基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。

基于级联H桥五电平变流器SAPF的应用研究

提出了基于级联H桥型五电平变流器的并联型有源电力滤波器,详细介绍了基于无差拍控制的交流侧电流控制和直流侧总电压闭环电压控制的原理。仿真和实验结果表明了SAPF系统在低开关频率情况下,能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

H桥级联STATCOM的控制策略及仿真

介绍一种新型H桥级联静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的拓扑结构,它由传统的12脉冲变换器和一个H桥链构成,结合了多电平、软开关和注入技术,降低了交流侧电压谐波含量,解决了串联开关动态电压平衡的问题。文章证明了其在大功率场合下应用的可行性和稳定性,针对系统的强非线性,利用局部线性化的方法,采用单变量控制策略设计比例积分调节器,实现闭环控制。仿真结果验证了该拓扑结构的STATCOM的优越性和所采取控制策略的可行性。

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。

风电场无功补偿工况下级联H桥STATCOM电压平衡控制

针对风电场高电压、大功率场合需要进行无功功率补偿的问题,提出一种基于级联H桥STATCOM的无功功率补偿控制及三相直流电压平衡控制方法。在对较大规模风电场等值的基础上,考虑了风电场中可能出现的电压不平衡情况,在正序和负序坐标系下分别提出了风电场无功功率补偿控制策略。为实现级联H桥STATCOM三相电容电压的平衡控制,分析了风电场与级联H桥STATCOM之间的功率流动,并根据有功功率流动情况,计算了相间电压控制的前馈补偿量和三相需要注入的零序电压,在反馈控制基础上加入前馈控制,从而提高了相间电压平衡的准确性。最后,在MATLAB/Simulink中建立风电场等值模型和级联H桥STATCOM无功功率补偿模型,仿真结果验证了在稳态和电网故障的情况下,所提控制策略对风电场动态无功功率补偿和对级联H桥STATCOM相间电压平衡的有效性。

基于MATLAB/Simulink的快速FCS-MPC级联H桥STATCOM耗散功率计算及分析

针对一种应用于级联H桥STATCOM的快速FCS-MPC策略,基于MATLAB/Simulink建立的通用器件耗散功率计算模型,结合器件特性及工作状态参数,仿真计算耗散功率,得到各种极端工作条件下,器件稳态耗散功率值及结点温度的波动范围。通过实验平台测试,验证了此方法的有效性和准确性。定量分析了电网电压、控制时间和开关损耗权重系数等参数改变对器件耗散功率的影响,为设备产品化热设计提供了参考范围及典型值,有利于分配合理的通路热阻,评估变流器热管理的合理性和可靠性。

级联H桥STATCOM直流电压失衡分析与控制策略

直流侧电压稳定与均衡控制是保证级联H桥STATCOM安全可靠运行的前提,针对配电网电网电压不平衡时STATCOM相间直流侧电压不均衡问题,基于dq坐标系建立系统三相功率模型,分析相间有功功率交换过程,从理论角度证明负序电流与相间有功功率的内在联系,继而提出一种利用负序电流前馈实现不平衡工况下级联H桥STATCOM相间直流电压均衡的控制策略;另一方面,通过对CPS-SPWM调制法的分析,证明在单位时间内各H桥子模块存在吞吐有功功率不相等的问题,虽然采用基波频率非整数倍载波在一定程度上能减少各子模块有功功率差异,但对相内子模块直流电压均衡控制的效果并不理想,针对这一不足,基于子模块独立控制思想,提出一种改进相内H桥子模块电压均衡控制策略。仿真验证证明了所提出的控制策略的正确性及可行性。

级联H桥多电平STATCOM的控制策略的研究

级联静止无功补偿器(STATCOM)在大功率器件和高电压等级中的运用相当普遍,但存在STATCOM的直流侧电容电压不平衡问题。针对这一问题,基于STATCOM的工作原理,提出了一种基于直流侧电容电压平衡的控制策略,并在MATLAB/SIMULINK仿真软件上搭建相应的仿真模型。仿真运行结果表明系统在进行无功补偿的同时还能实现各相电容电压平衡,从而检验证明了该控制策略的正确性。

电网电压跌落下基于零序电压注入的星形级联H桥STATCOM相间直流电压均衡控制策略

星形级联H桥STATCOM通常采用零序电压注入的方式实现相间直流电压均衡。不同于负序电流注入,基于零序电压注入的相间直流电压均衡控制在三相三线系统中不会产生零序电流,有利于系统的电能质量。在传统的控制算法中,零序电压通过不平衡的有功功率与电流计算得出。控制算法包含大量的复杂运算与矩阵运算,需要消耗控制器大量的资源,不利于系统设计与扩展。不仅如此,为了提高电网电压不平衡下的动态性能,在前馈控制中引入正负序分离,增加控制算法的复杂度。为了简化控制算法,该文提出采用PI调节器线性调节零序电压在dq坐标系上的直流分量。同时,通过理论分析,发现前馈控制中的零序电压与电网零序电压相等,故可去除正负序分离,进一步简化算法。最后,搭建400V/7.5kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提出的控制算法。

基于STM32分布控制的级联H桥STATCOM设计

针对目前级联H桥STATCOM存在的结构的冗余度较低;采用IGBT时成本较高;控制系统与触发系统的电源较为复杂;系统信息传递由于隔离的需要,必须选用光纤通信,研究并设计了一款基于STM32分布控制的级联H桥STATCOM装置。文中介绍了该装置基本拓扑结构与控制系统的实现原理;采用低次谐波最小法原则计算出每个H桥中MOSFET的开通关断时间,实现拟合正弦波输出。分布控制部分由STM32系列芯片作为控制芯片,控制各H桥的触发、信息采集并将信息传递给作为主机的DSP芯片;在EMTP电力系统电磁暂态分析仿真软件中搭建了12H桥级联的仿真模型,仿真结果表明了设计的正确性和可靠性。另外,还设计了12H桥级联STATCOM的实验装置,该装置实现了设计功能,验证了文章内容的可行性。

小电容应用下的三角形联结级联H桥STATCOM建模和最优控制器设计

三角形联结级联H桥静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)能够提高电网的传输效率和电能质量。H桥直流侧小电容的使用可以减少STATCOM的建造成本和占地面积。然而直流侧电容的减小造成电容电压的波动增大,导致小电容STATCOM数学模型和传统STATCOM有所不同。文章考虑了H桥直流侧小电容应用下的电容电压波动对系统模型的影响,建立了针对三角形联结级联H桥STATCOM的基于多变量系统的状态空间模型,进而提出了一种基于多变量最优控制的有限时域线性二次调节器(Linear quadratic regulator,LQR),旨在将系统内部的多个变量在所定义的性能指标函数下进行最优调节,该方法相较传统的级联PI(D)控制器系统,具有通用性好、便于处理内部变量耦合问题等特点。最后,通过仿真对所建模的三角形联结级联H桥STATCOM系统和有限时域LQR控制器进行了验证。

兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略

针对三相级联H桥STATCOM传统三层电容电压平衡控制中,相间电压均衡控制动态性能较差,易对电网造成污染等问题,提出了一种基于模型预测控制兼顾电压波动抑制的相间电压平衡策略。与传统控制相比,该控制策略构建了包含相间电压均衡与直流侧波动抑制的新型价值函数,并基于此函数动态调节注入的零序电压,利用零序电压在剩余调制电压区间内连续的特点,提高级联H桥STATCOM相间平衡的动态性能,同时在一定程度上抑制了直流侧电容电压的波动。所提零序电压注入方案利用系统的剩余调制电压,使系统无需对注入的零序电压进行限幅处理,有效避免过调制问题,简化了控制系统。在五电平星型级联H桥STATCOM实验平台上进行实验验证,结果表明基于模型预测控制的级联H桥STATCOM相间电压均衡方案在提升相间均压的动态性能与直流侧电压波动抑制方面具有显著效果。

单相级联H桥APF载波相移梯形波脉宽调制与电容电压平衡控制方法

针对电气化铁路谐波污染的电能质量问题,将载波相移梯形波脉宽调制CPS-TPWM(carrier phase-shifted trapezoidal wave pulse width modulation)策略引入到单相级联H桥多电平有源电力滤波器APF(active power fil?ter)中,同时在单相级联多电平有源电力滤波器直流侧电容电压控制上采用内外层控制策略,以提高直流侧电压的均衡性和稳定性。结合数学分析,搭建3个单元模块的单相级联H桥多电平APF主电路和控制系统进行仿真验证。结果表明:所提方法能够有效抑制电气化铁路中的谐波电流,并且能提高各单元模块直流侧电容电压的稳定性和均衡性。

级联H桥STATCOM控制算法研究

针对级联H桥静止同步无功补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)提出了一种基于虚拟磁链跟踪的PWM算法。首先建立虚拟磁链的数学模型,以虚拟磁链跟踪和子模块电容电压平衡为目标建立PWM调制算法,然后结合STATCOM双闭环控制来确定各相调制信号。最后搭建了Matlab/Simulink仿真实验平台,仿真结果表明:所提出的虚拟磁链追踪PWM算法具有很好的调制效果,电容电压平衡得到了很好的控制,并且级联H桥STATCOM具有很好的动态响应特性。

低压级联H桥STATCOM的容错控制研究

为提高低压级联H桥STATCOM的可靠性,在保证故障模块准确定位的前提下,将主动隔离和桥臂冗余技术应用于STATCOM中,使其在不停机的情况下主动重构结构,实现容错控制运行。通过在MATLAB/Simulink搭建1 140V低压级联H桥STATCOM仿真模型,验证了该方法可有效实现STATCOM的继续运行。

级联型STATCOM电容电压平衡控制仿真研究

为了克服级联H桥型静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)由于并联损耗、混合损耗和脉冲延迟等原因造成的STATCOM损耗有功功率和直流侧电容电压不平衡;本文首先阐述了级联型STATCOM的基本数学原理并分析了基于前馈解耦控制的无功功率控制策略;然后提出了一种新的基于总有功功率和电压均衡控制的控制策略;基于MATLAB/SIMULINK搭建了系统级仿真模型并搭建了实物实验平台,仿真和实验波形均有效的验证了所提出的控制策略的正确性。

级联型STATCOM电容电压平衡与无功功率控制策略研究

针对级联型STATCOM级联H桥单元直流侧电容电压的平衡与稳定问题,提出了一种新型的基于电力电子功率变换控制技术的均衡控制策略。该控制策略不仅实现了级联H桥电容电压平衡控制,而且实现了无功功率的有效控制。文章首先建立级联型STATCOM的数学模型,分析了其工作原理,然后详细介绍了所提出的控制策略,利用工频稳态模型得到不同负荷工况下的直流电压值,通过PI控制器实现电容电压的均衡控制。最后matlab/simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的有效性。

基于CPS-SVPWM调制的链式STATCOM直流侧电压控制策略

在高压场合(10 kV或35 kV),可以采用H桥级联的链式星形STATCOM进行无功补偿。采用传统SPWM调制时,其直流电压利用率不高,需要多个H桥级联,成本较高、可靠性较低。空间矢量调制技术(SVPWM)有提高电压利用率的优点,可以有效的减少H桥的个数,但当电平数较多时,其计算过于复杂。因此文中介绍了一种应用于星形连接链式STATCOM的简化SVPWM算法,将两电平空间矢量调制技术与载波移相调制技术相结合,能够有效提高直流电压利用率并且降低计算的复杂性;在此基础上,文中提出一种直流电压分层控制策略,以实现各H桥直流侧电压的稳定与均衡。在仿真软件PSCAD中搭建模型进行仿真,验证了该调制算法及直流电压控制策略的正确性及可行性。

CPS-SPWM在级联型有源电力滤波器中的应用

提出了基于载波相移-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H桥型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。文中给出了载波相移技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法,并将其应用在并联型有源电力滤波器(APF)中,对直流侧总电压闭环电压控制的原理进行了验证。仿真和实验结果表明,该并联型APF系统在低开关频率情况下能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

链式STATCOM并网LCL滤波器参数的优化设计

分析了级联H桥变流器拓扑下STATCOM的LCL滤波数学模型,研究LCL滤波参数对STATCOM系统的稳定性、滤波特性、补偿效果和阻尼损耗的影响,提出一种链式STATCOM输出LCL滤波器电感比线性优化的新方法。在降低系统阻尼损耗的同时,对LCL参数进行优化设计和选择,使得STATCOM系统输出特性满足设计要求。最后,通过搭建电压10 kV、容量6 Mvar链式STATCOM的试验样机,验证了该方法的可行性和优越性。