Novel Control Strategy for Multi-Level Active Power Filter without Phase-Locked-Loop

Active power filter (APF) using novel virtual line-flux-linkage oriented control strategy can not only realizes no phase-locked-loop (PLL) control, but also achieves a good inhibitory effect to interfere. However, there are some problems in the conventional method, such as the error of amplitude, the shift of phase angle and the non-determinacy of initial oriented angle. In this paper, two one-order low-pass filters are adopted instead of the pure integrator in the virtual line-flux-linkage observer, which can steady the phase and amplitude. Furthermore, an original scheme of harmonics detection under the rotating coordinate is advanced based on the simplified space vector pulse width modulation (SVPWM) strategy. Meanwhile, by using the new SVPWM algorithm, the voltage space vector diagram of the three-level inverter can be simplified and applied into that of two-level inverter, and this makes the control for Neutral Point potential easier.

基于高频注入法的SPMSM运行研究

建立高频信号激励下表贴式永磁同步电机(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)的数学模型,基于脉振高频注入法构建SPMSM矢量控制系统,采用龙贝格观测器进行转速与位置估计,提高位置估计精度,实现电机无位置传感器低速运行;采用锁相环并通过二次谐波检测实现转子磁极的初始位置估计,保证电机快速起动。在MatLab/Simulink平台上,对所提出的方法进行仿真。结果表明,该方法提高了电机低速运行时的控制精度。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

多功能并网逆变器及其在微电网中的应用

提出了一种能同时补偿无功、谐波和不平衡电流的多功能并网逆变器拓扑,并研究了其在微电网中的应用。同时,基于加权电流反馈的思想,给出了一种多功能并网逆变器的滞环电流控制策略。此外,基于同步旋转坐标系的无锁相环电流检测方法,给出了一种多功能并网逆变器参考电流的生成算法。最后,利用PSCAD/EMTDC验证了所提出方法的有效性和正确性。仿真结果表明,所提出多功能并网逆变器在改善微电网电能质量的同时,还能控制微电网与配电网之间的潮流,在必要时可为配电网提供一定的有功和无功支撑。

基于无源哈密尔顿系统理论的LC滤波并网逆变器控制

并网逆变器及其控制是分布式发电和微电网技术中的一个重要组成部分。建立了LC滤波并网逆变器的无源哈密尔顿系统数学模型,并在此基础上提出了一种新的控制策略,可以很好地满足电网对并网逆变器动态、静态性能和谐波抑制能力的要求。此外,还提出了一种基于同步旋转坐标系的无锁相环参考电流生成算法,可以克服传统锁相环锁相不准的不足。最后,利用电磁暂态综合分析程序PSCAD/EMTDC的仿真试验验证了所提方法的正确性和有效性。

无锁相环单相电路谐波及无功电流综合检测新方法

提出了新的无锁相环单相电路谐波及无功电流综合检测方法。该种方法不需要锁相环电路,只需要通过构造任意初相位的基频正余弦信号,再与负载电压和电流经过相关变换后,就能分离出电压的基波分量,以及电流的基波有功分量,从而最终检测出电路的谐波与无功综合电流。在电网电压无畸变和存在畸变两种情况下分别进行了仿真。仿真结果证实其能够实现电网在有源滤波器的作用下只提供负载基波有功分量的目的,且不受电网电压畸变影响。

基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法

新能源发电并网过程中,电网同步基准正弦信号检测是并网关键之一,特别是在电网不平衡、畸变、频率波动和频率偏移等复杂工况下,对电网同步基准正弦准确检测造成较大干扰。为此提出一种基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法。该方法通过预设同步旋转频率进行特定次频率分量正、负转换,然后运用Hilbert变换的幅相特性和一定的运算消除正序谐波分量、基波负序分量和负序谐波分量。所提方法能在复杂的工况下准确提取电网同步基准正弦信号,理论和实验验证了该方法的有效性和可行性。

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。

无锁相环电压全周期过零检测电路的仿真与设计

为了使静止型无功功率补偿器准确计算出系统非线性所需补偿的电流并进行实时补偿,分析了电压全周期过零检测电路的基本原理,给出了一种基于Protel 99SE仿真的无锁相环交流电压全周期过零检测电路,对所提出的电路进行了参数设计、仿真和实验,结果表明设计的无锁相环电压全周期过零检测电路的正确性和可行性。

弱电网条件下的有源电力滤波器无锁相环控制

分布式电源比重较高的弱电网系统电网阻抗较大,有源电力滤波器(APF)接入系统的公共连接点(PCC)电压通常会发生畸变、不平衡以及频偏。APF的传统控制策略中,锁相环在电压畸变、不平衡时存在检测误差,而改进的锁相环通常算法复杂且会引入额外的延时。基于虚拟坐标系推导出一种改进的控制策略。该控制策略不需要锁相环,且算法简单。仿真和实验结果显示,采用改进控制策略的APF在弱电网的PCC电压发生畸变、不平衡及频偏时,可以准确快速地进行补偿。

永磁同步电机角度软锁相环估算方法研究

分析了永磁同步电机无传感器控制的研究现状,设计一种电机角度软锁相环估算方法。在两相静止坐标系下建立永磁同步电机数学模型,获得包含电机角度和转速信息。通过对反电动势信息的积分、高通滤波及归一化处理,获得仅包含电机角度正余弦信息。借角度观测器理论,设计了软锁相环并确定了其关键参数,最终获得永磁同步电机电角度及同步转速。仿真分析及试验结果表明,此永磁同步电机角度软锁相环能够准确获得电机角度和转速信息,基于此方法的矢量控制系统稳定且动态特性好。

无锁相环直接功率控制下双馈风电与VSC-HVDC互联系统高频振荡抑制技术

随着风电和柔性高压直流输电的快速发展,风电大规模接入柔直输电的互联系统会面临宽频带的振荡问题。基于无锁相环直接功率控制的双馈风电系统可以去除锁相环,以降低锁相环带宽内的失稳风险,但其宽频带频率耦合特性会影响风电系统高频阻抗。针对无锁相环直接功率控制的双馈风电与电压源型高压直流输电系统(voltage source converterbased HVDC,VSC-HVDC)高频稳定性问题,首先根据相序阻抗模型分析控制延时对系统高频阻抗的影响规律;进一步地,基于VSC-HVDC阻抗模型和双馈风电场等效单输入单输出阻抗模型研究了互联系统高频谐振发生机理,并提出基于延时消除的双馈风电系统阻抗重塑方法,避免因延时引发的高频谐振。仿真验证了研究内容的正确性。

D-STATCOM的一种无锁相环补偿电流检测法

对于配电网静止同步补偿器(D-STATCOM),实时准确地检测出补偿电流直接决定着D-STATCOM的补偿性能。在ip-iq法的基础上,提出了一种无锁相环并适合于电网电压畸变且不对称情况的提取电网基波正序电压正余弦信息的方法,相对于传统ip-iq法在不增加延时的基础上,消除锁相环对补偿电流检测的影响,提高了对补偿电流检测的精度,进而改善了D-STATCOM的补偿性能。最后在Matlab/Simulink环境中搭建仿真模型,验证了该方法的正确性和优越性。

基于锁相环和虚拟电网磁链的三相并网逆变器

为了提高三相并网逆变器的可靠性、降低并网逆变器的成本,提出一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的动态数学模型,采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流双闭环控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。实验结果表明,三相并网逆变器输出电流正弦度良好,谐波含量小,同时有很好的动、静态特性,从而验证了该方案的可行性和正确性。

三相无锁相环单次谐波检测法

传统的单次谐波检测法存在计算精度过分依赖锁相环锁相性能的问题,当电网电压出现畸变时,锁相环就会得到错误的相位,为此提出了一种三相无锁相环单次谐波检测法.该方法通过数学分析得到电源电压的正序分量,进而得到正确的电压相位信息,代替并优化了锁相环的功能,并在原理分析的基础上验证了改进的单次谐波检测法在三相电压畸变情况下的可行性.利用PSCAD/EMTDC仿真平台,对三相无锁相环单次谐波检测法的检测精度进行了验证.在理论分析和仿真研究的基础上搭建了实验平台,实验结果进一步证明了该检测方法的可靠性.

一种牵引变电所无功和谐波补偿电流综合检测方法

针对电气化铁道存在的无功、负序等问题,结合通用瞬时无功功率理论,提出了一种基于平衡变压器的电源电压同步参考坐标矢量变换的变电所无功和谐波检测方法。该检测方法无需锁相环,计算方法简单,为潮流控制器实施变电所无功和负序综合治理提供了新的有效途径。最后分别从电源对称和畸变两种条件下进行了对比分析,仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于双重补偿相位检测方法在单相脉冲整流器中的应用

为解决传统锁相环方法存在的缺陷,有学者提出基于参考频率的无锁相环同步相位检测方法。但该方法存在着电压频率与参考频率不匹配时会产生相位偏移,频率波动时动态响应较慢等问题。为解决上述问题,该文提出一种双重补偿相位检测方法,该方法利用单相电网电压,无需锁相环便可获得与电网电压的同步信号。针对无锁相环中控制器给定参考频率与电网频率不匹配时,会造成电网相位检测产生相位偏移的情况,引入相位补偿策略;同时为了提高相位检测的动态响应,通过引入q轴电压闭环反馈,实时校准补偿信号。最后,通过建立单相脉冲整流器模型预测数学模型,实验对比了所提算法和未补偿前的无锁相环算法,证明了该算法的有效性和正确性。

应用于负序电流补偿的无锁相环并网逆变器控制策略

电网电压不平衡时,负序电流会严重影响并网逆变器输出电能的品质,电网信息的检测速度是影响负序电流补偿的主要因素之一。为此提出基于虚拟矢量的无锁相环控制策略。首先,分析了锁相环与无锁相环控制策略之间的区别。其次,通过引入延迟消除算法消除电网不平衡下所产生的二次谐波分量。最后,在固定频率旋转坐标系下通过双闭环控制对负序电流进行直接控制。实验结果表明,无锁相环控制策略不但抑制负序电流,而且省略了以往锁相环对电网电压的跟踪过程,从而在响应时间上更胜一筹。

基于自适应滑模观测器无位置传感器PMSM控制方法研究

针对无位置传感器永磁同步电机控制存在的转子位置与转速估计精度不高的问题,结合自适应算法设计了一种新型的自适应滑模观测器。滑模自身机制引起的系统抖振问题是影响电机转子位置与转速估计的最大因素。为了降抖减振,采用连续的sigmoid阈值函数代替sign符号函数;提出一个反电动势自适应估计环节代替传统的低通滤波器,提高反电动势估计精度;此外为了降低转子位置及其转速的估计误差,采用锁相环对其进行估计。最后,基于200W的PMSM搭建实验平台对上述改进算法进行验证。结果表明:电机转子位置与转速估计稳态误差分别为0.129 rad、79 r/min,能够实现无位置传感器PMSM高精度控制。

一种改进的方均根值谐波检测方法的研究

针对传统检测方法不能有效应用于电网畸变和频率波动的缺陷,提出了一种改进的无锁相环的方均根值谐波检测方法。该方法采用基波正序提取环节代替锁相环,得到与基波电压正序分量同步的信号,进而检测谐波分量。将其与传统ip-iq检测法相比,该方法响应速度快,且可以有效地工作在电网恶劣的情况下。仿真和实验结果表明,将其应用于APF的谐波检测环节,电网侧谐波的补偿达到了预期的效果。