两桥臂交叉解耦不平衡控制策略研究

由于非不平衡控制策略中没有考虑线电压和相电流的相角差,造成三相电网的有功、无功电流无法完全补偿。为了解决这一问题,根据电压电流相角差,推导出单相补偿器中无功参考补偿电流与负载电流的关系,提出一种两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,利用多变量滤波器和交叉解耦双复系数滤波器优化锁相环,精确锁定三相不平衡电网的电压频率和相位,对2个单相背靠背变换器的无功电流分别控制,进而利用两桥臂变换器补偿三相不平衡无功。实验结果验证了所提两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,可抑制三相有功不平衡及补偿三相不平衡无功,将三相电流的不平衡度从150.0%降低至2.6%,三相电网功率因数从0.257提升至0.997,减少了三相无功补偿器的开关管个数。

单相PET级联整流SVPWM均压边界及拓展方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是交直流配电系统互联的重要接口设备,然而后级等效负载不平衡将造成前级整流器各模块的电压偏移。针对单相级联H桥整流器空间矢量调制均压失效问题,推导出基于最优矢量选择均压策略的边界计算方法。根据计算所得的负载不平衡度限制边界与级联模块数、调制度以及功率因数的关系,提出了变调制度和功率因数的控制策略以增加均压能力。该策略通过改变直流电压或降低功率因数来重建更宽的均压工作范围,确保原不平衡度均压极限的系统稳定运行。最后,通过三模块级联整流器的仿真与实验验证了该均压边界的正确性,以及所提均压拓展方法保障极端不平衡负载条件下均压的有效性。

一种超宽电压增益双LLC谐振变换器及控制方法

为解决传统LLC谐振变换器在宽电压增益应用中所需开关频率范围过宽、总体效率较低等问题,文中提出一种多模式双LLC谐振变换器。该变换器基于半桥、全桥切换以及桥式、倍压整流切换的拓扑重构思路,以增益不同的4种模式实现较窄频率范围内的超宽输出电压,提高变换器效率的同时通过复用开关器件来降低成本。为了实现模式间的平滑过渡,针对所提变换器设计一种脉冲宽度频率调制控制方法,并根据模式切换特性进一步优化,提高模式切换速度。基于SiC开关器件,设计并搭建一台60~450 V输出电压、最大功率为900 W的实验样机,以验证所提拓扑及控制方法的可行性。

非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。

基于周期组合序列调制的三电平双有源桥均压策略

应用在双极性直流微电网(BDC-MGs)的三电平双有源桥(TL-DAB)变换器,在匹配多类型不平衡负载运行时,输出侧正负母线电压的不平衡将影响系统稳定运行。该文首先分析不平衡负载工况时TL-DAB变换器输出侧上、下端口分电容电压的不均衡原因,并提出一种基于功率传输与电压均衡的周期组合序列调制策略。该均压策略无需附加额外电路和储能器件,仅通过改变功率传输的周期数及单周期内端口电平脉宽占比,便可实现输出侧上下端口传输功率的差额分配以达到分电容电压的均衡。仿真和实验结果表明,在上下分电容负载极不平衡工况下,相对于传统对称调制策略,该文所提均压策略可以将电压不均衡度从12%降低至1%以下。

T型三电平400 Hz三相APF预测无差拍重复控制

针对在400 Hz航空电源系统中,为了提高电能质量而采用有源电力滤波技术,但因系统基频高且存在延时而出现的补偿效果不佳的问题,结合延时对补偿效果的影响分析,提出一种预测无差拍重复控制策略。首先,为提高系统在动态情况下的反应速度引入预测电流控制,在加快动态响应的同时减小系统稳态误差。其次,为解决电流控制及采样的各一拍延时问题,对参考补偿电流进行“两拍预测”。此外,为消除补偿电流的周期性控制误差,在电流控制环内嵌入重复控制。稳态和动态仿真中,该综合控制策略表现出比传统控制更优的补偿效果和动态性能。为了进一步验证该策略的有效性,实验在T型三电平400 Hz三相APF平台上进行。实验结果表明,该控制策略可以将400 Hz系统中网侧电流THD从10.5%降低到3.13%。

级联整流相内-相间直流电压均衡控制策略

三相级联H桥整流器由于具有灵活性与易模块化的特点,使得其在电力电子变压器(powerelectronic transformer,PET)系统中得到了广泛应用。而该变换器相间-相内模块直流电压不均衡是其亟待解决的问题。针对该问题,提出一种直流电压均衡控制策略,实现相间直流电压均衡与相内模块间直流电压均衡。首先,提出零序补偿控制方案,以解决相间直流电压均衡问题,通过构建端口电压零序分量,在dq坐标系下分析零序功率分布,建立起相间直流电压与零序电压的线性关系。通过控制三相零序功率,实现相间均压的目的;接着,针对相内电压均衡问题,提出了一种脉宽调制和排序均压调制相结合的宽带载范围的均压算法,使部分模块可以空载运行,提高了相内直流电压均压能力。最后,建立了三相级联九模块整流器小功率实验平台。基于FPGA控制器完成了控制程序设计,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

基于空间矢量双滞环策略的STATCOM直接电流控制方法

提出一种适用于STATCOM的直接电流控制新方法以减小开关频率和电流跟踪误差。该方法通过指令电流求导矩阵替代参考电压预测方法,能够准确判定参考电压矢量的位置,并根据误差电流矢量与双滞环阈值的大小选择优化的开关状态输出。与其它电流控制方法相比,基于空间矢量双滞环策略的直接电流控制方法可以保证无功电流的快速响应性能,同时有效降低开关频率。仿真与实验结果证明其良好的动静态性能。

基于SVPWM的STATCOM电压电流双环控制

提出一种基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的静止同步补偿器(STATCOM)控制方案,并讨论了电压电流双环控制器的简化设计方法。该方法利用锁相环(PLL)和低通滤波器(LPF)检测负载电流中无功电流的大小,通过dq变换实现STATCOM无功电流和有功电流在dq平面的解耦控制。同时,直流电压外环控制器输出耦合到有功电流控制环路实现直流电压稳压控制。为利用SVPWM调制方法控制STATCOM输出电压控制其输出电流,控制器通过PI调节器将电流控制变量变换到电压矢量空间。全部控制算法在单片现场可编程逻辑门阵列(FPGA)中采用VerilogHDL硬件描述语言设计和综合实现,并应用在500kV·A容量样机的控制上。仿真和实验结果显示该控制方法具有动态响应速度快、调制深度高、输出电流谐波畸变率低等优点。

中点钳位型H桥级联单相变换器均压SVPWM最优工作点转移路径研究

针对二极管中点钳位型单相级联变换器直流侧电压不平衡问题,提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。其核心为在冗余矢量选择时引入过渡开关状态,使当前矢量逐渐切换到均压能力最强的矢量,避免开关动作时模块端口电压发生越级跳变所带来的危害,降低了变换器的开关频率。文章分析了该调制策略的计算方法,给出最优路径选择步骤,并设计了基于可编程逻辑器件的SVPWM算法的控制核心。最后,通过级联两模块实验系统验证了所提调制策略的均压能力及系统的动静态性能。

基于小波包多频带分解实现谐波抑制与无功补偿

提出一种子频带分解实现多通道有源滤波与无功补偿的新方法。该方法根据无功和谐波的频域分布特性,将补偿容量按频带分配到各子通道,不同通道采用不同功率模块予以补偿,避免了电力电子器件开关频率与功率等级的矛盾。该文讨论了小波包滤波器组算法实现多通道子带滤波方法的补偿原理,分析了循环缓存实现周期边界延拓方式在系统频率波动时的检测结果,并提出锁相环(PLL)调整缓存深度的解决方案。仿真结果表明,该方法具有较好的动静态性能,同时能够补偿三相不对称的负载电流畸变分量,适合应用在大容量有源滤波与无功补偿的场合。

基于FPGA的三相锁相环实现

提出一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现三相锁相环(PLL)控制器的全数字化方案。在单片FPGA中,采用硬件描述语言VerilogHDL实现了包括d,q坐标变换、PI调节器、压控振荡器(VCO)模块及其它实验用模块的三相锁相环控制算法。基于Simulink的仿真结果显示,在三相电压频率突变时,三相锁相环对输入信号频率和相位锁定时间小于两个基波周期的,稳态误差小。基于FPGA硬件逻辑实现的三相锁相环控制器实验结果表明,在三相电压畸变的输入下,动态和静态特性良好,对非线性负载和测量引起的谐波、直流偏移等干扰也不敏感,这种控制器能够满足柔性速度系统(FACTS)装置对电压和相位信息实时性和准确性的要求。

基于FPGA的APF控制器的硬件结构优化

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的并联型有源电力滤波器(SAPF)的控制器方案。通过简化算法,使用运算强度简化、折叠结构和流水线等方式优化了控制器的硬件结构和工作频率,并详细讨论了基于同步旋转坐标变换、无限冲击响应(ⅡR)低通滤波器、三相锁相环和滞环电流跟踪控制的结构设计与优化。全部控制算法在单片FPGA中用硬件描述语言VerilogHDL实现。样机实验结果表明系统的动静态性能都较好,满足高性能SAPF对控制器实时性和准确性的要求。

单相二极管箝位三电平级联整流器的研究

为了解决级联整流器的输出电压均压问题,改进了一种基于比例积分(Proportional Integral,PI)控制器的直流电压均衡方法,并将其应用于单相二极管箝位三电平级联整流器中.以三模块级联整流器为例,利用Matlab/Simulink进行了系统仿真,同时搭建了一套小功率实验平台并且实现了实验验证.仿真和实验结果表明:在采用改进的直流电压均衡控制算法下,可以有效地实现直流侧电压稳定,而且经改进的直流电压均衡控制算法更加简单,方便向更多级联模块扩展.

APF控制器的动静态性能分析

讨论了基于可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArrays,FPGA)实现的全数字控制器对并联型有源电力滤波器(ShuntActivePowerFilter,SAPF)的动静态性能的影响,着重分析了数字控制器的运算延时和响应时间。最后,给出了控制器对SAPF动静态性能影响的实验结果。实验结果与理论分析一致。

三相四线并联型无功补偿与有源滤波装置的研究

研究了三相四线并联型无功补偿与有源滤波装置的工作原理和控制方法,该装置利用同步旋转坐标变换方法分析系统电压和负载电流,生成实时指令电流,并控制电压源逆变器输出补偿电流,达到综合补偿电力系统的谐波、无功,并解决负载不对称运行等问题的目的。

同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析

针对电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题,讨论了采用Scott平衡变压器与综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电系统。提出IPFC直流侧电压PI均值前馈控制策略,可准确控制变压器副边电流幅值均衡,实现系统负序的完全补偿。为改善传统控制方法谐波含量高、直流侧电压波动大的不足,提出直流侧电流均值前馈控制策略。所提方法使系统具有良好的动态特性、稳定性及较小的稳态误差,且在牵引和再生制动工况下均适用。仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。

电气化铁路接触网在线防冰技术研究

接触网覆冰严重影响列车运行,造成停运和经济损失,接触网防冰除冰技术是保障铁路安全运营的关键技术之一。本文提出一种基于静止无功发生器(SVG)的电气化铁路接触网工频在线防融冰方案,用于在线高效防冰融冰,以防冰为主,融冰为辅,保障列车正常运行。通过环境温度检测、接触线温度检测、网压检测控制等手段,使设置在接触网末端的SVG自动控制防冰电流。与此同时,还可控制功率因数、接触网末端运行电压,增强牵引网供电能力。仿真证明该方案能够实现防冰、保功率因数和保障电压三大功能,并且具有良好的动态响应能力。

一种新型同相牵引供电系统均流性能研究

研究基于三相-单相变换器的同相牵引供电系统的均流性能。该系统可以完全取消牵引网电分相装置,在牵引网和电网间可以直接进行有功传递,极大改善了电能质量,是一种理想的同相牵引供电系统。建立了该系统的两变电所并网模型与牵引网阻抗模型,分析了系统环流特性和下垂特性,得出该系统具有下垂外特性,可以运用下垂控制实现多个变换器并联运行,并实现系统均流控制,在此基础上给出了该系统的并网控制方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。

前馈调节逆变电源

介绍了一种基于DSP控制的单相逆变电源设计方案,该方案采用SPWM调制方式。根据逆变电源的特性,采用逆变器直流侧电压作前馈补偿器,使调制深度保持在合适的值,从而使输出经LC低通滤波器滤波后,得到质量较高的正弦波电压。实验证明,该方案效果良好,成本低廉,运算简单,性能稳定可靠,具有良好的实用价值。