓扑提供了理论依据。

链式静止无功发生器直流侧电压稳定性分析

链式静止无功发生器(SVG)直流侧电容电压存在二倍频波动,电压检测时常采用滤波电路对直流侧电压信号进行调理。文中重点研究了滤波环节对链式SVG直流侧电容电压稳定性的影响。根据能量平衡的思想对链式SVG直流侧电压控制进行了建模,建立包含滤波环节的系统闭环模型,并进行稳定性分析,得到调节器积分时间常数大于滤波环节时间常数是系统稳定的必要条件。搭建了13电平SVG样机,在220V和3kV电压下分别进行了并网实验,实验结果验证了文中稳定性分析的正确性。

星形链式SVG负序补偿特性及控制策略

阐述了星形链式SVG进行无功和负序综合补偿的工作原理,对补偿器零序电压分量进行了数学推导,发现该分量受输出电流无功分量与负序分量比值的影响。补偿器负序补偿能力受到链节输出电压的限制,为此提出一种改进的电压电流双闭环控制策略:1、限制指令电流负序分量;2、在电压调制信号中注入零序分量。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。

一种光伏并网与电能质量复合控制系统的设计

结合光伏并网发电系统和有源电力滤波器,研究了一种既能够并网发电,又可以实现无功补偿、电网谐波电流滤除的新型系统。提出了适用于该系统的无差拍复合控制策略,并给出了该策略的原理和复合指令的计算方法。最后,搭建了仿真模型和实验平台,给出了该系统的具体实现方案。运行数据验证了系统结构和控制策略的有效性和合理性。

基于快速等效电纳计算的静止无功补偿器复合控制方法

提出了一种静止无功补偿器(static var compensator,SVC)的不平衡补偿方法。针对不平衡情况下的功率补偿需求,提出了基于佛布迪(fryze-buchholz-depenbrock,FBD)算法的等效电纳检测方法,有效减小了系统的计算量;为了提高SVC的补偿性能,提出了一种开环和闭环复合控制方法,并利用单纯形算法对控制参数进行动态调整,提高了系统的鲁棒性,大大提高了SVC的补偿精度和补偿性能,实现了三相系统的功率平衡。最后,仿真和实验验证了所提出方法的有效性和正确性。

基于两相三线变流器的新型高铁电能质量补偿装置

为集中治理电气化铁路的负序、无功以及谐波,提出一种基于两相三线变流器的新型高速铁路补偿装置。该装置包括晶闸管控制滤波器、晶闸管控制电抗器以及两相三线变流器。其中,无源装置补偿无功和部分谐波,降低了有源部分的容量,改善了补偿装置的可靠性能。分析了新型系统的工作原理,并在此基础上提出了其协调控制策略。为提高电流跟踪控制的稳态和暂态性能,提出了基于重复控制的三态滞环电流控制方法。最后通过仿真和实验验证了所提出新型系统结构及其控制策略的正确性和优越性。

级联型SVG双闭环控制稳定性分析

介绍了单相级联型静止无功发生器(static var generator,SVG)的原理与控制系统结构,采用光纤隔离检测技术进行级联单元直流侧电压的测量。考虑光纤隔离检测延时,建立了基于瞬时能量平衡的直流侧电压外环控制数学模型,得到了基于比例积分(proportional integral,PI)控制的传递函数,并进行了电压外环稳定性分析;建立了基于比例(proportional,P)控制的电流内环离散控制模型,分析得到其在离散域内稳定控制的充要条件。样机实验结果验证了所提稳定性分析方法的正确性。

考虑低频振荡的MMC有源阻尼环流抑制方法

以直接调制方式的开关函数为出发点,建立MMC每相桥臂电容电压之和与桥臂环流的暂态数学模型,揭示了系统在异常工况下会产生低频振荡环流,推导低频振荡环流的频率,指出无环流控制时,二倍频环流存在谐振点。为实现对低频振荡与二倍频环流的同时抑制,提出一种基于有源阻尼控制的环流抑制方法,简单实用,无需相间解耦与坐标变换。仿真与实验结果表明该方法能同时抑制对暂态时的低频振荡与稳态时的二倍频及以上频次环流,可增强系统稳定性。

电磁搅拌用两相正交逆变电源的控制方法研究

为了提高钢铁连铸冶炼的品质以及电源自身的性能,研究一种前级脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流、后级三桥臂逆变的电磁搅拌用两相正交逆变电源的拓扑结构。根据电源装置的前后级能量平衡数学模型,分析推导直流侧电压二次纹波。然后,提出一种PWM整流器的综合控制方法,有效提高PWM整流器的工作性能,并抑制直流侧电压二次纹波引起的谐波电流。针对后级三桥臂两相正交逆变器,通过分析其数学模型,提出一种输出电流的前馈+反馈复合跟踪控制方法,能有效结合前馈控制的快速跟踪性能和反馈控制的闭环跟踪性能,提高装置的动态跟踪性能,以满足电磁搅拌器频繁正反转交替的要求。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性。

一种简化型三电平高速铁路功率调节器

为了治理电力系统负序、无功和谐波电流等电能质量问题,研究了一种简化型三电平铁路功率调节器,它由1个两相三线制逆变器、2个输出电感和2个单相降压变压器组成。与三相有源电能质量补偿器相比,该调节器只需要一对三电平开关臂,减少了器件数量、降低了装置成本。通过分析两相三线制逆变器的开关控制原理,提出了一种电压外环比例—积分控制和电流内环无差拍控制的双环控制方法。为了实现直流侧动态均压,研究了一种低成本、可靠性高的均压电路,并提出了一种基于电流闭环的均压控制方法。最后,仿真和实验结果验证了所提出补偿结构及方法的正确性。

高压SVC系统的设计与实验研究

建立了高压静止无功补偿器(SVC)的矢量模型,并对其电流、电压进行矢量分析,在此基础上推导出基于矢量分析的补偿导纳计算方法,并用Psim软件进行了控制模型的仿真。叙述了SVC光电触发及监测系统的软硬件设计原理,依照所述方案构建高压SVC样机并进行开环及闭环实验。仿真和实验结果表明,该系统工作稳定,调节性能良好。

大功率极低频电源谐波传导分析

极低频(ELF)电源在地下资源探测、地震预测和军事通信等领域发挥着重要作用。然而,极低频电源逆变侧产生的低频谐波分量难以被滤除,将在逆变侧输入端形成纹波电压,恶化极低频电源的输出谐波特性。低频谐波分量还将渗透直流滤波网络向整流侧和电网传导,造成整流输出端电感电流波动,并在网侧电流基波和特征次谐波附近产生低频相关的边带谐波。建立了极低频电源的数学模型,重点关注逆变侧输入端电容电压和整流侧输出端电感电流,对低频谐波传导进行了分析,并对理论分析进行了仿真验证。

一种改进型的混合动态无功补偿器系统设计

针对配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)与晶闸管投切电容器(TSC)联合运行问题,提出一种新型基于专家混杂控制和瞬时功率平衡的控制策略。首先从混合无功补偿装置(HVC)结构及其等效电路出发,对其补偿机理进行分析,设计HVC控制器,分析了其控制策略。仿真和实验结果表明,该方法补偿效果良好,反应速度快,验证了设计的正确性与可行性。

考虑寿命和畸变率的极低频功率放大器开关频率优化控制策略

开关功率放大器在民用和军事中都有着广泛的应用,如电动振动试验台、通信系统和声纳探测等重要领域。文中针对应用于极低频电磁波通信的开关功率放大器,提出基于改进粒子群算法的最优开关频率控制策略,通过该方法可以在满足一定输出电压畸变率的同时,降低极低频工况的功率器件热摆幅,延长开关功率放大器的寿命。首先分析开关功率放大器的热应力控制自由度。然后对影响设备寿命长短的重要因素——热摆幅和表征输出效果的指标——谐波畸变率(total harmonic distortion,THD),这2个变量的影响因素进行研究。在此基础上,综合考虑热摆幅和THD,提出基于改进型粒子群优化算法的最优开关频率控制策略。最后,通过仿真和实验对所提控制方法进行验证。

串联注入式混合型有源电力滤波器的仿真分析与工程实现

在工程应用的背景下,研究了一种能够适用于高压电力系统的串联注入式混合型有源电力滤波器的拓扑结构,给出了其主电路建模和谐波补偿特性分析,介绍了系统参数设计的思路,搭建该结构的仿真模型并给出了仿真效果图。最后,针对广西胡润变电站谐波及无功的实际情况,给出了该滤波器的具体实现方案。现场运行数据表明,设计方案和试验装置的有效性和可靠性。

一种35kV电能质量调节装置的研究及其应用

以工程应用为背景,用一组单调谐滤波器代替了传统的注入式混合型有源电力滤波器结构中的注入电容,增强了系统稳定性并提高了系统的补偿效果,给出了应用于高压电力系统的串联注入式混合型有源电力滤波器(SIHAPF)的结构及原理,分析了该系统基于复合校正的无差拍控制方法及应用于程序的调制脉宽,介绍了主电路参数设计和器件选型。最后,针对某变电站谐波及无功的实际情况,给出了该滤波器的具体实现方案。现场运行数据表明,设计方案和实验装置有效且可靠。

模块化多电平变换器模型预测控制

模块化多电平变换器以其优越的性能在中高压大功率电能变换场合得到了广泛的研究和应用。推导了模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的离散状态方程,针对MMC多输入多输出的非线性特性,提出一种基于有限控制集合的简化模型预测控制,可以有效减少模型预测控制所需的循环计算和预测值计算次数。所提模型预测控制由最优输出电平求解和电容电压平衡控制两部分组成。首先求取满足交流电流和环流控制要求的桥臂输出电压电平,并以此电平及其邻近的电平为有限控制集合,考虑上下桥臂电容电压之和与之差的控制,求得桥臂输出电平最优解;电容电压平衡控制则由电压预测值排序法实现,用电压增量表示附加的开关动作,修正电容电压预测值后再进行排序,实现电压平衡控制并降低平均开关频率。在PSCAD/EMTDC中搭建MMC时域仿真模型,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。