基于改进型双模分数阶重复控制器的高速磁悬浮电机谐波电流抑制

主动磁悬浮轴承系统的转子不平衡和传感器跳动会使系统产生谐波电流,从而导致谐波振动。重复控制器能同时抑制同频和倍频谐波,但传统重复控制器必须确保控制系统的采样频率与实际转频之比为整数,极大地限制了其适用性。为解决此问题,设计了一种改进型双模分数阶重复控制器。采用拉格朗日插值法将分数阶变为整数,解决了重复控制的非整数延迟问题;通过双支路独立地消除奇偶次谐波,第1次、2次、3次、4次和5次谐波分别降低了87.9%、61.3%、86.9%、36.9%和85.3%。仿真和试验结果验证了改进型重复控制器对谐波电流抑制的精确性和有效性。

光伏并网逆变器故障穿越暂态电流抑制及实证

根据相关国家标准要求,大型光伏并网逆变器需要具备零电压故障穿越能力以防止其发生低压自动脱网,从而影响电力系统正常稳定运行。在分析光伏并网逆变器零电压穿越(ZVRT)标准的基础上,详细讨论了逆变器实现ZVRT的各项关键技术,包括:电网电压正负序分离及锁相、逆变器有功无功电流控制、电网电压不平衡时系统控制等。在此基础之上,进一步提出向系统电流环引入电网电压前馈分量超前相位补偿环节,以改善逆变器故障穿越瞬间并网电流过冲现象。最后利用RTDS硬件在环平台和一台500 kW样机的实验结果充分验证了所提光伏并网逆变器ZVRT控制策略的正确性和有效性。

含电流型潮流控制器的柔性直流电网故障电流抑制特性分析

为有效抑制多端柔性直流电网的短路电流,提出基于限流贡献度的电流型潮流控制器(CFC)故障抑制特性量化方法,以分析CFC参数对故障电流的影响。首先,分析了由全桥开关与电容器并联组成的桥式拓扑结构CFC的工作特性,提出了在故障发生时故障限流控制模式下的控制策略,以及与直流断路器协调配合的动作时序。然后,构建含CFC限流的直流电网等效电路,推导了故障发生各阶段电流的解析表达式。在此基础上,提出CFC限流贡献度的分析方法,研究CFC不同参数和动作时序下对柔性直流故障电流的抑制特性。

弱电网下基于虚拟同步机的并网逆变器短路电流抑制研究

随着电力系统中新能源发电渗透率的提高,电网逐渐趋于弱电网,导致发电系统中低惯量、弱阻尼现象日益严重。虚拟同步机(VSG)技术可以提高惯量增加阻尼,保证系统在小扰动下的动态稳定性。然而高渗透率的电网系统为非无穷大系统,当网侧发生短路故障时,故障瞬间产生因非周期分量引起的暂态冲击电流,仅依靠传统的VSG控制无法有效地抑制短路电流,难以保证系统在大扰动下的暂态稳定性。针对以上问题,本文基于VSG暂态功角特性,提出了适用于弱电网的单位圆混合相量分析法,并结合提出的动态调节控制策略能够在电网阻抗波动时有效地抑制短路电流的稳态值和暂态冲击峰值,保证了系统的暂态稳定性。仿真和实验结果验证了本文所提控制方法的正确性和可行性。

基于MPC的五桥臂双电机公共桥臂电流抑制方法

基于模型预测控制的五桥臂逆变器存在公共桥臂电流过大的问题,以五桥臂逆变器下的双永磁同步电机系统为研究对象,在模型预测控制策略的基础上对公共桥臂电流抑制方法展开研究。结合五桥臂双永磁同步电机系统的拓扑结构以及模型预测控制策略的算法架构,探讨了公共桥臂对应的两相电流相位差对其电流的影响,将基于转子磁链角度差的公共桥臂电流抑制方法应用于模型预测控制策略中,并对电流抑制效果进行实验验证和量化评估。实验结果表明,在均衡负载以及不均衡负载情况下,基于模型预测控制策略的公共桥臂电流抑制算法均能够实现较好的电流抑制效果。

自适应三次谐波注入的回接型LCL光伏逆变器共模谐振电流抑制方法

三电平逆变器具有损耗小、谐波低等优势,在非隔离型光伏系统中广泛应用。因其常采用中点回接型LCL滤波器抑制漏电流,易引发共模谐振电流,影响并网系统稳定性。为此,该文揭示了共模谐振电流的产生机理,研究了调制策略对共模谐振电流的影响。提出一种自适应3次谐波注入算法,有效降低了共模谐振电流。首先,为保证调制的正确性,推导了3次谐波注入系数的取值范围;然后,根据直流电压和调制度,提出了3次谐波注入系数的自适应律,以提升逆变器系统并网性能;最后,为便于工程应用,降低控制器的计算负担,推导了基于电流闭环控制的3次谐波注入实现方法,该方法计算量小、稳定性好、适用范围广。该方法为3次谐波注入调制算法的应用提供了理论支撑和实现途径,具有较强的工程应用价值。仿真和实验结果证明了不同工况下提出方法的正确性及有效性。

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame,MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral,PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

基于粒子群算法的光储微电网谐波电流抑制参数组寻优策略

单相逆变器负荷的瞬时功率含有二倍频脉动功率分量,导致输入源中存在二次谐波电流。以光储微电网为例,提出基于陷波器和准比例谐振控制器的谐波电流抑制方法。在陷波器和准比例谐振控制器的作用下,电感支路表现出在二倍频处呈现高阻抗、非二倍频处呈现低阻抗的差异化特性,既实现了二次谐波电流的抑制,又满足了动态性的需求。针对该控制器参数选取不当导致动态性变差和谐波抑制能力下降等问题,提出基于粒子群算法的抑制参数组寻优策略,利用其精度高和收敛速度快的优点,获得兼顾动态品质、稳定性及谐波抑制能力的最优抑制参数组。实验结果验证了所提方法和寻优策略的有效性。

基于复合虚拟阻抗的混合储能系统功率分频协调与谐波电流抑制策略

混合储能系统在传统下垂控制下不能根据蓄电池和超级电容各自的储能特点和动态响应进行功率合理分配,同时单相逆变器负荷的存在导致前级变换器和输入源产生二次谐波电流,这将缩短系统的使用寿命,破坏系统稳定运行。针对以上问题,该文提出一种基于复合虚拟阻抗的功率分频协调与低频谐波电流抑制策略。在复合虚拟阻抗作用下,系统等效输出阻抗在低频段和高频段分别由蓄电池侧和超级电容侧阻抗主导,此时蓄电池提供系统功率波动的低频分量,抑制直流母线电压波动以稳定系统能量供需平衡,超级电容快速吸收系统功率波动的高频分量,提高系统的动态响应。在此基础上分析了复合虚拟阻抗使电感支路在二倍频时呈现高阻抗,非二倍频时呈现低阻抗,从而抑制二次谐波电流。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法

由于现有的谐波电流抑制方法的推力波动较大,且抑制效果差,文章提出了考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法。通过分析输入正弦波时的径向电磁力,成功建立了风力发电机组全功率变流器的谐波分析数学模型。同时,考虑利用谐波注入法来生成电流指令,运用谐波电流控制器(Harmonic Current Controller,HCC)抑制谐波电流,实现对风力发电机组全功率变流器谐波电流的抑制。实验结果显示,应用所提方法的实验组的推力波动为0.5%,推力曲线波动范围最小,有效提高了谐波电流抑制效率,应用效果较好。

基于谐波电流抑制的双三相PMSM容错型直接转矩控制

针对六相PMSM电机直接转矩控制系统在缺相运行时存在的转矩脉动大和电流谐波大等问题,提出了改进方法。根据矢量空间解耦的思想,推导出电机缺相后的数学模型和电压矢量方程,通过方程画出缺相后的电压矢量在基波平面和谐波平面的分布,分析了电压利用率的问题,在利用原始矢量制作出电机故障前后共用一个开关表的基础上,加入虚拟矢量合成后减少电流谐波的想法,以减小电机在直接转矩控制系统中缺相运行时的转矩脉动和电流谐波。利用虚拟合成矢量制作出电机在故障前后共用的一个开关表。仿真建模并验证了该方法的正确性。

基于谐波观测器的永磁同步电机谐波电流抑制策略研究

针对传统基于谐波注入的抑制策略只对特定的次电流谐波有效,而对其他幅值较高的低次谐波抑制效果不够理想的问题,在推导出与永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)、变流器及负载非线性等因素有关的电压、电流谐波解析表达式的基础上,提出一种新颖的基于谐波观测器的电流谐波抑制策略,通过对电压谐波的控制实现对PMSM/变流器系统中全频次低频电流谐波的有效抑制。所设计的谐波电流调节器通过与电流内环的基波电流调节器的并联,实现了对电流的基波分量和谐波分量的解耦控制,在不影响基波电流控制目标的前提下,实现了对于低频各次电流谐波的有效的抑制。为验证算法的有效性,在实验室搭建PMSM/变流器系统测试平台,进行电流谐波抑制策略的实验验证工作。动静态实验结果表明,该方法运算量小、实现方式简单,对各次低频电流谐波均有较为明显的抑制效果,可以有效的改善电流波形。

共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术综述

开绕组电机系统是将星形绕组中性点打开,两端各接一个逆变器的特殊级联供电方式。在只能提供单一直流电源时,2个逆变器共用同一个直流电源,称为共直流母线结构。由于其具有所需电源数目少、输出功率高、有效电压矢量多样,以及冗余性和容错性强的优点,在高电压、大功率、安全性要求高的场合下有广泛的应用前景。同时,由于该结构存在零序通路,零序电流会产生额外损耗和转矩脉动。因此,有效地抑制零序电流是该结构能够广泛使用的必要条件。通过总结共直流母线开绕组电机系统在国内外的研究和发展现状,介绍共直流母线开绕组电机系统的拓扑结构及其零序电流产生机理,并对零序电流抑制技术进行全面归纳总结。最后,讨论共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术的发展趋势。

共直流母线开绕组变压器双逆变器的零序电流抑制策略

开绕组变压器双逆变器拓扑具有多电平输出、直流电压利用率高、调制自由度大、易容错的优点,在光伏并网发电系统中得到广泛的研究。当该拓扑共直流母线时,会存在零序电流的问题,而传统基于120°解耦调制的零序电流抑制策略会导致两逆变器的有功功率分配不均,影响系统性能。针对上述问题,提出一种基于新型零序电压消除空间矢量调制的零序电流抑制策略,所提调制策略仅选择零序电压为零的矢量进行调制,并通过合理配置开关时序使两逆变器的输出电压矢量幅值相等且相位互差180°,另外,两逆变器零矢量的作用时间可动态调节,用于抑制死区、管压降等非线性因素对系统零序电压的影响。所提方案可在有效抑制系统零序电流的同时,保证了两逆变器始终处于功率均分状态。最后,通过搭建实验平台,验证了所提策略的可行性和有效性。

基于通用选择性分数重复控制的磁悬浮转子谐波电流抑制

在磁悬浮转子系统中,转子的质量不平衡和传感器误差不可避免地会产生谐波电流,由此产生谐波振动。重复控制是一种消除控制系统周期性扰动的方法,传统的重复控制器等效地补偿所有谐波频率分量。然而,在磁悬浮转子系统中,谐波电流中低次谐波成分通常表现为主导谐波。针对这些问题,提出了一种基于通用的选择性分数阶重复控制的磁悬浮转子系统的谐波电流抑制方法,建立了kn+i阶离散周期序列的内模。通过引入具有独立控制增益的并联重复控制结构,并根据具体谐波幅值大小调整每个支路控制器增益,加快了系统的瞬态响应速度;采用分数延迟滤波器实现了抑制低次主导谐波时的频率的自适应,给出了系统稳定性判据。在磁悬浮转子系统中验证了该方法的有效性。

含转子不平衡的磁轴承建模与同频电流抑制

为实现含转子不平衡的磁轴承系统动力学建模与同频电流抑制,分析了同频电流、力和力矩的产生机理,即转子不平衡(含静不平衡和动不平衡)经控制器、功放系统、感应电动势在磁轴承线圈中引起同频电流,进而与电流刚度和位移刚度相互作用产生力和力矩,完成了径向4自由度全主动磁轴承系统的建模。对该模型进行了数学求解和验证,提出了一种基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法,可有效抑制控制器、功放系统和感应电动势产生的同频电流。仿真和实验验证了该方法的有效性,与传统的控制器串联陷波器方法相比,基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法还可减少感应电动势引起的同频电流,同频电流进一步衰减了8.8dB。

采用桥臂电抗器耦合的MMC直流侧故障过电流抑制新方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)直流侧发生短路故障时换流站闭锁前桥臂过电流的抑制问题,提出了一种采用桥臂电抗器耦合的过电流抑制新方法。该方法不仅有效抑制故障电流,还能够改善系统的稳态运行。首先建立了采用桥臂电抗器耦合的MMC拓扑,阐明桥臂电抗器耦合原理。然后对该系统直流侧故障过电流进行分析,继而选取最佳的耦合系数。最后在Matlab中搭建了双端31电平系统仿真模型,分别在正常运行和故障两个阶段,将采用普通电抗器与采用耦合电抗器的系统各参数进行对比。仿真结果验证了所提方法的有效性。

一种机载DC/DC浪涌电流抑制电路的设计

为了满足EMC要求,通常需在机载二次DC/DC的输入端并联大容量电容,导致开机瞬间形成很大的浪涌电流,从而引起系统异常。常规的抑制方法是在输入端串联电感、NTC热敏电阻,或者串联MOS管并简单控制其缓慢开通。但这些方法存在输入电压振荡、高温时抑制失败,或者启动延时长且不能抑制重复快速浪涌等缺点。基于MOS管的密勒效应,设计了一种能够延长MOS管开通上升时间的电路,使电容电压上升速率变缓,从而抑制浪涌电流。仿真及验证结果表明,该电路具有启动延时仅有10ms、可抑制最高60 Hz的重复快速上电浪涌、上电速率可调等优点。

配电网故障状态下柔性多状态开关故障电流抑制策略

为抑制配电网交流故障持续期间柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)注入短路点的故障电流,首先采用基于解耦双同步参考坐标系的瞬时对称分量分解方法对配电网不对称故障期间FMSS故障侧端口出现的负序、零序电流进行抑制。进一步推导出配电网三相短路接地故障时FMSS在不同运行工况下的系统向量图,利用对称分量法建立含FMSS配电网故障时的复合序网,分析配电网在对称性故障、不对称性故障时的故障电流大小,提出了一种带电压死区的无功下垂控制策略,实现故障状态下对FMSS注入短路点故障电流的有效抑制,同时根据配电网母线电压幅值变化相应地修正无功功率外环控制器指令值,利用FMSS对配电网提供无功支撑,改善馈线电压质量。采用MATLAB/SIMULINK搭建三端FMSS模型进行仿真分析,验证了所提方法的有效性与正确性。