基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

基于相角控制法的电流互感器取电电源设计

根据电流互感器的工作原理,建立了电流互感器取电线圈的负载工作模型。理论推导并实验验证了取电线圈输出功率与磁化电流及功率输出导通角θ的关系,在此基础上提出基于相角控制法的电流互感器取电电源设计方法。在可输出功率充足时通过在每个周期内使取电线圈输出功率等于负载消耗的功率,从而使电流互感器取电电源在较大导线电流范围内稳定工作在低热耗状态。最终测试结果表明,电流互感器取电电源在40～1 000A的电流范围内可稳定输出近2.5W的功率。

虚拟同步发电机的相角控制方法

虚拟同步发电机技术利用电力电子变换器模拟同步发电机的特性,使变流器具有同步发电机一次调频、一次调压、阻尼及惯性等特性,增强了变流器对电网电压及频率的支撑作用,提高了电网接入的友好性。提出一种利用常规锁相环校正虚拟同步发电机频率和相位的方法,在启动并网及强扰动过程中校正频率和相位的不合理偏移,减小了上述工况下的振荡及失控风险,并通过实验验证了方法的可行性。

弱电网下并网逆变器的阻抗相角动态控制方法

由于大功率分布式发电装置散落分布,电网表现出弱电网特性,电网阻抗会影响并网逆变器的稳定性,使并网电流发生谐波振荡,甚至系统失稳。首先建立了LCL型单相并网逆变器的输出阻抗数学模型,通过阻抗分析方法研究了弱电网工作条件下并网逆变器的稳定性;然后基于系统相角裕度动态补偿控制思路,提出了一种并网逆变器的阻抗相角补偿控制策略,给出该阻抗相角动态控制策略的具体实现方法与参数设计过程,并定量分析了锁相环、数字控制延迟与阻抗相角补偿控制对逆变器输出阻抗数学模型的影响,以及阻抗相角补偿控制策略对逆变器并网电流基频相位的影响;最后结合脉冲响应法在线测量电网阻抗,设计阻抗相角动态控制方案,通过实验对该方案的有效性进行验证。

基于PWM控制及相角控制的静止同步补偿器潮流模型及应用

提出了一种新的用于潮流及静态电压稳定分析的STATCOM模型。该模型可以考虑STATCOM功率损耗从而可以更准确的计算其有功及无功输出。通过引入两个增广的母线类型,实现了STATCOM的线性PWM控制及相角控制模式及其交流电流极限处理。给出了模型在牛顿潮流及连续潮流中的详细实现。通过IEEE-30及IEEE-300母线系统验证了该模型的有效性,并研究了STATCOM静态损耗、电流极限及控制模式对潮流解及静态电压稳定的影响。

多移相角控制的双向无线输电系统

谐振式无线输电(WPT)系统通过耦合磁场传递能量,能实现电器无尾化,可免去插拔电源造成的机械损坏和触电危险,安全便捷。双向WPT系统能实现电网与设备间的能量互联,起到削峰填谷的作用。在WPT系统中,相位控制不仅能调节功率大小,而且决定了功率流动方向。分析并验证了WPT系统中功率与多个移相角的关系。首先,建立并分析了谐振式WPT系统的电路模型,发现系统存在3个自由度,然后推导并定量分析了有功功率和无功功率与3个移相角的关系,最后提出在确保零相位角(ZPA)下的双向WPT策略。在Matlab中搭建了仿真模型并制作了实验样机,对上述分析进行了验证。

相同移相角控制的串–并型移相全桥组合变换器

在高输入电压/低输出电压的电压变换应用场合,通常采用输入端串联/输出端并联(input-series output-parallel,ISOP)组合型直流变换器来降低功率开关器件的电压应力,但须确保、控制输入端串联均压与输出端并联均流。针对移相全桥变换器模块构成的ISOP组合变换器提出相同移相角控制技术。该控制技术无需专门的均压或均流控制环,故控制系统简单、可靠。针对变换器各模块参数不一致的工况,应用小信号模型与稳态直流模型,分析各模块输入端串联实现自动均压与输出端并联实现自动均流的机理,并且指出影响模块均压/均流精度的参数差异性。采用现有技术降低模块参数的差异性,足以保证相同移相角控制的ISOP组合变换器取得良好的均压/均流精度。仿真与实验均验证了该控制方案的可行性与可靠性。

基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制研究

传统的基于磁场定向或基于直接转矩的感应电机控制策略受限于计算量,动静态性能和控制效率均存在限制。为了解决该问题,提出了一种基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制策略。不同于传统控制方法,新型控制策略重点对转矩以及定子电流和转子磁链之间的相角进行了控制,将磁场定向原理嵌入到代价函数约束,并设计了闭环预测模型及其反馈增益,避免了直接磁链控制。新型算法无需在线计算最优磁链即可获得电机在轻载时的较高效率,而且采用闭环预测模型提高了预测控制的精度和鲁棒性。最后,建立了感应电机控制试验平台,并开展了相关控制试验研究,试验结果验证了新型控制策略的控制性能。

基于阻抗分析的LCL型并网逆变器相角补偿控制

弱电网条件下,电网阻抗的存在会增加并网电流的谐波含量,甚至造成光伏并网逆变器不稳定。该文以三相LCL型逆变器为研究对象,以阻抗模为出发点,使用阻抗稳定判据分析弱电网在常规电流控制方式下的系统稳定性降低机理,提出在电容电流前馈支路上附加超前校正网络的相角补偿控制策略,通过提高系统输出阻抗的相角提高并网逆变器稳定性。仿真结果表明,该方法可有效解决较高电网阻抗带来的失稳现象,并具有良好的稳态性能和动态响应能力。

基于磁链-相角下垂的新型有功负荷分配控制研究

在传统的电压-频率下垂控制中存在复杂的多重反馈环路和较大的频率偏差,采用相角下垂控制可以有效地减小频率偏差但会影响有功分配的准确性,针对这些问题提出了一种基于磁链-相角下垂的新型有功负荷分配控制策略。首先,推导了基于虚拟磁链的相角下垂控制方法。然后,分析了磁链-相角下垂控制中影响有功分配的因素,进而提出了一种新型的有功负荷分配控制方案。该方案在不影响系统稳定性的前提下,通过加入补偿控制使并联逆变器按照其额定容量实现准确分配。最后,在一个具有并联逆变器的微网模型中验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明:所提控制策略能同时实现有功功率的准确分配和频率的零偏差,并且该策略采用直接磁链控制取代了传统的多重反馈环路,控制简单,动静态性能良好。

基于BP网络的电动汽车用无刷直流电机相角控制技术研究

无刷直流电机低速下存在电枢反应,影响电机出力;而高速下又需要弱磁控制,以拓展恒功率范围。因此,相角控制是至关重要的因素。BP神经网络具有强大的非线性映射能力,可以解决电流超前相角与转速、转矩之间的非线性关系。提出了基于BP网络的无刷直流电机相角控制技术,将实验数据作为训练样本进行离线训练,网络收敛后用作在线控制。实验结果表明,该方法可以使无刷直流电机及控制系统运行于高效区,满足电动汽车对驱动系统的要求。

统一潮流控制器相角控制策略与矢量控制策略的量化比较方法

通常统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)控制策略有相角控制和矢量控制两种,不同控制策略对UPFC性能的影响较大。对二者进行量化比较,借以发现不同控制策略对UPFC性能的影响。首先基于UPFC的基本结构系统介绍了2种控制策略的控制思路,然后利用相对增益矩阵方法和阻尼转矩分析方法分别比较了两种控制策略下对UPFC交互影响的情况和其阻尼控制器向系统提供阻尼的情况。最后,通过4机2区域系统的计算,发现相角控制下UPFC交互影响更大,但是阻尼控制器却可提供更多的阻尼,相应的阶跃响应仿真和故障仿真验证了这一结论。

共同移相角控制下电流源型并联变换器均流分析

并联变换器适用于低压、大功率场合,其可靠工作的关键是解决均流问题,因此,通常需要添加均流控制环,控制系统较复杂。该文将共同移相角控制方法应用到电流源型并联变换器中,无需均流控制环而实现各模块均流,简化控制。首先运用静态工作点方程讨论电路各核心参数对稳态均流的影响;然后运用小信号模型分析电路在各参数不一致时的动态均流特性,得出参数的微小不一致性对模块均流的影响很小;最后搭建一台输出功率为400 W的实验样机,实验结果验证了控制策略的有效性和理论分析的正确性。

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。

双馈风力发电机故障穿越改进控制策略

提出一种基于并网双馈风力发电机的多机电力系统中DFIG功角概念,揭示所定义的功角与DFIG端电压跌落的关系;并提出改进的磁通幅值相角控制即IFMAC策略.相比于磁通幅值相角控制(FMAC),所提控制方案可以在系统故障时期更好地支撑DFIG的端电压.大规模电力系统计算实例验证了IFMAC的有效性及其相比于FMAC的优越性;仿真结果表明,所提出的控制策略可以提高并网双馈风力发电机的故障穿越能力,改善系统暂稳裕度.

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。

具有功率约束的逆变器电源电压/功率统一控制模型研究

为了更有效和协调地控制逆变器,降低控制系统对参考电压的依赖,提出了基于电压相位控制的电源逆变器的统一控制方法。将逆变器控制为电压源,并控制逆变器输出电压的幅值以控制其输出功率不大于极限功率,同时控制逆变器输出电压的相位以控制逆变器的工作模式。电压相位控制为固定相位时,逆变器则工作于电压参考模式;电压相位随功率需要的变化而变化时,逆变器的工作模式则为功率跟踪模式。同时,逆变器两种模式间的转换过程平滑,这样消除了模式切换对电力系统的冲击。在Matlab/Simulink建立了仿真模型,并通过仿真验证了该模型的正确性。

基于SSP补偿和变频控制的滑环设计

为避免传统滑环易磨损、易静电累积等缺点,提出一种基于串联串联并联(SSP)补偿和变频控制的新型环滑设计方法.首先,对非接触式滑环系统的磁路进行建模,并针对松耦合变压器的漏感和励磁电感分别进行补偿,即原边串联、副边串并联补偿;其次,考虑到温度等因素的影响,分析部分元器件的灵敏度,获得元器件参数变化和谐振频率变化的关系;再次,提出一种基于汉宁窗快速Fourier变换的相位差检测方法,可避免硬件水平的制约和提高抗干扰能力;最后,根据计算的相位差、临界品质因数,提出一种基于零相角的变频控制方法,使系统工作于零相角,从而减少无功功率的损耗.仿真结果表明,当元器件参数发生变化时,基于SSP补偿和变频控制的方法能够快速使系统工作于零相角状态,进而提高系统的工作效率.设计了一种原型机对所提方法进行验证,实验结果和仿真结果基本一致,与不补偿方法相比,所提方法的工作效率提高了5%.研究结果表明该方法具有较高的稳健性.

西门子定子调压调速装置在宝钢起重机控制中的应用

介绍了在宝钢新项目中大量使用的西门子公司起重机专用定子调压调速装置SIMOTRAS的基本原理、设计思路以及模拟式和数字式装置的比较。

含静止无功补偿装置的光伏电站高频谐振分析及抑制策略研究

光伏电站汇流网络的阻抗分布复杂,与静止无功发生装置(static var generator,SVG)及电网阻抗交互作用引发的高频谐振问题机理不明,且缺乏有效的高频谐振抑制措施,频发的高频谐振问题已威胁到了光伏并网系统的安全稳定运行。论文针对含静止无功装置的光伏电站高频谐振机理及其振荡抑制措施开展研究工作。首先,建立光伏电站统一阻抗模型,分析光伏电站中各装置阻抗的高频影响因素,并建立高频特征阻抗模型;然后,通过构建光伏电站的序阻抗网络,将光伏电站等效聚合为源–载阻抗系统,分析光伏电站高频谐振的形成机理及其影响因素;提出一种基于SVG高频阻抗重塑的光伏电站谐振抑制方法,通过SVG高频相角补偿实现光伏电站高频振荡的有效抑制,并给出参数整定方法;最后,采用RT-LAB控制硬件在环完成高频振荡机理分析及其抑制控制的实验验证。