弓网离线接触电流总谐波畸变率的实验研究

受电弓与接触网(弓网)是电气化铁路中牵引供电系统的重要组成部分,弓网系统在运行过程中会发生离线现象,弓网离线会带来严重的电磁噪声问题。利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线状态下接触电流的频域特性。采用接触电流总谐波畸变率来表征弓网离线的传导电磁噪声特性,获得了接触电流总谐波畸变率与回流电流、接触压力和滑动速度之间的变化关系,建立了有效的接触电流总谐波畸变率数学模型,为深入研究弓网离线传导电磁噪声提供了实验依据和理论基础。

逆变电路电压总谐波畸变率的仿真分析

采用正弦脉宽调制(SPWM)的逆变电路的输出电压为一系列等幅不等宽的矩形脉冲,并非理想的正弦波。为了分析这种逆变电路的谐波特性,推导了SPWM波形的傅里叶级数展开式,并利用MATLAB软件对正弦脉宽调制逆变电路输出电压的波形进行了仿真分析,观察改变调制度和载波比对于输出电压总谐波畸变率的影响。仿真结果表明,保持载波比不变时,电压总谐波畸变率与调制度成反比;而在保持调制度不变时,改变载波比,电压总谐波畸变率基本上保持不变。

基于振动频谱分析和总谐波畸变率的电力变压器故障诊断方法研究

利用振动法对电力变压器进行监测是国内外研究的热点。目前,人们常采用振动信号的基频幅值作为诊断变压器特征指标,而变电站现场基频幅值受多种因素影响,这种状况导致了振动法较少应用于变电站现场。该文对实验室和变电站变压器振动信号进行频谱分析,采用总谐波畸变率作为特征指标诊断变压器运行状态。实验结果表明,空载时铁芯和箱体振动信号基频幅值与电压平方近似呈线性,短路时绕组和箱体振动信号基频幅值与电流平方近似呈线性。绕组变形和铁芯松动时,基频幅值和谐波含量显著增加。变压器运行年限越长,总谐波畸变率越大,当总谐波畸变率超过20时,变压器存在绕组或铁芯故障。

主动频率偏移法中减小总谐波畸变率的方法

在光伏并网发电系统中孤岛检测对电网安全起着重要作用,而各种常见的主动式和被动式孤岛检测方法也是种类繁多,各有优点和缺点。其中衡量孤岛检测方法优劣的一个重要的指标就是总谐波畸变率(THD),为了降低总谐波畸变率对电网造成的危害,此文对主动式孤岛检测方法进行分析研究和仿真验证,提出了几种减小总谐波畸变率的方法,并通过对仿真结果的对比,证明改进方法降低了总谐波畸变率,从而对并网电流质量的提高和居民用电安全性的改善提供了可靠的依据和途径。

考虑寿命和畸变率的极低频功率放大器开关频率优化控制策略

开关功率放大器在民用和军事中都有着广泛的应用,如电动振动试验台、通信系统和声纳探测等重要领域。文中针对应用于极低频电磁波通信的开关功率放大器,提出基于改进粒子群算法的最优开关频率控制策略,通过该方法可以在满足一定输出电压畸变率的同时,降低极低频工况的功率器件热摆幅,延长开关功率放大器的寿命。首先分析开关功率放大器的热应力控制自由度。然后对影响设备寿命长短的重要因素——热摆幅和表征输出效果的指标——谐波畸变率(total harmonic distortion,THD),这2个变量的影响因素进行研究。在此基础上,综合考虑热摆幅和THD,提出基于改进型粒子群优化算法的最优开关频率控制策略。最后,通过仿真和实验对所提控制方法进行验证。

载波包络线为反相正弦曲线的无源可变开关频率SPWM在H桥逆变器中的应用分析

相比于固定开关频率正弦脉宽调制技术(constant switching frequency sinusoidal pulse width modulation,CSFSPWM),可变开关频率正弦脉宽调制(variable switching frequency sinusoidal pulse width modulation,VSFSPWM)技术可以在不增加额外硬件条件的情况下减少谐波和损耗。为了降低输出THD和改善系统时域特征,提出了一种反相正弦波无源变开关频率脉宽调制(inverse phase sine passive VSFSPWM,Isin-PVSFSPWM)技术。量化了电感电流谐波总畸变率(total harmonic distortion,THD)与Isin-PVSFSPWM的关系。在时域上,分析计算了Isin-PVSFSPWM技术下开关损耗和电感电流纹波。而后搭建了一个1 kW单相全桥逆变实验平台。实验结果表明在适当的扩频范围内,Isin-PVSFSPWM方法可以降低电流电压THD和开关损耗。与CSFSPWM相比,Isin-PVSFSPWM技术下电感电流纹波的THD从26.22%降低到23.92%。输出电流THD从3.80%下降到3.01%。在注入深度D(0.4,1)下,Isin-PVSFSPWM的效率从93.69%提高到94.75%。

低谐波畸变率风光互补逆变系统的研究

针对风能和太阳能能量来源的不可预测性,设计了一个响应快速,输出稳定且总谐波畸变率低的高效率逆变系统。太阳能和风能的不确定性使直流输入电压波动具有快速性、随机性和幅度大等特点。基于全桥拓扑的SPWM调制技术和dsPIC30F4011控制器的PID双环反馈控制技术,通过对正弦表的优化、死区补偿、硬件电路优化,使系统效率最优。通过Matlab仿真获取PID的比例积分参数,在5 kVA实验样机上验证了该方案的优越性和可行性。该系统在独立的风光互补发电系统中有很高的推广价值。

储能变流器谐波畸变率测试问题探讨

储能变流器的型式试验项目众多,相关标准对部分试验项目的方法及内容缺少必要的规定,导致项目实际测试时不同的机构、不同的检测人员可能带来较大的差异。针对大功率储能变流器在电压、电流总谐波畸变率测试过程中由于负载不同、测试仪表接线方式不同出现的一些异常情况来做一些探讨,旨在引起检测人员的注意,并为储能变流器产品改进及标准完善提供参考。

考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略研究

空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)在Vienna整流器控制中应用广泛。然而,SVPWM的计算量较大,难以应用在开关频率较高的Vienna整流器控制中,且Vienna整流器功率只能单向传递的特点使得输出电流易出现过零畸变。针对上述问题,本文首先给出了正常状态下Vienna整流器正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)过程中期望输出电压与PWM比较值之间的关系表达式,并进一步分析了电流过零畸变的机理。基于误差最小化思想,本文提出了一种考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略。仿真实验表明:采用考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略,可显著减小电流过零畸变,提高电流质量,与未采用本调制策略相比,并网电流的THD由2.48%减小至1.1%。

三相电压型PWM整流器双开关表直接功率控制策略

首先,提出了一种直接功率控制改进策略,用以解决三相电压型脉冲宽度调制整流器采用传统直接功率控制时存在的扇区判断算法复杂和无功功率周期性波动问题。该改进策略设置2个开关表,对无功功率误差进行判断,并根据误差大小选择不同的开关表。然后,对所提出的扇区判断方法进行了分析,该方法避免了复杂的坐标变换和反正切函数运算;给出了2个开关表的选择原则,即分别以最大限度地降低开关损耗和提高无功功率响应速度为原则。最后,通过MATLAB/Simulink仿真与传统直接功率控制进行对比。仿真结果表明,该改进策略不仅取得了更低的交流侧电流谐波总畸变率,同时有功功率、无功功率到达稳态的时间也提前近38.5%。

光伏渗透率对船舶光伏系统电能质量的影响

为了研究光伏渗透率对船舶并网光伏电力系统电能质量的影响,采用PSCAD/EMTDC软件平台参照远洋滚装船"中远腾飞"轮并网型光伏系统进行电力系统建模仿真研究,并设定8个不同等级光伏渗透率,对比分析光伏并网切入和离网切出工况对并网电力系统暂态的电能质量。光伏并网切入对电力系统电压和频率的扰动作用显著强于其离网切出过程,且随着光伏渗透率的提高呈增长趋势。研究结果表明:该研究工作对于深入探索光伏系统与船舶电力系统并联运行的临界条件、暂态和静态稳定性以及整个电力系统的可靠性具有重要的理论指导价值。

考虑谐波约束的分布式光伏发电功率波动控制

光伏发电脱网运行造成光伏逆变器产生显著谐波,导致发电功率异常波动。为了保证分布式光伏发电运行的稳定性,提出考虑谐波约束的分布式光伏发电功率波动控制方法。计算分布式光伏发电功率波动差,获取配电网允许功率波动置信区域,明确分布式光伏发电功率波动情况。根据配电网电压不平衡特点,计算功率总谐波畸变率,获取功率波动幅值。通过引入调节系数改变逆变器总谐波畸变率,约束光伏发电过程中产生的谐波。设计分布式光伏发电功率波动控制结构,采用单向变步长追踪法调整工作电压使其接近最大功率点,最小化输出功率波动。由实验结果可知,该方法输出功率保持在相对平稳状态,其波动范围为340~355 W,有效地控制了分布式光伏发电功率波动。

基于模糊开关表的整流器瞬时功率控制策略

为了使三相电压型整流器取得较高的波形质量和优越的抗扰动能力,提出一种基于模糊开关表的瞬时功率控制策略。采用基于模糊控制的开关状态选择方法,根据模糊控制器输出,利用所设计的开关状态控制器,在固定时间间隔内直接给出各开关状态。仿真和实验结果表明,与传统瞬时功率控制策略相比,本文所提策略在稳态时能有效提高系统的瞬时功率和电流波形质量;当直流侧负载突变时,也能使系统获得更快的响应速度,进一步验证了所提策略的可行性及优越性。

直流偏磁条件下变压器的谐波畸变特征

结合我国在建的±660kV直流输电线路(银川至青岛),基于建立的非线性磁模型,对距青岛换流站30km的220kV匡正站一号主变进行了谐波定量分析。结果表明,直流偏磁条件下变压器输出电压的偶次与奇次谐波含量均显著增加,使得变压器成为系统的严重谐波源。通过分析直流偏磁对变压器影响的相关因素,给出了该变压器输出电压偶次谐波含量与中性点注入直流的对应关系,为发展基于中性点反向注入电流的直流偏磁抑制方法提供了新思路。

三种频率偏移孤岛检测方法的性能比较

采用滑模频率偏移(slide-mode frequency shift,SMS)法、Sandia频率偏移(sandiafrequency shift,SFS)法检测孤岛时,并网逆变器存在相位检测延时,会对孤岛检测盲区的精度产生一定的影响。为克服这一问题,在前期工作的基础上改变下垂锁相环的扰动参数,进而提出改进的频率偏移孤岛检测方法(islanding detection method,IDM)。推导了3种孤岛检测方法在电网频率突变、电网频率偏离额定值2种情况下逆变器并网基准电流的表达式,分析了各自的谐波含量,在具有相同孤岛检测盲区的情况下所提IDM性能最优。仿真结果验证了理论分析的正确性。

混合级联逆变器的混合频率载波调制技术

混合频率载波调制法可以解决混合级联7电平逆变器的功率环流问题,但其输出电压的谐波特性较差。为此,提出了一种改进的混合频率载波调制策略,该策略使得高压单元运行在单极倍频正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)下,从而提高了高压单元的等效开关频率。此外,对高、低压单元的开关策略进行了优化改进,减少了开关次数。相比于改进前的方法,在高压单元开关频率相同时,其等效开关频率可提高1倍,逆变器输出电压的谐波将分布在更高的频段,从而改善了逆变器输出的电能质量,同时消除了功率环流。由仿真结果可知,在相同开关频率下,改进后的方法使得输出电压的较低次谐波由约1 k Hz提高到了约2 k Hz,并且不会出现功率环流现象。研究结果对所提出的改进的混合频率或波调制策略的实用化有一定意义。

Boost结构单周期控制的有源功率因数校正电路设计

以单相单周期控制Boost结构有源功率因数校正电路为研究对象,分析了有源功率因数校正技术的基本原理,并对其稳定性进行数学分析,同时推导出了单周期控制方程。基于IR1150控制芯片,用简单的电路实现该控制,因无需乘法器和检测输入电压电路,简化了电路。针对300 W实际样机,对整个功率因数校正电路的高频输入电容、Boost电感、Boost输出电容、输出电压分压电阻、过电压保护分压电阻、IR1150的工作频率、检测电阻及其他参数进行设计。对所设计电路进行了仿真,并对样机进行了测试,获得仿真和测试波形及测试数据。仿真结果和测试结果表明,基于单周期控制的有源功率因数校正电路功率因数达到0.99以上,谐波分量低,且电路简单。

基于变换器的分段式直接功率控制

采用传统直接功率控制(DPC)方法的变换器装置很难兼顾系统不同运行阶段的控制要求,为此,提出了一种基于多开关表的分段式DPC控制方法。该方法统筹考虑了系统的各项性能指标,设计实现了四种开关表,根据系统不同阶段的控制要求选择最佳开关状态。与传统DPC系统的仿真和实验对比表明,采用分段式DPC控制的变换器装置起动时间减少10%以上,稳态运行时交流侧电流谐波总畸变率(THD)降低30%以上,直流侧电压的暂态响应时间减少27.3%以上,进一步验证了分段式DPC控制方法的可行性和有效性。

采用滑模变结构直接功率控制的回馈级联型逆变器设计与验证

回馈逆变器因可实现能量的双向流动而广泛运用于负载需要4象限运行的场合。为此,对回馈级联型逆变器(EFCI)进行了深入研究。对回馈级联型逆变器H桥整流部分,实现了滑模变结构直接功率控制(SMVR-DPC),除了可实现H桥有功、无功和直流电压控制外,还可减小逆变器输入电流中的谐波,该方法控制简单,具有很好的动态品质和鲁棒性以及小的总谐波畸变率(THD)。对回馈级联型逆变器H桥逆变部分,为了提高直流电压利用率并减小逆变器输出电流中的谐波,对其在60°坐标系中基于3电平逆变器的简化空间矢量调制进行了研究,该简化空间矢量调制的矢量选取与作用时间计算非常简单。最后,仿真与实验结果验证了所提方法的正确性。

CHB多电平逆变器PWM调制优化及功率均衡控制策略

针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)多电平逆变器载波空间层叠(carrier disposition,CD)调制策略下,各级联H桥单元输出功率不均衡以及载波移相调制(carrier phase shift pulse width modulation,CPS-PWM)策略下输出线电压总谐波含量(total harmonic distortion,THD)较高的问题,提出了一种基于功率均衡的混合多载波脉宽调制策略。该策略以载波同相层叠调制(in-phase disposition pulse width modulation,IPD-PWM)策略中的一个载波周期段为基本单元,通过周期性的循环改变三角载波在垂直方向的排列方式,从而实现和CPS-PWM策略一样在全调制比范围内各H桥单元的功率均衡;又能在不改变IPD-PWM输出电压波形的条件下,保证输出电压的谐波频谱与采用IPD-PWM策略时完全一致,有效地改善了逆变器输出线电压的谐波性能;从而解决了各级联单元输出功率不均衡和线电压THD较高的问题。最后通过仿真和实验结果验证了该策略的正确性。