基于RPC控制的光伏并网功率调节器及其控制策略

传统的三相光伏并网装置能够在输出光伏电能的同时实现综合补偿功能,但牵引供电系统是一种特殊的两相供电系统,造成其无法被直接应用。提出了一种基于铁路功率调节器(RPC)的光伏并网功率调节器及其控制策略,在实现光伏并网的同时对牵引供电系统进行无功、负序和谐波综合补偿。经DC/DC变换器升压和最大功率跟踪后的光伏电能汇流至RPC的直流电容;为保证光伏并网电流的平衡性,并保持RPC自身的综合补偿功能,对RPC的控制策略中参考信号的计算、直流电压的控制进行了改进。在Simulink仿真平台下搭建了仿真模型,对3种典型工况进行了仿真,验证了所提功率调节器和控制策略的有效性。

模块化多电平铁路功率调节器接入的机车混跑车网耦合系统稳定性分析

基于模块化多电平换流器的铁路功率调节器(modular multilevel converter-railway static power conditioner,MMCRPC)能够有效解决牵引供电系统存在的电能质量问题,但接入MMC-RPC对车网耦合系统低频稳定性的影响尚不明确。针对此问题,首先考虑频率耦合效应,基于多谐波线性化方法建立了CRH3型、CRH5型机车变流器及MMC-RPC的端口序导纳模型,并实现了不同控制策略、不同变流器负荷序导纳模型在单相静止坐标系的统一。其次,分别研究了MMC-RPC接入牵引网前后车网耦合系统的低频振荡现象。接着,根据主导相角裕度和灵敏度指标首次定量评估了MMC-RPC接入机车混跑系统工况下不同控制器参数对系统稳定性的影响,并提出相应调参准则以提升系统稳定性。最后基于Matlab/Simulink仿真和硬件在环半实物实时仿真验证了对系统稳定性分析结果的正确性。

新型混合式功率调节器的设计与实现

目前常用的蓄电池通常存在着输出控制电路结构复杂、元器件较多、成本较高、稳定性较差等诸多问题,制约了蓄电池的应用范围。针对以上问题,提出一种新型混合式功率调节器设计与实现方法。该装置通过调节结构中的可变电阻器R上中间的弹簧铜片与电刷的接触位置来调节微型直流电机的旋转速度,进而控制直流电源的对外输出功率。实验结果表明,微型直流电机的旋转速度越快,直流电源可以对外输出的功率越大,反之,直流电源对外输出功率会越小,且该装置功能可靠、运行稳定。该新型混合式功率调节器还可以作为交流电机启动器和变频器使用。

一种基于储能型铁路功率调节器的再生制动能量控制策略研究

针对某长大坡道线路牵引负荷实测数据,首先分析了牵引负荷具有峰值功率高、波动性强、工况之间交替频繁且再生制动能量丰富的特点,并且基于储能型铁路功率调节器,提出一种再生制动能量控制策略。然后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,根据仿真结果分析系统各工况下的能量转移特性,验证该能量控制策略的可行性,在储能系统削峰填谷的同时,对牵引供电系统出现的功率因数低、三相不平衡等电能质量问题也起到治理的效果,具有良好的应用前景和经济价值。

具有无功功率补偿和谐波抑制的光伏并网功率调节器控制研究

提出一种将有源滤波和无功功率补偿与光伏并网发电相结合的新型光伏并网功率调节系统。利用瞬态无功功率理论中的瞬时无功和谐波电流检测原理,采用电流矢量控制技术,以DSP数字信号处理器为基础,在30KVA光伏并网功率调节器样机中成功地实现了有源滤波、无功功率补偿和光伏并网发电三者的统一控制,使光伏并网功率调节器在向电网提供有功能量的同时也提供无功负载所需的无功能量,从而节省了设备投资,同时也改善了电网的供电质量。

多功能柔性功率调节器运行特性的仿真研究

多功能柔性功率调节器是一种用于提高电力系统稳定性的新型FACTS装置,可同时双向大范围快速调节有功功率和无功功率。该文建立了柔性功率调节器的数学模型,提出了相应的励磁控制策略。根据所建立的模型和控制策略,以即将研制的柔性功率调节器实验室样机为对象,在MATLAB/SIMULINK环境建立了该柔性功率调节器的仿真系统,并进行了详细的全时域数字仿真研究。研究结果表明,柔性功率调节器具有很好的功率调节特性和良好的动态响应能力,为实现提高电力系统稳定性创造了条件。

V/V牵引供电系统中铁路功率调节器的控制方法研究

针对电气化铁路高负序含量、谐波污染等电能质量问题,讨论一种能够进行负序与谐波综合补偿的铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)。为了提高RPC的控制性能与效果,构建RPC的电流内环基于重复预测的无差拍控制和电压外环的复合准PI控制的双环控制策略,实现了对参考电流信号的快速、平滑跟踪和直流侧电压的平稳控制。考虑到系统模型参数的扰动性与波动性,通过采用基于遗忘因子的递推最小二乘算法来动态辨识系统参数,增强控制系统的适应性。最后进行仿真和实验验证,结果证实了所提方法的正确性。

利用柔性功率调节器抑制电力系统功率振荡

基于飞轮储能的柔性功率调节器(FPC)是一种以储能原理为基础的新型FACTS装置。FPC能够快速与电力系统进行动态功率交换,改变系统的电气阻尼,从而抑制电力系统的功率振荡,增强电力系统的稳定性。本文基于含一台FPC的单机无穷大系统模型,分析了FPC阻尼功率振荡的机理,提出了其功率控制器的控制策略。根据所建立的模型和控制策略,在EMTDC/PSCAD环境建立了该系统的仿真平台,进行了详细的全时域数字仿真研究。并通过研制一台10kW的FPC样机进行电力系统动态模拟实验研究。研究结果表明,FPC改善了系统的阻尼特性,增强了系统抑制电力系统功率振荡的能力。

多功能柔性功率调节器控制技术

多功能柔性功率调节器具有储能、发电、调相等多种功能,在提高电力系统稳定性和改善电能质量等方面具有良好的应用前景,其储能电机采用带大转动惯量的双馈电机。该文建立了多功能柔性功率调节器(flexiblepowerconditioner,FPC)中的双馈电机数学模型;结合FPC装置的功能目标及运行特点,提出并分析了双馈电机的储能、发电、调相、限速度和浮充电等5种运行状态,提出将功率控制和速度控制2种控制模式下的基于定子磁链定向的矢量控制策略作为双馈电机励磁控制策略。对FPC装置多项功能的实现及各种运行状态之间的动态转换控制技术,在小容量实验系统上进行了实验研究。实验表明该双馈电机系统能完成储能、发电和调相等多项功能,功率控制模式和速度控制模式切换平滑,系统具有良好的动、静态性能。

一种基于超级电容储能系统的新型铁路功率调节器

在采用铁路功率调节器解决电气化铁路电能质量问题时,为了提高再生制动能量的利用率,提出一种由铁路功率调节器和超级电容储能系统构成的新型储能式铁路功率调节器。该系统不仅能实现两供电臂能量双向流通,还能通过铁路功率调节器和储能系统的协调控制,提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能。首先分析系统工作原理,构建再生制动工况下的等效电路,推导再生制动能量利用率表达式;然后分析该系统能够提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能的原因;最后搭建仿真模型和实验平台,多种工况下的实验结果表明了所提新型补偿系统的正确性及有效性。

双星型多电平铁路功率调节器及其控制方法

电气化铁路向高速、大功率发展的同时,给牵引电网带来不容忽视的电能质量问题。为实现牵引电力系统三相电流的平衡,研究一种高压大容量的双星型多电平铁路功率调节器。该调节器采用模块化高压级联结构,由4个H桥链节及输出滤波电感组成,可直接挂接于27.5 kV电压等级,能用于多种类型牵引供电系统的功率调节,尤其适用于斯科特(Scott)同相供电牵引系统的功率转移和补偿。在分析该新型铁路功率调节装置拓扑结构、等效模型以及功率平衡的基础上,提出以调节器电压平衡为目标的分层控制策略,以保证系统的安全稳定运行。最后通过仿真和实验验证了所提补偿装置和控制方法的有效性。

基于模块化多电平的铁路功率调节器直接功率控制策略

为解决铁路供电负序问题,同时兼顾无功补偿与谐波治理,由2个单相模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)背靠背连接构造铁路功率调节器(MMC-RPC),并直接接入牵引网。较传统RPC而言,取消了降压变压器,提高了直流电压,减小了直流端电流。针对铁路供电,分析单相系统的电压与功率间的数学模型,设计了一种无需系统角频率和电感参数的直接功率控制策略(direct power control,DPC)。以V/v牵引变为例,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。

储能调相功率调制系统柔性功率调节器

针对目前电力系统故障时只能被动防御的局面,提出了一种新型FACTS装置,即储能调相功率调制系统,它将飞轮储能技术和传统的同步调相技术有机地结合起来,同时采用交流励磁、变速恒频和矢量控制等先进控制技术,使之具有储能、发电和调相等多种功能,将其用于电力系统的稳定性控制,使主动致稳成为可能。文中详细论述了该FACTS装置的核心部件——柔性功率调节器的控制策略和实现方法,并对系统实现所遇到的几个关键问题进行了深入分析。初步的研究结果表明,该装置可实现有功功率和无功功率同时四象限大范围的快速调节,使电力系统的稳定性增强成为可能。

基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略设计

为综合解决牵引供电系统电能质量问题,并提高电力机车再生制动能量利用率,在铁路功率调节器中增加超级电容储能系统,提出一种基于超级电容储能的新型铁路功率调节器。为进一步提高该拓扑结构的再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,并有效控制超级电容的充放电,从而减少系统损耗,深入研究超级电容与铁路功率调节器之间的功率转移特征,通过构建两种控制方式的等效电路,对比分析两种控制方式精度问题和超级电容放电失控问题,进而提出基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略。仿真结果证明了所提协调控制策略的正确性及有效性。

柔性功率调节器用变换器故障状态运行特性分析

双PWM变换器是柔性功率调节器(FPC)的一个重要组成部分,由于FPC需要在电力系统发生扰动和故障的情况下运行,因此研究变换器在电网异常情况下的运行特性非常必要。该文分析PWM变换器可能出现的各种运行状态,确定变换器参数选择的参考依据,并讨论电网电压跌落对变换器运行的影响。同时以最严重的电网三相短路故障为例,分析中间直流电容电压失控问题和FPC转子过电流问题,并提出一种简单有效的解决方法。仿真结果表明该方法具有良好的效果,能保证电力系统故障时FPC的正常运行。

考虑供电臂电压波动的铁路功率调节器多目标优化设计

在采用铁路功率调节器(RPC)解决牵引供电系统电能质量问题时,RPC补偿电流会在一定程度上加剧两供电臂的电压波动,从而可能引起牵引网欠电压或过电压问题。在保证RPC综合治理效果的前提下,为了既能有效减少RPC补偿容量,又能尽量缓解两供电臂电压波动,本文以供电臂电压波动度和RPC补偿容量作为优化目标,提出一种RPC多目标优化设计方法。本文分析RPC补偿电流加剧两供电臂电压波动的原因,引入供电臂电压波动度指标,建立RPC多目标优化数学模型,并采用粒子群多目标优化算法求解。算例分析和实验验证了该方法可有效减小系统两供电臂电压波动并减少RPC补偿容量。

一种铁路功率调节器的改进单周控制方法

为了治理高速铁路机车引起的电能质量问题,维持一个清洁安全的电网,文中讨论了一种先进的铁路功率调节器。针对高速铁路机车的随机性和快速性,提出了一种基于等效负载电阻电压前馈控制的改进单周控制方法。通过等效负载电阻电压前馈控制的方法,可以实时跟踪机车负载的变化,能有效提高控制系统动态响应性能。通过单周控制对直流侧电压进行闭环比例—积分控制,可以稳定直流侧电压,以保证铁路功率调节器的正常、可靠工作。为了克服死区时间对单周控制补偿精度的影响,采用一种死区补偿方法对死区进行了有效补偿。最后,通过仿真和实验验证了所提出控制方法的正确性,有效地改善了牵引供电网的电能质量水平。

一种新颖的铁路静止功率调节器双环控制方法

为治理由电力机车而引起的牵引供电系统的负序、谐波等电能质量问题,研究了一种先进的铁路静止功率调节器,同时为了改善功率调节器的治理效果与控制性能,本文构建了一种新颖的电压电流双环控制框图。考虑到内环电流跟踪的重要性,提出了一种基于递推积分的双滞环复合控制方法,有机结合了两种控制方法的特性,实现了两种控制方法的优缺点互补,提高了电流跟踪的速度和精度。为了稳定直流侧电压以保证调节器的正常稳定工作,根据功率调节器的结构和能量平衡原理,提出了一种直流侧电压的复合准PI控制方法,从而实现了对电压的平滑、稳定控制。最后,通过仿真和实验验证了本文所提出的控制方法的正确性,有效地改善了牵引网的电能质量问题。

基于V/V接线变压器的铁路功率调节器容量配置和能量优化补偿策略

针对高速铁路牵引供电系统的谐波、负序问题,提出一种采用铁路功率调节器(RPC)补偿装置的能量优化补偿策略。研究了优化补偿情况下RPC装置谐波和负序电流补偿量的检测方法。针对RPC的补偿能量,对RPC进行最优稳态功率分析,提出了3个补偿指标:有功补偿度γ、无功补偿角度φ、谐波补偿度ψ。采用粒子群优化(PSO)算法计算RPC最小补偿能量下所需的γ、φ和ψ,通过对γ、φ、ψ的控制实现RPC的最优能量控制。采用能量优化补偿方法对RPC进行容量配置,并针对补偿的实时性要求,提出了一种工程应用方法。仿真结果表明,所提出的能量优化补偿策略可以减小RPC的补偿容量,提高了补偿装置的经济性。

V/v变压器铁路功率调节器的复合控制策略研究

铁路功率调节器(RPC)可综合解决电气化铁路负序、无功、谐波等电能质量问题,为了提高RPC的控制性能和效果,提出一种复合控制策略。针对直流侧电压过渡阶段超调大、响应速度慢的问题,采用复合比例积分(PI)控制进行调节;针对交流侧补偿电流稳态跟踪误差大的问题,采用复合控制进行调节。仿真和实验结果表明,提出的控制策略可明显改善RPC性能,具有较好的推广和应用前景。