一种具有电能质量监测的总线式支路控制器

随着大功率开关管越来越广泛的使用,电流谐波对电力系统的影响日益加重,导致整个系统电能质量逐渐下降。该文设计并实现一种基于CAN总线的支路控制器,该控制器通过对支路电流的实时采集、频谱分析实现对支路电流谐波的在线检测,如发现支路电流谐波异常,该控制器通过CAN总线上报主控节点,由主控节点统筹决策。主控节点的决策指令通过CAN总线下达到控制器,可指示控制器切断支路,以保障主控节点下的全局电能质量。该控制器在一个芯片完成电流采集、分析、通信和控制,多个控制器通过总线串联连接,具有接线简单、体积小、成本低的特点,为保障电力供给的稳定性和电能质量提供一种解决方案。

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器直流侧电压灵活调节与波动抑制技术

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器(UPQC)可以实现交流电压调节和并网点无功治理等功能,但传统控制方法直流侧母线电压高、二倍频波动大,既给设备带来巨大的电容成本,又影响设备的安全可靠运行。为了解决这些问题,该文详细分析了不同工况下直流侧电压的约束范围,推导了直流电压波动随并网点和负载功率因数、串联电压补偿相位、参考直流电压等复杂因素的关联性,并提出一种直流电压灵活降低与主动波动抑制控制方法。相比于传统控制,应用所提方法母线电压可降低至相电压峰值附近,二倍频电压波动可降低约80%。最后,实验验证了所提三桥臂UPQC直流电压控制技术的正确性。

统一电能质量调节器控制目标解耦的CCS-MPC直接控制策略研究

针对控制目标耦合导致统一电能质量调节器电能质量补偿响应速度慢、精度差、鲁棒性差等问题,提出了一种控制目标解耦的连续集模型预测(continuous control set model predictive control,CCS-MPC)直接控制策略。该控制策略依据当前时刻被控目标电压、电流参数,构建目标唯一的预测控制模型,在简化控制器结构的同时实现串、并联侧电感电流和电容电压解耦控制,显著提高统一电能质量调节器动态性能。基于偏导数获取模型预测控制价值函数的最优解,实现参数变化、外部扰动工况下负载电压、电网电流高精度补偿。仿真验证了所提控制策略的有效性。

不同控制方法下混合电源对配电网系统电能质量优化分析

目前分布式电源主要有风、光、储等形式,由于风电与光伏发电的波动性和不确定性,使得配电网系统的电能质量下降,如电压不稳定、谐波量过大等。根据风、光、储三种电源的自身特性,选择相应的控制模型,减小配电网系统的谐波量,提高电能质量。风力发电机发电功率随风能的变化而变化,ip-iq控制方法 能准确捕捉风能变化时风力发电机产生的电压高次谐波及负序电流等参量;光伏发电主要是由于电荷的定向移动而形成稳定的电极,实现太阳能电池板发电,电流电压双环控制方法能够灵敏地反映光伏发电时电荷的移动情况,更好地检测光伏发电的实时动态;功率控制方法 则能够及时地反映蓄电池充放电及负载用电情况。通过上述控制方法,以simulink为平台,组建分布式电源系统,分别对配电网系统处于电压稳定、三相电流不平衡以及电压突变、三相电流不平衡两种情况下进行系统仿真,对配电网系统、风力发电系统、光伏发电系统及负载端的总谐波量进行比较。结果表明,根据不同电源特性实施不同的控制方法 ,可以有效降低整体系统的谐波量,提高配电网系统的电能质量。同时还可有效抑制风、光发电系统自身的谐波量,使得风、光发电系统低压穿越能力得以提高,降低弃风弃光现象的产生。

基于沉浸式教学的电能质量及其控制技术课程实验改革

课程实验是工科类课程的重要组成部分,对于提升专业课程理解深度和培养工程应用创新能力有重要意义。以电气工程专业电能质量及其控制技术课程实验为例,提出研制低成本便携式电力扰动监测装置,通过模拟实际工程应用场景,构建基于沉浸式的实验教学方法,增加专业实验课程灵活性和实践性,加深学生对专业课程认知深度,为新工科改革下的工程类课程实验教学提供了新思路。

统一电能质量控制器控制策略研究

该文讨论了一种统一电能质量控制器,分析了其内部的有功功率平衡。在这个基础上提出了一种基于两相同步旋转d-q坐标系的控制方案。在这种控制方案中串联电力有源滤波器被控为电流源使得输入电流为正弦,而并联电力有源滤波器被控为电压源使得负载端为标准正弦电压。最后利用仿真和实验验证了在UPQC中采用这种控制方式的有效性。

串联型电能质量控制器注入电压的研究

串联型电能质量控制器(SPQC)通过向系统电压中串联一个电压源来调节用户侧电压质量。当系统电压发生电压跌落、浪涌、不平衡现象或电压中含有谐波时,使用SPQC可以获得更高的效率。文中对系统电压不平衡条件下SPQC注入电压的特性进行了研究,提出了优化控制的几个目标,在此基础上对三相三线制和三相四线制非平衡电压跌落的补偿进行了研究,并以三相四线制系统为例,提出了优化补偿电压的算法。仿真结果很好地证明了理论分析的正确性。

用于通用电能质量控制器的一种简单补偿策略和统一控制方法

将谐波和短时电压跌落问题确定为通用电能质量控制器的补偿对象,进而提出了相应的补偿策略和统一控制方法。相对其他多功能的补偿器来说,该方法简单且能有效协调两个变流器的控制,不需区分不同的电能质量问题并选择不同的控制策略,对变流器容量要求也不高。仿真和实验表明该补偿策略和控制方法有效,通用电能质量控制器具有良好的补偿性能。

不同系统联结方式下通用电能质量控制器的功率分析

探讨了通用电能质量控制器的工作原理及其基本的系统联结方式,结合稳定直流侧电容电压调节器的控制策略,分析了在相同的电网和负载条件下,不同系统联结方式的通用电能质量控制器功率情况,包括电网和串联控制器、并联控制器、负载等输出和吸收的瞬时功率脉动分量、直流分量及其构成和作用。获得的结论能为UPQC系统联结方式的确定和容量估算及工程应用提供参考。

基于自适应滤波的单相统一电能质量控制器研究

在分析单相统一电能质量控制器(unified power quality conditioner,UPQC)瞬时功率平衡关系的基础上,提出一种基于自适应滤波电流检测的UPQC双电流源协调控制策略。鉴于电流检测精度对双电流源控制策略补偿性能的影响,在保留变步长自适应算法快速性的前提下,提出一种提高电流检测精度的定频率滤波器改进算法。针对双电流源UPQC的控制器设计,采用比例控制和重复控制构成复合控制实现了串、并联有源电力滤波器的电流跟踪控制;从UPQC整体出发建立直流电压闭环控制的小信号模型,为直流电压环的控制器参数设计提供理论指导。研究结果表明,基于该控制策略和控制器设计方案的UPQC系统实现了较好的负载电压和电网电流补偿效果。

统一电能质量控制器及其控制信号检测方法探讨

明确提出了统一电能质量控制器所应具有的多重电能质量控制功能及其工作原理，并对目前几种典型的电压、电流补偿信号检测方法进行了分析比较，提出了用于统一电能质量控制器的电压、电流直接检测新方法。该直接检测新方法计算更简单，可进一步提高检测速度。同时，还给出了计算正弦电压幅值的瞬时计算实用公式。

通用电能质量控制器直流侧电压控制建模与分析

为了对通用电能质量控制器直流侧电压进行更为有效的控制,提出一种用于三相三线通用电能质量控制器(UPQC)直流侧电压控制的外环模型。在所得模型的基础上利用经典控制理论分析了实际UPQC的补偿能力;并通过分析抗扰动性能,采用比例积分调节器时电压环稳定性以及采用比例调节器时电压环稳定性,详细比较了直流侧电压的两种控制方法——反馈控制和复合控制(反馈加前馈控制)。仿真和实验结果验证了UPQC的最大补偿能力,同时表明复合控制具有较好的抗扰性能,以及在比例调节器下具有较好的相对稳定性。

以牵引变电站灵活补偿为目标的铁道统一电能质量控制器容量综合配置

首先提出采用铁道统一电能质量控制器(railway unified power quality controller,RUPQC)实现牵引变电站综合补偿的充要条件;然后在建立牵引负荷标幺化模型的基础上,分别以实现完全补偿和灵活补偿为目标,提出了结合固定补偿装置的RUPQC容量综合配置方法。数值分析表明,采用该配置方法并结合灵活最优控制策略,RUPQC可在全负荷范围内满足灵活补偿的目标,不但显著降低了装置的工程造价,而且在任意负荷条件下均能实现对装置补偿容量的最优利用。

有源电能质量控制器的LCL滤波器设计与研究

LCL无源滤波器参数的选取直接关系到系统的开关纹波滤除和电网谐波补偿效果,影响系统能否稳定工作。分析了LCL滤波器各元件参数的作用以及改变各参数量对开关纹波滤波效果的影响趋势,并首次引入一种简单实用的计算滤波器逆变侧电感值的方法。最后,通过仿真和50kVA样机验证,表明设计合理,理论分析正确。

多换流器式统一电能质量控制器的多目标控制策略

研究多换流器式统一电能质量控制器(MC-UPQC)的动态电压恢复、故障限流和有源滤波等多目标控制策略。其中前2种目标由串联换流器实现,并联换流器进行有源滤波。给出了不同工况下MC-UPQC的换流器配置原则。对串联换流器的故障限流与动态电压恢复的联合控制策略进行了详细分析,同时给出装置器件参数选择的依据。通过MATLAB/Simulink软件对系统控制策略进行仿真验证,证明MC-UPQC多目标控制策略的正确性和可行性。对装置的工程应用问题进行分析和说明,给出主要元器件在选择上应注意的问题:切换开关选用附加冷却装置的固态断路器,换流器连接的配电线路的电压等级应尽可能相同。

基于燃料电池的电能质量控制器设计

为从负载侧解决电能质量问题,本文提出了一种电能质量控制器。该装置将统一电能质量控制器与燃料电池结合,力图扩展统一电能质量控制器的补偿范围。该拓扑结构有利于装置的小型化,供能的多元化以及电网的绿化。燃料电池与超级电容结合的三端双向变换器用以维持直流侧电容电压的稳定。针对系统电压畸变且含多重零点,设计了一种简单实用的参考电压电流检测方法。依据参考信号对串并联逆变器分别采用双积分控制与单周电流控制,使输出补偿电压电流快速精确跟踪参考信号。单周电流控制主要由比较器和RS触发器构成,其输出驱动信号的频率固定,有利于无源滤波器设计及实际应用。仿真结果验证了该装置设计的合理性、可靠性及有效性。

采用能量优化控制策略的串联型电能质量控制器稳态特性分析

利用相量图分析方法对采用能量优化控制策略的串联型电能质量控制器(series power quality controller,SPQC)稳态特性进行了定量分析。选取负载电流相量为参考相量对SPQC进行相量图分析,使各物理量之间的关系更清晰,便于定量求解。根据电源电压幅度与负载功率因数的关系,提出采用能量优化控制策略的SPQC3种工作模式。分别在电压暂低和电压暂高情况下,对采用能量优化控制策略的SPQC稳态特性进行了详细的定量分析,据此获得了反映电压幅度暂变各种情况下有关物理量之间关系的稳态补偿特性解析式和曲线。仿真和实验验证了该文分析的可行性、有效性及能量优化控制策略不同工作模式划分的正确性。

基于模块化结构的电气化铁路统一电能质量控制器

提出了2种基于模块化结构的铁道统一电能质量控制器主电路拓扑,2种拓扑交流侧均采用链式结构,具有良好的谐波特性。针对链式结构变流器存在的直流电压平衡问题,建立了所述拓扑中电容电压的数学模型,并对现有各种直流电压平衡控制策略的优缺点及存在有功功率双向流动的背靠背变流器的适用性进行了分析。结果表明,电容电压中的直流分量分别与吸收和发出有功功率侧变流器的调制比成正相关和反相关的关系。最后,给出了铁道统一电能质量控制器装置级控制策略,并通过仿真实例证明了所述拓扑和控制策略的正确性。

一种串联侧三相解耦型统一电能质量控制器

传统模块化多电平变换器统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的串联部分采用单变换器和三个单相耦合变压器,三个单相耦合变压器在变换器侧成星形联结。该结构使UPQC装置的无法补偿包含有零序分量的电压暂升/暂降。为此提出了拓扑结构改良的MMC-UPQC以改善UPQC的电压暂升/暂降能力。新拓扑MMC-UPQC串联部分采用等效串联的双变换器和三个单相耦合变压器,三个变压器在变换器侧无直接联结,串联部分实现了串联侧的三相解耦。文中分析了新拓扑MMC-UPQC改善电压暂升/暂降补偿能力和提高系统安全性、可靠性的原理。通过仿真研究,验证了新拓扑结构MMC-UPQC的正确性。与传统MMC-UPQC相比,新拓扑结构MMC-UPQC可补偿同时包含正序、负序和零序分量的电压暂升/暂降,并从减小串联变换器交流电流、降低公共直流侧电压和变换器级的冗余运行三方面可提高系统的安全性和可靠性。所提出的新拓扑结构MMC-UPQC适用于大功率应用场合。

统一电能质量控制器并联侧的改进双滞环电流控制策略研究

为提高统一电能质量控制器的电流控制策略水平,提出了一种基于最优电压空间矢量的有源电力滤波器双滞环电流控制方法。该方法先利用常规双滞环控制法,以参考电压矢量的空间分布和误差电流矢量的越界情况及所在区域为依据,给出最佳电压矢量输出,以快速控制相间误差电流。虽然该方法能保证了系统暂态过程中的响应速度,也显著降低了开关频率,但误差电流在内环时逆变器不动作导致统一电能质量控制器的补偿精确度有所降低。针对此问题,将自抗扰控制方法引入误差电流内环控制上,它将内环时系统内部模型的不确定性与系统的外部不确定性统一视为系统的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,最后利用混沌粒子群优化算法对各个参数进行优化。该方法不需要精确地测量谐波,并且对于不同的典型负载、负荷侧电流大小和相位的变化都有很强的适应性,Matlab软件仿真和采用DSP硬件实验结果验证了所提出的电流控制方法的动静态性能和鲁棒性良好。