谐波干扰抑制下的低压配电网母线电压自动控制系统

母线电压的平稳程度,直接影响低压配电网的运行安全,因此设计谐波干扰抑制下的低压配电网母线电压自动控制系统。该系统以配电网调度系统的控制需求为前提,在系统无功补偿层引入抗谐波干扰无功发生器获取母线电压的无功补偿量,母线无功控制需求整定层依据该计算结果和母线电压控制指令,结合母线实时运行电压结果,对比判断母线实际电压结果和参考电压之间的差距,确定母线电压所需的无功补偿量,完成电压控制。测试结果显示:该系统能够有效控制母线电压谐波,谐波畸变率低于4.4%;能够保证电压的稳定,电压控制的偏差结果均在±1.5 V之间,母线在相位阶跃和稳态两种情况下的相位误差结果均低于0.075。

H桥级联型静止同步补偿器容值减小产生的相间电压不平衡分析与抑制机理

采用小容值薄膜电容的H桥级联型静止同步补偿器(cascaded H-bridge static synchronous compensator,CHB-STATCOM)直流侧电压控制以直流侧电压平方值为被控量,在补偿功率发生跃变时相间电压不平衡加剧,传统相间电压平衡控制动态效果不佳。基于容值减小的CHB-STATCOM控制原理,推导各相直流侧电压平方值与跃变功率、电容容值的数学关系,揭示相间电压不平衡的原因,讨论直流侧电压峰值与电容电压纹波的关系。建立指令功率渐变的给定方法,分析指令功率渐变时间与相间电压不平衡的关系,揭示指令功率渐变时间对CHB-STATCOM补偿功率变化时相间电压不平衡的抑制机理。仿真和实验验证了理论分析与相间电压不平衡抑制机理的有效性。研究结论可为该类型的相间电压不平衡抑制提供理论基础。

一种新型三电平变换器中点电压平衡调制策略

在大功率轨道交通装备领域中,三电平变换器因具有众多优点,在实际中得到广泛应用,但是也存在中点电压不平衡这一固有问题。为解决三电平中点箝位(NPC)型变换器存在的中点电压不平衡问题,减少输出相电流畸变情况,提高系统运行稳定性,文章提出了一种基于分析中点电荷量的双自由度新型中点电压平衡调制策略。该调制策略首先从数学分析的角度介绍了三电平变换器直流侧中点电压不平衡问题的原因;之后分析了在空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术中,电压矢量输出序列对中点电压的影响;最后基于上述分析结果,改进传统的电压矢量输出序列,并基于改进序列的特点提出了一种新的双自由度中点电压平衡调制策略,通过双自由度的平衡因子调节作用时间。理论上,所提出的新型调制策略具有更多可控电荷量,相较于传统方法具有更良好的控制效果;仿真和试验结果验证了所提的新型调制策略对中点电压的控制效果具有更好的快速性和稳定性。综上所述,文章所提的新型双自由度调制策略可更有效解决三电平变换器存在的中点电压不平衡问题。

补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

针对由中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge,CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator,HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。

一种双极性输出端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器

隔离型DC/DC变换器通过多绕组变压器可方便地实现多路或双极性输出,但因交叉调整率问题,在负载不平衡时输出各端口电压存在较大偏差。针对该问题,该文基于反激变换器推导出一种双极性端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器。所提方案结构简单、成本低,在不改变传统反激变换器驱动及控制电路设计的情况下能够较好的实现端口电压自平衡,且所提变换器结构具有可拓展性。文中首先详细阐述了所提变换器拓扑的推演过程,然后对变换器的工作原理、性能特点以及电压自平衡机理进行分析。最后,搭建了一台150 W的实验样机,验证了所提变换器理论分析的正确性和有效性。

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测电流控制

多电平有源中点钳位(ANPC)逆变器具有功率器件电压应力小、电流谐波低和器件损耗可调控等优点,被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC(4L-ANPC)逆变器的控制与调制研究相对较少,现有的调制方案实现复杂,中点电压(NPV)控制难度较大。因此,该文针对三相4L-ANPC逆变器,提出一种改进的有限集模型预测电流控制(FS-MPCC)算法,避免了复杂的调制过程。首先,使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优;其次,对参与第一步寻优的大矢量划分扇区,使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优,得到目标电压矢量并作用于逆变器;最后,仿真和实验结果表明,与传统的FS-MPCC相比,所提方法在降低系统计算负担的同时,还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

三相电压不平衡下DDSRF-PLL与DSOGI-PLL的锁相误差检测与补偿方法

由于高渗透的分布式电源、多样化的负荷类型以及电网故障等因素,并网点三相电压不仅存在幅值不平衡,而且会出现相位不平衡现象。这种情况下,广泛应用的解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)和双二阶广义积分器锁相环(DSOGI-PLL)无法获得精确的同步信息。为此,该文在论证这两种锁相环具有理论等价性的基础上,阐释三相电压不平衡与锁相误差的内在关系,进而提出一种锁相误差的补偿方法,实现幅值和相位不平衡下的准确锁相。所提方法仅需对电压采样值进行简单计算即可获得不平衡相位和锁相误差,实现开环相位补偿,无需修改原有锁相结构,具有良好的拓展性。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。

分布式光伏并网系统电压越限风险及谐波影响

在“源-网-荷-储一体化”协同发展背景下,随着电力电子技术的发展,光伏并网引发的电压波动、谐波畸变等问题进一步显现,因此明确分布式光伏并网系统内电能质量问题产生的机理,对保持配电系统的经济稳定运行至关重要。研究了光伏并网系统多种典型电能质量问题的发生机理,介绍了典型的光伏并网系统的结构特点和运行原理;根据原理分析了光伏并网对电压偏差和功率因数的影响;通过分析原理及仿真数据对比介绍了分布式光伏引起的谐振风险以及谐波畸变情况。根据低压光伏台区实测数据以及仿真算例,分析了分布式光伏并网对电压偏差、电压波动、谐波电压等电能质量指标的影响,结果表明,光伏并网会引起电压波动、谐振、谐波等电能质量问题,因此在推进光伏并网的同时,既要考虑电能质量制约因素,又要考虑大规模光伏并网带来的消纳问题。

不平衡电压下VSG控制参数设计及控制策略改进

虚拟同步发电机(VSG)作为一种典型构网型变流器被广泛应用于新能源渗透率高的电网,提供惯量和电压支撑。但当电网电压不平衡时,传统VSG不仅输出的电流和功率存在负序和2倍频分量,而且受控制参数影响趋于不稳定。首先基于VSG的小信号模型分析了不平衡电压对相关控制参数的影响,并对其取值范围进行了修正。接着通过分析电压不平衡时VSG输出电流和功率的特性,在传统控制策略中加入负序电流控制来抑制VSG电流和功率中的负序和2倍频分量。最后通过实验验证了所提参数设计和控制策略的有效性。

六相NPC-H逆变器共模电压消除与中点电压平衡

多相逆变器具有容错性好、控制自由度高、低压大功率等优势,在船舶推进、多电飞机等领域得到广泛应用。为了实现更高电压的输出,通常采用多电平拓扑。在多电平拓扑中,保持中点电压平衡是维持系统稳定运行的关键。研究的H桥逆变器共模电压是产生开绕组永磁同步电机零序环流的主要因素之一。因此,有必要抑制逆变器输出的共模电压。针对六相NPC-H桥逆变器,提出共模电压消除和中点电压平衡的调制方法,在该调制方法的基础上通过注入零序电压的方式使中点电压保持平衡,并且充分利用了多相的优势,使响应速度更快、平衡效果较好。最后,通过仿真和实验验证了该调制策略的有效性。

带有死区时间补偿及电容电压平衡功能的二极管钳位型三电平逆变器数字调制方法

针对二极管钳位型三电平逆变器存在的电容电压平衡问题和死区时间导致的输出波形失真问题,该文在分析死区时间对输出波形失真及电容电压平衡影响的基础上,提出一种可用于高频逆变器的数字调制方法及具体实现形式,分析量化与采样环节、数字隔离器件传输延时及采样时钟对所提方法的影响,并给出开关时钟分频倍数的设计准则。该方法独立于闭环控制系统其他环节,无需电流采样,实现容易且易于集成在数字控制器中;无需控制环路运算,可适用于更高开关频率和输出频率。仿真和实验表明,所提方法在不同开关频率、不同死区时间和不同负载类型下均能有效地降低死区时间导致的输出波形失真现象,且能够很好地解决电容电压平衡问题。此外,所提方法在开关频率高达400 kHz的情况下仍具有良好的效果。

集成电压平衡功能的三绕组LLC谐振变换器

当正负极母线之间功率不平衡时,双极直流配电系统面临着电压不平衡的挑战,需要电压平衡器进行均压。然而,额外电压平衡组件的引入增加了设备体积与成本,降低了变换器转换效率。提出一种用于两极直流配电系统集中式电压平衡的三绕组LLC谐振变换器,采用频率和移相的调制方式来传输功率。重要的是,它可以自动均衡两极电压,并且对负载侧的不平衡电流进行重新分配。对于所提变换器,分析其工作特性,包括均压原理、不平衡电流分配过程、软开关、损耗和器件应力。除此之外,还提出了预防变压器饱和的磁通平衡控制策略。最后,通过仿真验证变换器均压能力以及磁通平衡控制的有效性。

三相电压型PWM整流器的虚拟转矩冲量平衡控制策略

模型预测控制具有结构简单、鲁棒性强和动静态性能良好等优点,因此其在三相电压型PWM整流器系统中得到了广泛应用。然而,模型预测控制的电压外环采用PI线性调节器进行调节,影响了直流侧电压的动态性能。为此提出了虚拟转矩冲量平衡控制策略,从而使直流侧电压仅经过1次调节即可实现快速收敛。为了实现此策略,首先,根据数学模型推导得到了虚拟转矩的表达式;其次,根据负载突变前、后直流侧输出电压保持不变,同时结合功率守恒原则,分析建立了负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制方程,求得零矢量与前进矢量的作用时间;最后,通过仿真和实验实现了三相电压型PWM整流器系统负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制,验证了所提算法的正确性与有效性。

基于谐波注入法的差分式非接触电压测量

当前基于电容耦合的传感器尚无有效、便捷的耦合电容动态校准方法,影响测量精度。因此,提出了基于谐波注入的差分式非接触电压测量方法,首先,利用感应探头与跨阻运算放大器将基频信号引入测量系统;其次,通过屏蔽罩,减小外界杂散电容变化带来的干扰,改进探头并引入差分式电路结构,消除运放输入电容的影响;再次,对测量电路注入谐波,并利用离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)实现对响应信号中基波信号与谐波信号的提取,通过计算谐波源与谐波响应信号的比值,求解出耦合电容参数,实现其动态校准;最后,将校准的电容参数代入基波方程,实现基波电压信号的测量。通过仿真结果表明,所提的测量方法可在10 kV的应用场景中满足对变化的耦合电容校正要求,且最大的电压测量误差小于0.4%。

考虑线路序阻抗耦合的风电并网系统电压不平衡机理及抑制方法研究

我国大规模风电并网系统多采用远距离传输模式,易存在线路不换位或换位不充分的情况,导致送端系统产生电压不平衡现象。为此,以典型实际风电并网系统为研究对象,首先建立风电机组、线路的基频阻抗模型,在此基础上形成风电并网系统分序等效电路,进而从正、负序耦合角度,分析送出线路参数不对称所导致的相间耦合场景下电压不平衡产生机理;其次基于电压不平衡产生机理,详细剖析源、网侧主要因素对电压不平衡的影响程度和影响规律,并提出虚拟导纳抑制策略;最终通过实测数据和MATLAB/Simulink仿真开展了算例研究,验证了理论分析的准确性和抑制策略的有效性。

考虑谐波电压的干式空心电抗器匝间短路早期故障诊断方法

针对干式空心电抗器匝间短路早期故障特征不明显、电力系统中谐波含量波动影响诊断准确率等问题,提出了考虑谐波电压影响的干式空心电抗器匝间短路故障特征分析与诊断方法。针对电抗器正常运行、早期匝间电弧性短路、中后期匝间金属熔接性短路等3种工况,通过分析串/并联电抗器故障工况运行特性,分别确定串/并联电抗器匝间短路早期故障特征量。建立考虑谐波电压的电抗器匝间短路故障仿真模型,分析多工况下串/并联电抗器电气特征量的变化规律,提出基于电流谐波比的串联电抗器匝间短路故障诊断方法,及基于有功功率比的并联电抗器匝间短路故障诊断方法。搭建串/并电抗器匝间故障试验平台,通过试验验证了所提方法的正确性和有效性。

考虑电容电压平衡的混合型MMC调制波分配策略

针对过调制运行下混合型模块化多电平换流器半桥与全桥子模块之间的电容电压不均衡问题,提出一种桥臂调制波内部动态分配控制方法。首先分析混合型模块化多电平换流器子模块电容电压差异的产生机理;然后提出一种桥臂调制波分配方法,以两种子模块电容周期能量积累差异为控制对象,通过调制波初步分配和限幅环节动态修正调制波在半桥与全桥子模块之间的分配比例,最终生成相应的调制信号;最后,通过仿真与硬件在环实验验证所提策略的有效性。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。

具有中点电压平衡与零序电流抑制的T型三电平逆变器供电六相PMSM-DTC

在三电平六相电机驱动系统中,存在中点电压不平衡及零序电流导致定子电流畸变等问题。为此,该文针对T型三电平逆变器供电的六相永磁同步电机,提出一种具有中点电压平衡与零序电流抑制功能的直接转矩控制(DTC)策略。为实现DTC的快速构建,该策略基于两电平三相电机DTC结构,利用精简后的开关状态,在六相绕组轴线上分别合成满足控制要求的4个电压矢量,然后通过两个滞环比较器结合简单的扇区划分,确定最优电压矢量所在轴线,同时构建中点电压与零序电流控制平面,并对系统在控制平面所处扇区进行判断。在此基础上,根据最优电压矢量所在绕组的相电流iy的极性,实现最优电压矢量的选择,并进一步构建DTC最优开关矢量表。最后,通过实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。