海上风电中频汇集不控整流系统谐波抑制

目前,深远海上风电换流站采用不控整流器的直流送出方案极大地提高了送出系统的可靠性和经济性。然而,不控整流器会产生大量谐波进而降低风电汇集系统输电能力。针对上述问题,这里提出一种改进电压控制策略,即在风机网侧变换器传统控制策略基础上增加抑制谐波电流的附加控制环,实现对谐波电流的主动抑制。此外,这里分析了谐波电流对变压器和换流器的功率损耗,通过抑制谐波电流进而减小功率损耗,提高输电能力。最后,通过仿真计算和实验验证,证实了改进电压控制策略的正确性和有效性。

直流母线小电容永磁同步电机驱动系统网侧电流谐波抑制策略

直流母线采用小电容永磁同步电机驱动系统具有降低成本和延长运行寿命的优势。但在系统运行时网侧电流中存在大量的谐波,这将会影响网侧电流质量。为了改善小电容永磁同步电机(PMSM)驱动系统的网侧电能质量,该文提出一种基于阻抗重塑的有源阻尼控制方法,以抑制网侧电流谐波。通过对驱动系统进行建模,分析影响网侧电流谐波的因素,建立母线电流与网侧电流的数学关系。采用有源阻尼控制方法,提取母线电压谐波信号,以最优电压补偿的方式构建反馈回路,重塑驱动系统的特定频率处的等效阻抗,以实现网侧电流谐波的改善。同时,为了抑制电压补偿模块对电流内环扰动的影响,设计电流环级联双频陷波器,并通过系统极点图进行了稳定性分析。仿真结果和实验分析验证了所提控制方法的有效性。

计及网侧变流器的双馈感应发电机稳态短路电流实用计算方法研究

双馈感应发电机组(DFIG)的大规模并网使得电网的故障特征发生变化,进而影响了继电保护装置的动作特性评估,故研究DFIG的低电压穿越(LVRT)特性有重要意义。然而目前的研究尚未全面考虑最新风机并网要求、实际LVRT控制策略以及网侧变流器(GSC)3大因素对DFIG稳态短路电流的影响。基于主流厂家DFIG的LVRT控制策略以及我国最新风机并网要求,分别建立了LVRT期间定子和GSC的稳态模型,提出了DFIG稳态短路电流的实用计算方法。并进一步在RTLAB上搭建了含DFIG实际控制器的半实物仿真平台,验证了实用计算方法对于短路电流有效值的计算误差小于3%,短路电流相角的计算误差小于2.5%。本文的研究成果对DFIG接入系统的继电保护整定等方向有重要意义。

基于滑模控制的直驱风电场次同步振荡抑制策略

当直驱风电场(DDWF)并入弱交流系统中发生次同步振荡(SSO)时,网侧变流器(GSC)电流内环的PI控制器会放大DDWF并网电流中所含的次同步电流分量,进而形成由交流系统、GSC及其控制系统构成的次同步电流助增正反馈回路,最终导致系统SSO失稳。针对这一问题,该文提出一种基于GSC电流内环滑模控制(SMC)的直驱风电场SSO抑制策略。首先,建立DDWF并入弱交流系统的动态模型,推导由PI控制器主导的DDWF并入弱交流系统SSO的形成机理。然后,为了切断系统的次同步电流助增正反馈回路,设计基于指数趋近律的SMC控制器,并以SMC控制器替换原GSC电流内环中的PI控制器,通过理论推导证明GSC电流内环SMC控制器能有效抑制系统SSO。最后,在PSCAD/EMTDC中,以DDWF并入弱交流系统作为算例,验证所提SSO抑制策略的有效性。

直流电网直流短路故障电流计算方法研究进展

柔性直流电网直流侧短路故障传播机理研究是保护控制与故障清除的基础。针对不断涌现的短路电流计算方法,基于其特殊性及技术要求,首先从关键设备建模的角度,分别对比了采用不同换流器模型、不同线路模型、不同故障类型建模、含限流装置的模型、附加控制模型时计算方法的特点。然后,从状态方程列写及求解的角度,将现有方法分为全网等值求解类、方程近似求解类和仿真预测类,对比各类方法的等值与简化求解过程,指出其优缺点。进一步地,在PSCAD/EMTDC中分别搭建不同直流电网模型,从精度与速度、复杂电网适性三个维度对典型方法进行详尽对比,并总结了多种方法的适用场景。最后,根据未来复杂直流电网多节点、高耦合的特点,建议该领域围绕故障特性的高效解析和计算平台研发这两个方向展开研究。

抑制谐波谐振的并网逆变器机侧电流反馈的CVFAD设计方法

LCL型并网逆变器机侧电流反馈控制较并网电流反馈控制具有更高的稳定性。但受数字控制延时的影响,系统的稳定性取决于谐振频率与采样频率的比值。且谐振频率附近存在一个谐波放大频域,在弱电网工况下易引发谐波谐振现象。而传统机侧电流反馈的双环控制方法受带宽限制,无法达到理想的稳定分界频率。针对该问题,提出一种电容电压有源阻尼的新型控制方法。该方法采用电容电压反馈内环提升系统阻尼效果,通过附加电容电压反馈回路使得系统开环零点重新配置,达到消除反向谐振峰的目的。理论分析表明,所提方法拓宽了系统稳定区间,不仅消除了谐波放大频域,且在电网阻抗宽范围变化时,系统始终具有较高的鲁棒性和控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

不平衡下电流源型PWM整流器无网侧电流传感器功率反馈控制策略

三相脉宽调制电流源型整流器在电网电压不平衡时,传统直接功率控制会导致功率脉动、直流侧输出低频波动和网侧电流畸变严重等问题,影响整流器性能。针对上述问题,提出一种无需采集网侧电流的改进型直接功率反馈控制策略,使得整流器在理想电网和不平衡电网下都能够获得良好性能。首先建立电流源型整流器在电网电压不平衡时的数学模型,推导出直流侧输出电流与网侧电流的关系表达式,然后在有功控制环中增加反馈控制直接抑制低频脉动,同时在调制环节中引入陷波器,以此减小网侧电流谐波。最后通过Matlab/Simulink仿真和试验样机测试,比较两种功率控制方案,验证了所提改进控制策略的正确性和优越性。

计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型

当含双馈感应发电机(DFIG)的交流电网发生故障时,DFIG输出特性的精确性将影响到整个故障网络计算结果的准确性。首先,从DFIG的不同电压跌落出发,详细推导了撬棒保护投入、转子侧变流器(RSC)励磁控制和外环控制下DFIG定子侧输出电流的计算公式。接着,考虑网侧变流器(GSC)的馈出电流,推导了GSC和RSC在不同控制策略下DFIG的输出电流表达式,进而提出了计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型。最后,在MATLAB/Simulink平台中进行了DFIG并入无穷大系统和典型电网仿真来验证该精细化模型的准确性。仿真结果表明,所提精细化模型理论计算值与仿真值误差较小;与现有模型相比,该模型在应用于电网故障计算时具有更高的准确性。

交流传动系统网侧电流信号异常实时诊断与容错控制

目前,交流传动机车在现场运用中经常出现因网侧电流信号异常而误报牵引系统网侧接地故障的现象,其会致使机车执行保护动作甚至导致机破。为解决此问题,文章提出一种基于多工况非线性模型的网侧电流信号异常实时诊断方法。首先,其基于系统机理和工程设计经验,提取与网侧电流强相关的变量,建立网侧电流的多工况非线性估计模型;其次,基于牵引传动系统两个互为冗余的网侧电流信号并结合网侧电流估计值,设计残差及检测统计量,并结合CUSUM算法实现针对两路网侧电流信号异常的有效故障检测与决策;最后,根据故障决策结果采用不同的容错控制策略,保证系统正常的控制与保护功能。现场数据测试结果表明,该算法在异常发生0.3 s后,实现了网侧异常的及时检测与精准定位,规避了现场因网侧信号异常导致的故障影响。

低开关频率下并网变换器的控制及稳定性分析

分析LCL型并网变换器网侧电流反馈控制和变换器侧电流反馈控制阻尼系统的稳定性。从主导极点的角度分析低开关频率下2个共轭复根的位置决定了根轨迹的走向,进而影响系统的稳定。已有的有源阻尼方法都是各自独立提出的,缺乏系统的研究以便于提出新的有源阻尼控制方法,通过对并网变换器稳定控制的分析可得到阻尼控制方法的本质。数字延时本质上是一种串联校正,揭示了延时改变系统相位特性。数字延时的相位滞后在某些情况下有利于系统稳定,但这取决于测量反馈量的传感器位置和谐振频率。该文在离散域下对电流控制器参数进行设计,从工程实用的角度给出快速确定控制器参数的方法。最后通过仿真和试验验证理论分析的正确性。

不平衡电网下Y型模块化多电平换流器电流的Lyapunov控制策略研究

Y型模块化多电平换流器(Y-typemodularmultilevel converter,Y-MMC)为一种能在大功率、高压场景下实现交交变换的结构,该结构制造成本低,在海上风电领域具有良好前景。当Y-MMC在传输中受不平衡故障的干扰时,输电质量下降,特别是采用传统PI控制这类线性控制方法时存在抗干扰能力弱、响应慢、精确度低及其PI参数动态整定困难等问题,为了提高实际应用中非理想条件下Y-MMC的鲁棒性、快速性、精确性和适应性,该文提出了不平衡工况下Y-MMC低频侧、工频侧电流的Lyapunov非线性控制策略。首先,分析Y-MMC电路结构,推导出其解耦模型;然后,对电压、电流进行正负序分离,设计Y-MMC的正、负序Lyapunov控制的数学表达式;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真分析,并把该文所提的Lyapunov控制与常规的PI控制相比较,验证了该文所提Lyapunov非线性控制方法用于不平衡工况下Y-MMC控制的可行性和优越性。

采用网侧电流闭环控制的电能质量综合补偿方法

在各次谐波对应的同步旋转坐标系下,采用比例积分(proportion integration,PI)调节器对网侧各次谐波电流进行分次闭环控制,以有效消除采样精度、控制延时、脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)死区等对补偿效果造成的影响,实现无静差补偿;在此基础上,针对负载中包含并联电容器时有源电力滤波器的稳定性问题,采用等效系统的方法进行了分析,并基于分次闭环控制提出了简单易行解决方案。数字仿真和物理试验验证了所提控制方法的的有效性。

LCL型并网逆变器数字单环控制延时影响与稳定域分析设计

数字控制可靠性高、控制灵活,但存在数字延时,改变了系统稳定性。在考虑计算、采样等数字延时情况下,采用直接数字法,建立LCL型并网逆变器离散精确数学模型,在连续域和离散域下,对网侧电流单环控制稳定性进行对比分析,说明数字延时改变对系统稳定性的影响,基于此在网侧电流单环反馈控制中设置数字延时为滞后一拍,主要分析滞后一拍情况下采样频率和谐振频率之比对稳定性的影响,得出其稳定的范围,同时对控制器参数进行了设计。仿真和实验证明了所提方法的正确性和有效性。

PWM整流器轻载条件下网侧电流谐波分析与抑制

PWM整流器在轻载时网侧电流总谐波畸变率通常较高。针对这一现象,详细分析其网侧电流谐波的产生机理,指出死区效应、驱动信号谐波和电网电压谐波是导致网侧电流畸变的主要因素,并给出相应的谐波计算方法。针对网侧电流谐波成因复杂、很难准确补偿的特点,提出一种抑制网侧电流谐波的自适应余弦内模控制方法,有效抑制了5、7、11、13、17、19等特征次谐波,并使其对系统稳定性的影响得到有效降低。实验结果验证了理论分析的正确性和控制方法的有效性。

35kV直挂式角接链式STATCOM控制策略

在大型电弧炉的补偿应用中,为了应对电网电压不对称的应用条件,提出一种35 k V直挂式角接链式STATCOM网侧电流闭环综合补偿控制策略。该策略将经典电纳平衡补偿和网侧电流闭环控制相结合,使得链式STATCOM装置可以在电网电压不对称条件下对电弧炉负载进行无功、谐波和负序的综合补偿。经35 k V/±40 MVA STATCOM装置实际运行,结果表明:STATCOM装置能够在保持快速的动态响应的同时,实现良好的稳态补偿效果,并能抵御电网电压不平衡造成的影响。

永磁电机无电解电容驱动系统网侧电流谐波抑制策略

无电解电容驱动方式可以延长永磁电机系统运行寿命、降低系统体积。为了提升无电解电容电机驱动系统网侧电能质量,提出一种阻抗重塑的网侧电流谐波抑制方法。通过对无电解电容驱动系统频域特性建模分析,阐明网侧LC谐振对驱动系统导纳的影响,揭示网侧电流谐波畸变与母线电感电流的内在关系。在此基础上,提出一种驱动系统有源阻尼控制方法,通过提取母线电压谐波特征信号,构建反馈控制回路,重塑驱动系统等效阻抗。研究控制方法的优化实现方式,获取有源阻尼电压信号,从而抑制特定频率网侧电流谐波。在5.5kW无电解电容永磁电机驱动平台上验证了所提出控制方法的有效性。

LCL滤波的风力发电网侧变流器不同控制结构下的性能研究

风力发电系统中LCL滤波器的电网侧电流反馈和变流器侧电流反馈都可用作电流闭环控制,但不同的电流反馈控制结构会对变流器产生不同的影响。分别在理想电网无阻尼电阻、非理想电网无阻尼电阻和理想电网有阻尼电阻3种情况下对风力发电网侧变流器进行了分析。建立了电网电压定向的同步旋转dq坐标系下的风力发电网侧变流器数学控制模型,其中PI控制器被用于补偿被控电流的误差。根据推导出的不同电流控制结构下的闭环传递函数,对其进行了根轨迹分析。通过分析及仿真发现变流器侧电流反馈控制结构相对于电网侧电流反馈控制结构控制算法较复杂,但是系统稳定性好,电网电流的谐波畸变率较低,而电网侧电流反馈控制结构尽管抗电网扰动性较强,但调节器参数受到很大限制,系统动态响应速度较慢,稳态精度较低。

并联有源电力滤波器两种谐波检测方法的研究

介绍了ip-iq法和网侧电流法两种谐波电流检测方法的有源电力滤波器,对比传统有源电力滤波器ip-iq谐波检测方法的复杂性,提出了网侧电流检测法。此种方法不仅省去了传统有源滤波器谐波检测单元而且更为简单实用,并在Matlab/Simulink环境下,对两种谐波检测方式的有源电力滤波器进行了仿真分析比较,证明了网侧电流检测法的有效性和优越性。

双PWM交流调速系统耦合调制建模及其注入电网间谐波电流特性分析

双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)交直交调速系统注入配电网的间谐波电流会引起配电网电压闪变,影响电网稳定运行。论文首先研究间谐波与基波耦合调制造成的频谱畸变及有效值波动规律。其次,以基于Bessel函数的时序开关函数,建立双PWM交流调速系统注入电网的间谐波电流数学模型。模型纳入电机工况变化及负载转矩的波动,精确得出双PWM系统注入电网电流中不同耦合调制项的数学表达式。通过仿真分析注入电网电流的频谱特征,及引起电网电压有效值波动的规律。最后,将研究结论与上海洋山深水港区配电网的实验数据相验证,证明数学模型及结论的正确性和有效性。

风电并网用全功率变流器谐波电流抑制研究

电网低次谐波电压和电力电子器件的非线性将使得风电并网变流器产生较重的并网谐波电流,为改善风电并网用全功率变流器系统的输出电能质量,在详细分析网侧变换器的谐波数学模型的基础上,提出一种抑制并网低次(5、7、11、13次)谐波电流分量的交叉耦合控制策略。该控制策略通过在多同步旋转坐标系下检测各次并网谐波电流的直流分量,采用电流交叉耦合控制方式实现对各次谐波电流的准确控制,详细分析并设计谐波电流交叉耦合控制器。所提控制方案考虑了各次谐波电流回路的交叉耦合影响,可有效降低各次谐波电流以及基波电流之间的相互影响作用,有利于提高系统工作的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制方案的正确性和可行性。