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。

三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器

提出一种三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器。该补偿器主电路由具有独立直流侧电容的三相电压源型逆变器通过单相耦合变压器级联而成,耦合变压器的容量为补偿器容量的1/3,具有逆变器中开关器件的开关应力小、直流侧电容电压波动小、补偿电流的波形品质好等优点。采用移相脉宽调制技术可以在不改变输出电压品质的情况下降低逆变器的开关频率,将输出电压的谐波主频带推至3倍开关频率附近,采用d-q解耦控制可提高补偿器的响应速度。考虑到补偿器中各逆变器可能存在参数不一致的问题,对各逆变器的直流侧进行电压平衡控制,仿真实验证明了该补偿器及其控制方法的正确性和有效性。

基于级联延时信号消除-锁相环算法的配电网静止同步补偿器控制策略

对于配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM),并网电压的相位实时检测是无功功率检测以及各种坐标变换的关键。在传统的基于同步旋转坐标系的锁相环的基础上,提出了基于级联延时信号消除(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)的锁相环算法,以抑制电网电压负序分量和谐波分量对检测结果的影响,并采用拉格朗日插值算法提高相位检测的精度和速度。将该方法应用于负载平衡和不平衡情况下的星形连接的级联式DSTATCOM系统中,平衡情况下采用基于分相控制和有功电压矢量叠加法的控制策略,不平衡情况下采用基于分相控制和零序电压注入法的控制策略,仿真结果验证了控制方法的正确性和有效性。

级联型静止同步补偿器的直流电压检测及控制方法研究

基于移相式载波脉宽调制原理,提出一种实用的检测各逆变单元直流电容电压的方法。该方法可大大减少传统电压检测方法中所需传感器的数量、简化系统结构、提高系统稳定性。在此基础上,提出直流电容电压平衡控制的方法。在基于Simulink的±50Mvar STATCOM仿真模型上进行仿真研究,搭建基于DSP的±1.5kvar STATCOM物理模拟装置。仿真和实验结果验证了所提出的电压检测及控制策略的正确性和可行性。

配电网静止同步补偿器新型双闭环控制策略

配电静止同步补偿器在配电网中能有效的解决电压跌落等动态电压质量问题。针对dq0坐标系下DSTATCOM系统数学模型强耦合、非线性的特点,提出一种模糊比例积分(PI)控制和最优跟踪控制相结合的DSTATCOM电压控制策略。在该控制策略中,电压外环采用模糊自适应PI控制,克服了传统固定增益PI调节器参数难以整定、自适应性差的缺陷。电压外环的输出作为电流内环的指令信号。电流内环采用基于最优跟踪控制的多变量控制器设计方法,避免了有功/无功电流的耦合作用给控制器设计带来的困难。仿真和实验结果表明,所提的DSTATCOM电压控制策略性能优良、结构简单、容易实现,满足DSTATCOM电压控制的要求。

新型混合级联多电平换流器型静止同步补偿器的设计

构建了新型混合级联多电平换流器(hybrid cascaded multilevel converter,HCMC)型静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)(即HCMC-STATCOM)的拓扑结构,并分析其工作原理,对两电平换流器直流电压和整形电路H桥子模块个数进行了优化设计。为实现两电平换流器和整形电路的协调控制及电容电压稳定控制,研究了两电平换流器和整形电路的调制策略,并提出了一种有效的控制方案。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了35 k V/±100 Mvar HCMC-STATCOM仿真模型,仿真结果表明了HCMC-STATCOM拓扑结构及其工作原理的可行性和控制方案的有效性。

混合级联多电平换流器型静止同步补偿器的优化设计

研究了混合级联多电平换流器型静止同步补偿器(HCMC-STATCOM)。对两电平换流器的直流电压和整形电路的模块个数进行了优化设计;对两电平换流器和整形电路的直流电容纹波电压进行了数学建模,为电容参数设计提供了理论基础;对HCMC-STATCOM与链式静止同步补偿器进行了对比研究,结果表明HCMC-STATCOM能够有效减少H桥的模块数目,同时能够显著减少储能电容的容量,有利于减少装置的成本及其占地面积。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了35kV/±100Mvar的HCMC-STATCOM仿真模型,仿真结果表明了HCMC-STATCOM拓扑结构的可行性和理论分析的正确性。

基于逆系统模型的配电网静止同步补偿器双变量非线性控制策略

通过分析配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)的输出电压与电网电压的相角差δ与装置吸收的无功功率和有功功率的关系,建立了DSTATCOM稳态逆系统数学模型。提出以稳态逆系统数学模型为主控制器、电流反馈闭环控制为辅助控制器的双变量(δ和M)电流控制策略,并通过调节δ角控制直流侧电容电压。同时在补偿电流与直流侧电容电压控制中引入非线性PID控制技术,使得装置具有很好的自适应能力。最后经DSTATCOM模拟装置证明了所提控制方法的可行性和有效性。

级联H桥型静止同步补偿器控制方法仿真分析

无功功率的传输对电力系统稳定性与安全性会产生不利的影响,传统的无功补偿技术已经不能满足要求。为提高无功补偿性能,在分析级联H桥型静止同步补偿器(STATCOM)的工作原理和拓扑结构的基础上,采用跟踪型脉宽调制(PWM)控制技术的电流直接控制方法,研究了级联H桥型STATCOM的稳态和动态的无功补偿作用。通过MATLAB仿真软件分析,仿真结果验证了控制方法的有效性和级联H桥型STATCOM的无功补偿性能。

级联H桥型静止同步补偿器触发脉冲的快速生成方法

详细分析基于对称规则采样和不对称规则采样的正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)脉冲生成方法的特点,并介绍一种应用在级联H桥型变流装置中的载波相移正弦脉宽调制(carrier phase-shifted sine pulse width modulation,CPS-SPWM)脉冲生成时序,在此基础上,提出一种基于不对称规则采样的CPS-SPWM脉冲的快速生成方法。分析研究基于该方法的级联H桥型变流装置输出电压的基波特性。理论分析、仿真和实验结果表明,该方法相对基于对称规则采样的CPS-SPWM脉冲生成方法,既没有增加采样频率,也没有增加计算工作量。同时,装置输出电压的基波分量不仅延时缩小1半,仅滞后调制波1/4个载波周期,而且幅值有所提高,波形的不对称性也有所改善。

考虑数字控制延时影响的LCL型配电网静止同步补偿器稳定性分析

介绍一种考虑数字控制延时影响时LCL型配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的系统稳定性研究方法。通过分析延时给有源阻尼及其等效的虚拟电阻带来的影响,揭示延时环节与系统稳定性的内在联系。引入一个有源阻尼系数的临界值,将滤波器谐振频率划分成高、低两个频域,再通过判断有源阻尼系数与临界值之间的大小关系,分别在两个不同的谐振频域内推导出计入数字控制延时影响时的系统稳定条件。仿真和实验分别对研究方法进行了验证。

新型配电网静止同步补偿器的仿真研究

对配电网静止同步补偿器进行了分析研究,确定了基于瞬时无功功率的改进型d-q变换矢量理论检测方法,并采用了基于预测表的双变量新型控制方案;同时,利用MATLAB软件,对DSTATCOM系统进行了仿真研究。仿真结果表明,配电网静止同步补偿器的检测和控制方法,能有效地实现无功动态补偿。

基于载波变频脉冲宽度调制技术的级联型静止同步补偿器

针对当前静止同步补偿器(STATCOM)存在的问题,提出了将载波变频技术脉冲宽度调制VFCB-PWM与级联H桥型多电平变换器相结合的级联型静止同步补偿器,阐述了载波变频技术的工作原理及其具体实现方法。Matlab仿真结果表明,该级联型静止同步补偿系统能在较低开关频率情况下准确、有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

基于改进型i_p-i_q法的配电静止同步补偿器

快速、准确的补偿指令电流检测方法是提高配电静止同步补偿器(D-STATCOM)补偿性能的重要环节。在瞬时无功功率理论基础上,提出一种改进型i_p-i_q检测法,该方法利用基波正序电压提取模块代替传统i_p-i_q检测法中的电压检测电路,通过对线电压进行三角函数变换获得基波正序电压的相位,从而在三相电网电压不对称和畸变时仍能准确提取补偿指令电流。仿真和实验结果表明,基于改进型i_p-i_q检测法的D-STATCOM能准确获得补偿指令电流,可对谐波和无功进行有效补偿,证明了所提方法的有效性。

配电静止同步补偿器的补偿电流检测方法

配电静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)用于负荷补偿时,补偿电流指令信号的检测环节对其补偿性能有着重要的影响。该文提出了一种基于同步旋转坐标变换的谐波、无功和负序电流综合检测方法。该方法利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,然后以对称三相电压形成的合成矢量作为同步旋转坐标系中的d轴,将负荷电流矢量投影到电网电压矢量上,通过低通滤波器后便可得到要检测的补偿电流指令信号。与传统的同步旋转坐标变换法相比较,该方法计算简单,且在电网电压不对称条件下,仍能很好地检测出负荷电流中的谐波、无功和负序分量,满足DSTATCOM负荷补偿的要求。同时还根据功率平衡准则对文中所提检测方法的原理进行了简单的分析。理论分析和仿真结果证明了该文所提检测方法的正确性和有效性。

基于静止同步补偿器的主动配电网分区电压控制

主动配电网(active distribution network,ADN)中分布式电源(distributed generation,DG)的规模化接入与应用使得电压控制面临更加严峻的挑战。针对ADN提出一种基于电压控制设备响应速度的分层、分阶段电压协调控制框架,重点研究分区电压控制层中静止同步补偿器(distributed static synchronous compensator,DSTATCOM)和DG协调配合的两阶段分区电压控制策略(two-stage zonal-voltage control,TSZVC):在第1阶段,DSTATCOM采取考虑区内相邻线路潮流的电压控制策略,DG不参与电压控制;在第2阶段,DSTATCOM和DG进行平滑无功转移,确保DSTATCOM维持一定的无功容量可再次投入电压补偿。Simulink仿真表明,TSZVC综合优化了ADN中区域各公共连接点的电压水平,有效避免了传统配电网电压控制缺乏管理引起的调压设备和调压控制策略相互干扰影响的问题。

配电静止同步补偿器的模糊自适应PI控制策略

研究配电静止同步补偿器(D-STATCOM)用于补偿电压的模糊自适应PI控制策略。分析了d-q坐标系中D-STATCOM数学模型的特点,指出传统的PI控制很难满足D-STATCOM控制系统的要求。对传统的电压外环/电流内环双闭环控制策略进行了剖析。针对该控制策略中PI调节器参数难以整定且控制器缺乏自适应性的不足,本文引入了基于瞬时功率平衡的直接电压控制策略和模糊自适应PI控制策略。仿真和实验结果表明,本文提出的控制策略算法简单、性能优良、实用性强,满足D-STATCOM电压控制要求,具有较强的工程应用前景。

配电网静止同步补偿器的自抗扰控制

针对配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)系统非线性、多变量、强耦合特性、D-STATCOM系统模型的不确定性和不确定性干扰对D-STATCOM控制的影响,研究了D-STATCOM的自抗扰控制技术,提出了一种新型的D-STATCOM自抗扰控制策略,当D-STATCOM系统参数发生变化或遇到不确定扰动时,D-STATCOM控制器仍能保持良好的控制性能以及强的自适应性和鲁棒性。给出了控制器设计的详细过程,并在MATLAB/Simulink环境中建立了系统的仿真模型,给出了仿真和实验结果。仿真和实验结果证明了自抗扰控制策略的正确性和有效性。

静止同步补偿器与微网在配电网无功电压协同控制中的联合运用

为使微网更易被配电网接纳并担当更多职责,将微网与现有电能质量装备配合使用是条新思路。提出一种由配电静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)和微网构成的无功电压协同控制系统。系统由较小容量的DSTATCOM作为连续子系统,进行快速连续无功调节;由微网作为离散子系统,提供较大容量的分级无功功率,二者协同工作实现无功电压的迅速调整。仿真表明,联合运行系统能较好地平抑电压波动,这种联合运行模式有利于降低微网并入配电网的门槛,实现高品质可靠供电,同时也降低了原有用户电力装置的容量,使分布式发电在供能的同时发挥了电能质量调节的作用。

含有限流式静止同步串联补偿器的直流配电网

将固态限流器(FCL)与静止同步串联补偿器(SSSC)连接,构成限流式静止同步串联补偿器(SSSCFCL)。将SSSC-FCL连入直流配电网后,能够改善配电网的电能质量,提高配电网的稳定性。提出了含有SSSC-FCL的双层环状直流配电网拓扑结构,利用PSCAD/EMTDC对提出的拓扑结构进行建模,对直流配电网的正常工况和故障情况进行了仿真。仿真结果表明:SSSC-FCL能够对线路的潮流进行调节;当系统发生故障时,FCL模块能够有效限制短路冲击电流,同时保障非故障线路正常运行,提高了直流配电网的稳定性。