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。

一种级联H桥型静止无功发生器电容电压平衡控制策略

为解决级联H桥型静止无功发生器的电容电压平衡问题,该文在载波移相脉宽调制基础上,分析了调制波幅值与电容电压变化量的关系,提出了调制波增补量法,即在保证总调制波幅值恒定及各H桥调制度小于1的前提下,根据同一相中各电容电压与其平均值的误差为各H桥调制波引入增补量,从而实现电容电压的平衡。通过Simulink数值仿真分析与实验验证,表明该文提出的调制波增补量法具有良好的电容电压平衡能力,且对静止无功发生器(static var generator,SVG)输出电流影响不明显。该方法控制参数少,避免了繁琐的排序运算,易于数字控制器实现,具有良好的实用推广价值。

基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器桥臂电容电压平衡控制策略

建立了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的详细数学模型,讨论了串联式接入系统和并联式接入系统对MMC内部特性的影响,结果显示串联式接入更易出现上下桥臂电容电压不平衡现象;探讨了低频环流的本质,揭示了单相系统功率与环流的关系,得到通过控制桥臂电容电压可抑制低频环流的结论。以理想工况下桥臂电容电压为控制目标,设计了基于基频和负序二倍频旋转坐标系的电压平衡控制器,该控制器可同时适用于并联侧和串联侧。RTDS仿真结果证明在最近电平逼近调制下所提控制策略可有效控制桥臂电压平衡,并能抑制负序二倍频环流。

高频级联式整流器的电容电压平衡控制策略

在对级联式H桥多电平整流器的电路拓扑、工作原理进行简要叙述后,以相量图的方式对整流器交流侧稳态工作情况进行分析,指出在负载不平衡情况下保证电容电压平衡的条件。根据此条件设计了一种便于实现和扩展的电容电压平衡控制策略。该控制策略在平衡直流侧输出电压的同时,可实现交流侧单位功率因数。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的有效性。

H桥级联型整流器电容电压平衡控制策略

针对H桥级联型整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)的电容电压平衡问题,在建立CHBR数学模型的基础上,研究了一种基于PI控制的直流侧电容电压平衡控制策略,采用载波移相调制策略(carrier phase-shifted SPWM,CPS-SPWM),理论推导出调制比与有功功率之间的关系,得出该电容电压平衡控制的均压范围。搭建了三模块CHBR的仿真模型和试验样机,试验结果验证了该算法具有较好的均压能力。

基于二次谐波环流注入方法的混合MMC电容电压平衡控制策略

当高压直流输电系统直流侧电压降低时,混合模块化多电平变换器(MMC)将工作在过调制状态,面临电容电压不平衡的问题。分析过调制状态下混合MMC中半桥与全桥子模块电容充放电过程与能量变化,提出一种简化的二次谐波环流参考幅值的生成方法。采用二次谐波环流注入方法避免混合MMC中半桥与全桥子模块电容电压不平衡的发生,实现半桥与全桥子模块电容在一个周期内的充放电平衡,使混合MMC在直流电压降低时继续传输有功功率。仿真与实验结果表明,所提出的二次谐波环流注入方法能够有效实现混合MMC在过调制状态下的电容电压平衡。

一种改进的MMC电容电压平衡控制策略

针对模块化多电平变换器中子模块电容电压的平衡问题,提出循环置换映射电容电压平衡策略.通过改进的载波移相调制方式对子模块进行初步选择,选择的信号经过循环置换映射电压平衡单元筛选.该平衡单元在置换时间内将开关门信号均匀地分配到各桥臂的子模块之间,得到占空比相同的导通信号,利用桥臂的平衡控制输出稳定的电压波形.在PSACD/EMTDC软件中搭建仿真系统,仿真结果表明:电压波动在一定范围内,电压纹波基本一致,在较宽频率范围内实现电压平衡控制.所提出的策略能减少对子模块电容电压的监测,减少计算量,降低对系统参数的依赖,有效抑制电压纹波影响.

Y形链式STATCOM的相间电容电压平衡控制策略研究

Y形链式H桥形STATCOM在不对称运行工况下容易出现严重的直流侧电压不平衡问题,特别是各相之间的直流侧电压均衡控制非常困难。针对这个问题,在经典的分层控制策略的基础之上,重点针对Y形结构相间均压控制困难这一问题进行了深入分析和研究,提出了在不影响系统外部功率输出特性的前提下,通过注入零序电压分量的方法,使系统内部不平衡的功率可以在三相之间交换,确保各相的直流侧电压都能得到平衡。仿真试验证实了该控制方法的正确性和有效性。

LCL型1140V级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制策略

针对电网电压不平衡的情况,提出了一种LCL型级联STATCOM直流侧电容电压分级控制策略,采用正序电流控制了总体直流侧电容电压平衡、负序电流实现了各相间直流侧电容电压平衡控制、上下平移每个功率单元的调制波实现了相内直流侧电容电压平衡控制。该方法中各级控制之间没有参数耦合,既有联系又不互相干扰,且稳定性高,动态性能好。最后,通过MATLAB/Simulink仿真进行了验证。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

不平衡电压条件下VSG-SST控制策略

当低压配电网电压不平衡时,产生的负序分量将引起传统VSG控制中SST输出级发生电流不平衡和功率振荡现象,为此该文提出基于改进VSG的T型三电平输出级联合控制策略,以提高输出级电能质量。首先,对不平衡电压下VSG电流不平衡及功率振荡进行机理分析;其次,基于VSG控制算法和瞬时功率理论设计新型电流基准发生器,与正负序电流调节器实现级联控制,以此保障SST输出电流平衡及有功/无功功率恒定,实现不同运行工况的可靠切换;最后,对正负序分量分离方法和中点电位平衡算法进行分析研究,并对控制策略进行仿真验证。结果表明,所提联合控制策略有效可行,能保障电压三相不平衡工况下SST输出级并网电流功率质量。

特高压直流输电系统中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

三电平逆变器电容电压柔性平衡控制策略

针对二极管箝位型三电平逆变器的电容电压平衡问题,分析了PWM载波通式中的若干自由度,提出了基于改变载波零偏的三电平逆变器电容电压控制策略,从矢量作用时间方面研究了该控制策略在典型区间内的作用原理,并将结论推广到全部区间。进一步从直流侧电容电压的波动特性和输出性能方面考虑,提出了改进的三电平柔性平衡控制策略,通过在电容电压反馈中引入低通滤波环节和在输出控制中引入电容电压前馈环节来实现。在二极管箝位型三电平逆变器实验平台上得到实验结果证明上述控制策略的有效性。

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

最值函数算法下MMC电容电压优化平衡控制策略

现行的MMC-HVDC工程中,换流器的电容均压大多采取排序类算法,但此算法下,每个控制周期重新排序后,都会对子模块进行大量的重新投切,子模块的投切状态更改频繁。针对现行MMC-HVDC工程中排序算法高额开关频率的问题,采用基于最值函数的电容电压平衡控制算法,根据NLM调制方式的特性,对当前周期与上一周期上、下桥臂子模块投切数量的变化Δn,排序后不需要再重新投切当前桥臂需要投切的子模块数,而是只选择电容电压最大或最小的Δn个子模块,改变其投切状态,以及对需要更改投切状态的子模块进行调换,并根据投切数量的变化,将子模块的投切分为三种工作模式,针对不同的投切情况,完成子模块电容电压的平衡控制。经仿真验证,在最值函数算法下,子模块的投切频率明显降低,电容电压虽有一定程序的波动,但仍在可控范围内。

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control,LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。

基于广义电容电压不平衡度的MMC子模块开路故障诊断策略

模块化多电平换流器(MMC)广泛应用于高压大功率场合。MMC拓扑由大量的子模块(SM)组成,为了提高其运行可靠性,在其SM发生开路故障后,需要快速检测到故障并定位故障SM。现有研究基于经验的阈值设置在不同运行功率间难以推广。针对此,该文提出基于广义电容电压不平衡度的MMC子模块开路故障诊断策略。通过判断桥臂中电容电压最大SM的广义电容电压不平衡度是否超出设定阈值来检测故障,故障定位过程同样是基于该标志。通过理论分析,给出诊断阈值在不同运行功率下的设置方法。所提出的方法可以在不同功率点准确、快速地诊断出MMC子模块开路故障,并降低不同运行功率下阈值设置难度。最后通过硬件在环(HIL)平台验证了该方法的可行性。