Influence of Phase Compensation Method on Magnetizing Inrush Identification

The effect of different phase compensation methods on second harmonic ratio of magnetizing inrush is investigated. The flux linkage expression of switching on an unload transformer is deduced and influence factors of inrush current are analyzed firstly. Then the difference of two kinds of phase compensation methods, from star to delta and from delta to star connection, is compared. The second harmonic ratio of symmetric inrush is analyzed specially. Using inrush waveform of a real transformer, second harmonic ratio of phase inrush and that of differential current under two kinds of phase compensation methods are calculated respectively. Furthermore, based on the calculation results, the effect of two kinds of phase compensation methods on the inrush current identification is proved. The analysis and calculation results show that the second harmonic ratio of symmetric inrush caused by phase compensation method, from star to delta, is not low. Moreover, the split-phase blocking scheme should not be adopted for differential protection of from delta to star compensation. Using the phase current without compensation to calculate the ratio of second harmonic is inadvisable too.

基于单相双旋转移相变压器的高速铁路系统负序补偿方法

针对高速铁路供电系统在高压电网引起的负序问题,该文参考旋转潮流控制器(RPFC)和静止无功补偿器(SVG)结构,提出一种基于单相双旋转移相变压器(S-DRPST)的新型负序补偿拓扑。首先,分析S-DRPST的工作原理并建立其稳态电压源模型。其次,在V/x牵引供电系统应用场景下,提出S-DRPST的负序电流补偿方法,即根据供电臂负载功率计算所需补偿电流表达式,进而得到两台S-DRPST输出电压幅值与相位,通过调节移相角大小实现电网侧电流的平衡。在此基础上,对单台S-DRPST移相角控制进行设计,补偿设备投入前利用柔性合环减小对牵引网的冲击,投入后采取移相角协调变速控制,使得移相角在接近设定值时降低转速,同时根据角度偏差协调转速控制,从而抑制输出电压振荡现象。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建牵引供电系统进行仿真验证,在合环场景下将S-DRPST柔性投入牵引网,仅a相供电臂带负载的情况下,电压不平衡度从4.81%降低到了0.05%,在计及供电臂制动状态时不同工况的不平衡电压均被控制在0.1%以下,在牵引负载快速连续变化下S-DRPST能及时响应补偿负序电流,结果表明S-DRPST在高速铁路供电系统中具有良好的负序补偿效果。

基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。

基于双旋转移相变压器的新型无功补偿器及其双环控制策略

随着出力具有随机波动性特征的分布式电源渗透率的不断攀升以及城市电缆化率的进程加速,有源配电网线路中无功过剩和过电压的现象日益明显,对动态无功补偿装置的经济性、可靠性和精准调控能力提出更高要求。在电流源型静止同步补偿器的基础上,该文结合双旋转移相变压器的连续调节特性,提出一种新型旋转式无功补偿器(novel rotary var compensator,NRVC)拓扑电路。通过构建NRVC稳态数学模型,深入分析得到NRVC补偿调控机理及其补偿容量约束关系。针对NRVC结构特点,提出基于瞬时无功理论的无功补偿控制策略,其中功率外环可对功率因数进行精确控制,电流内环加入限幅环节有效限流,提高装置运行可靠性。通过仿真及动模实验验证所提拓扑及其控制策略的有效性,结果验证了NRVC具备双向、连续调节补偿无功的能力,具有调节精度高、谐波畸变率低的优点。

基于旋转移相变压器的电压源型无功补偿器及其控制策略

由于以光伏、风电为代表的可再生能源的间歇性、随机性特征,当分布式电源高渗透率并入电网时往往导致供电线路有功、无功功率的波动,造成有源配电网潮流分布与控制复杂化,网损增加,频率和电压品质下降。为了改善这一状况,该文参考静止无功补偿器(STATCOM)的电压源型换流器(VSC)结构提出一种基于旋转移相变压器(RPST)的电压源型无功补偿器(VSVC)的新拓扑,分析VSVC在容性和感性两种典型工况下的工作原理;研究VSVC并联稳态数学模型,应用瞬时无功理论,提出一种包含功率外环控制和电流内环控制的双闭环控制策略,具有良好的鲁棒性和控制精度。最后,通过仿真和实验验证了该文所提拓扑结构以及控制策略的有效性,满足有源配电网无功补偿器的灵活配置,可实现无功功率的连续、双向调节,并具有易实现高电压、大容量化,以及成本低、易运维、抗冲击性强和耐受性好等优势。

用于多脉波整流的直线式移相变压器

在多脉波整流中,为了优化结构和改善电能品质,提出一种类似于直线电机的直线式移相变压器。不同于普通移相变压器,该移相变压器采用直线式铁心结构,易于绕组布置和大功率场合下的模块化叠加,电路结构更为简单。以3相/12相直线式移相变压器为例,阐述其在多脉波整流中的应用原理,解析气隙平移磁场;基于磁动势平衡理论,阐述消除网侧主要谐波电流的原理;开展有限元仿真分析和样机实验,证明直线式移相变压器能较好地改善输出直流电压和抑制网侧谐波电流,验证了直线式移相变压器的有效性。

用于多重化逆变的移相变压器

在多重化逆变中,需要移相变压器把多相逆变器输出的非正弦电压进行合成,使输出电压为接近正弦的多阶梯波形。为了改善结构和电气性能,该文提出了一种新型磁路结构的移相变压器,和普通移相整流变压器相比,新型变压器铁心为圆形结构,整体结构更为紧凑和对称,电路结构更为简单。针对双Y/Y绕组变压器,理论证明了5次、7次等主要低次谐波被消除,合成磁动势为一接近圆形的旋转矢量,并数值仿真分析了不同类型谐波电流所生成的磁场的性质。给出了由新型变压器构成的多重化逆变器的数学模型并对基本特性进行了仿真。最后,基于多重化逆变系统,实验验证了新型移相变压器的有效性,结合设计对主要性能进行了分析。

基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制

为了减小电网中非线性负载带来的谐波电流对电网质量的影响,针对基于H桥的有源滤波器装置中直流电容电压问题,提出一种新的控制方法。将控制模块分成模块均值电压控制器和直流母线电压控制器两个部分,通过调节每个H桥之间的有功功率交换和有源滤波器同电网间有功功率的交换来实现直流电容电压的平衡控制。利用该方法对八个单元H桥级联的并联型有源滤波装置进行Matlab/Simulink仿真,并基于FPGA+DSP实验平台搭建了三单元H桥级联样机。仿真和实验结果表明,基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制方法是有效和实用的。

多脉波整流技术综述

给出了多脉波整流系统的定义及分类;然后根据移相变压器的不同,系统地分析了12脉波、24脉波和36脉波整流系统的优缺点。分析了多脉波整流系统直流侧谐波抑制方法的研究现状。讨论了提高多脉波整流系统性能的方法,并分析了负载性质对这些方法的影响。对若干需要研究的问题进行了展望,特别分析了多脉波整流系统应用中的关键性问题。

基于平衡变压器的三相-单相对称供电条件研究及参数匹配

提出一种在平衡变压器三相变两相的基础上,根据移相原理匹配以无功补偿元件,实现三相系统对单相负荷平衡供电的三相–单相对称供电方式。该供电方式利用平衡变压器输出两相电压的正交特性,从而简化了匹配元件的计算;讨论了其三相–单相变换的拓扑结构,针对纯阻性、阻感性、阻容性3种不同性质的负荷提出了3种不同的接线方式及其匹配元件参数的计算公式;并对由匹配元件参数的误差和负荷在一定范围内变化所引起的三相侧电流负序分量增大情况进行了分析,给出了抑制此负序电流的一种解决办法;最后在一台2kVA的平衡变压器样机上验证了所推计算方法的正确性和实用性。

圆形变压器在24脉波整流系统中的应用

圆形变压器利用旋转磁场实现三相和多相之间的电能变换。以三相/十二相圆形变压器为对象,分析了其应用于24脉波整流的原理;基于磁动势平衡原理,对电网侧电流的谐波成分进行了理论研究;结合电磁设计需要,重点分析了定、转子槽齿相对位置以及气隙对电磁参数和运行性能的影响;开展了样机试验,证明了圆形变压器能明显改善输出直流电压和输入侧电流波形,并对圆形变压器在多脉波整流系统中的主要性能进行了初步评估。

基于瞬时无功理论和平衡变压器的牵引变电所电流平衡补偿方法

针对变电所平衡变压器的特点,结合三相瞬时无功检测理论,提出了一种针对平衡变压器的两相电流瞬时无功检测方法。该方法应用于牵引变电所二次侧两供电臂电流的动态综合补偿,使两臂电流达到平衡,以确保一次侧三相系统侧电流对称,同时可以抑制谐波和无功分量。尤其在两供电臂电流对称的情况下,该检测方法和有功分离检测法或FBD检测法相比,只需1/4个电源周期,极大加快了响应速度。其次提出了直流侧电压和两变流器电流的控制策略。仿真结果证明了该检测方法的正确性和实时性。

地铁24脉波整流器空载直流侧谐波特性分析

在分析城市轨道供电系统24脉波整流器的工作原理及理想情况下直流侧空载电压的谐波频谱构成的基础上,讨论电网电压不对称和交流电压存在移相误差等因素对整流器直流侧的影响,得到结论:电网电压的负序分量会在整流器的直流侧引入2次低频谐波电压分量,移相角度的误差则会带来12次谐波含量;并以仿真实验进行验证。结论可为直流接触网侧相关设备的滤波参数选择提供参考。

回馈式级联型变频器PWM整流控制及其谐波分析

研究了回馈式H桥级联型多电平变换器,利用移相变压器的二次侧漏抗代替PWM整流器的输入电抗器,采用比例积分加谐振(PIR)的调节方法,设计了电网电压定向控制的PWM整流器双闭环控制策略。同时,文中给出了H桥的功率单元拓扑结构、PWM整流器的数学模型及控制策略,对PIR调节器原理、功率单元及网侧电流谐波进行了分析阐述。通过实验,验证了移相变压器消除谐波的作用,以及控制策略对直流母线电压稳定的有效性,实验结果表明PWM整流器及其控制策略在电动机加速、减速过程中,表现出良好的四象限运行性能。

基于SSSC的改进型相间功率控制器

在研究了相间功率控制器(IPC)和静止同步串联补偿器(SSSC)的基本原理、工作特性的基础上,提出了一种以SSSC代替常规IPC中的移相器(PST)实现电感、电容支路的移相功能的改进型IPC。采用较典型的PI控制,通过改变参考电压值对SSSC中的电压源型变换器(VSC)进行控制,来改变线路的注入电压,达到快速连续改变IPC各支路的移相角的目的,从而灵活地控制联络线的有功功率、无功功率。与常规IPC相比能够在IPC两侧电压相位差较大时,较好地改善IPC的过电压问题。采用Matlab/Smulink仿真,验证了改进型IPC可以实现联络线潮流控制和改善过电压。

新型双18脉波整流器的拓扑结构特性

为了满足对电网谐波治理的要求,提出了一种新颖的双18脉波整流器拓扑结构。首先介绍了其工作原理,然后分析了相移变压器的功能以及消谐原理,推导出进线电源中电流的解析表达式,最后对这种新型的拓扑结构进行了仿真和实验研究。仿真和实验的结果表明,这种双18脉冲整流器不仅能实现36脉波整流的效果,使其满足IEEE Standard 519-1992标准的要求,而且该拓扑结构还可以消除由于制造等原因而造成相移角误差所引起的残留在单个相移变压器中的第5、7等低次谐波。该拓扑结构具有优良的工作性能和良好的工业应用前景。

电子式互感器相位补偿方法的研究和比较

电子式互感器的相位误差是影响互感器测量精度的重要因素,可以采用相位补偿方法对其加以校正。文章给出了电子式互感器的设计原理,分析了电子式互感器相位误差产生的原因,介绍了全通滤波器、短数据窗移相算法、傅里叶移相算法等相位补偿方法,研究了谐波对上述补偿方法的影响,在此基础上提出了改进的相位补偿方法:移点法和线性相位全通滤波法,并进行了实验测试。实验结果表明,互感器的角差满足0.2级测量精度要求,改进的相位补偿方法具有可行性。

基于超导储能系统的电网电压快速补偿算法

基于模块化超导储能系统,提出一种电网电压快速补偿算法。当补偿单相电压时,该算法以电网电压的基波为基准得到虚拟的另外两相电压,构成虚拟三相系统,通过dq变换检测凹陷,并与参考信号比较得到谐波和凹陷量。与传统电压控制算法相比,该算法省略了低通滤波环节,简单可靠,避免了补偿单相电压时构造三相系统带来的延时,缩短了系统响应时间。

基于多绕组变压器隔离型变换器的链式STATCOM研究

提出了一种新的STATCOM主电路拓扑结构,它由N个级联的多绕组变压器隔离型变换器构成,每个多绕组变压器隔离型变换器由1个多绕组变压器和M个变换器构成,每个多绕组变压器的M个副边绕组与M个变换器相连,M×N个变换器公用一个电容。所提结构由于同时避免了单个器件的串联和并联,从而有效地提高了装置的可靠性;采用载波移相的SPWM调制策略可同时优化输出电压和输出电流的谐波性能。所采用的多绕组变压器的副边绕组之间不需要错相位,错相位由变换器的控制器完成。给出了一种恒无功运行模式下的解耦控制方案。基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所提结构的良好性能和所提控制策略的有效性。

新型12相多重叠加逆变器的建模与仿真

基于圆形移相变压器的12相多重叠加逆变器的工作原理,分析了在12相方波电压输入情况下,圆形移相变压器中的磁动势将近似为圆形旋转磁动势,因此在三相输出绕组中将得到近似的三相对称正弦电压.文中建立了该逆变器的数学模型,推导了参数计算公式,给出了简单的调压策略,并用Matlab对12相多重叠加的逆变过程进行了仿真.仿真结果表明,这种新型的12相多重叠加逆变器可以有效地减小输出的谐波,改善逆变器的输出性能,同时可以方便地调节输出电压.