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。

模块化多电平变换器三次谐波注入调制策略研究

相比于正弦调制策略,三次谐波注入调制策略可有效提高直流侧电压利用率、提高模块化多电平变换器(MMC)的容量,但输出电压、电流引入了高次谐波分量。子模块电容电压的波动过大将导致电容容量增加、成本增加,为此研究了高次谐波分量对MMC暂态特性的影响,尤其是对子模块电容电压波动的影响,并在PSCAD中搭建了仿真模型,仿真结果表明:采用三次谐波注入调制策略将在输出电压、输出电流中引入高次谐波分量,提升了MMC的传输容量,而且抑制了子模块电容电压波动,提升了MMC的工作特性。

一种基于3次谐波注入的并联三相四桥臂逆变器均流控制策略

三相四桥臂逆变器(3p4l)在三相三桥臂逆变器的基础上引入第四桥臂,使得三相能够解耦控制并具备带不对称负载能力,在此基础上采用3次谐波注入可以提高逆变器的直流电压利用率。若将多个三相四桥臂逆变器单元共直流母线并联,能够实现扩容。但是并联单元的电感电流若不采取控制,会导致环流问题,严重时会损坏逆变器。在基于平均电流均流控制策略的基础上,采用一种适用于模拟电路实现的3次谐波注入方式。由于主电路元器件参数的不对称性,并联单元各自生成的3次谐波不对称,增大了并联单元之间的零序环流。针对该问题,提出一种基于各并联单元3次谐波信号平均值法的三相四桥臂逆变器并联均流控制策略。在保留3次谐波注入的同时使得并联模块四个桥臂电感电流得到控制,消除环流,实现了并联桥臂均流。最后通过仿真和实验验证了控制策略的正确性。

基于最优三次谐波注入的改进APOD调制

在采用高阶滤波器的三电平变流器中,载波同相层叠调制(phase disposition,PD)产生的开关频率次边带谐波易扩散到高阶滤波器固有谐振点附近,引起输出电流谐波增加或振荡,而载波交替反相层叠(alternative phase opposition disposition,APOD)所需滤波器总电感量较大。针对以上问题,在定量分析比较PD和APOD两种调制方式谐波分布及边带谐波扩散特点的基础上,给出了两种调制方式总电感量约束方程。为保有APOD调制谐波分布集中优点的同时减小APOD总电感量需求,研究了一种基于最优三次谐波注入的改进APOD调制策略,分析了不同三次谐波注入量对APOD电压谐波分布及总电感量需求的影响,进而给出了以总电感量需求最小为目标的三次谐波最优注入量的计算方法,该方法可以实时根据当前调制度自动计算需要注入的三次谐波最优幅值,实现最优三次谐波的在线注入。最后,仿真和实验结果表明,所提策略不仅可以有效地避开高阶滤波器的谐振点,而且可有效降低主导谐波电压幅值,从而减小所需滤波器总电感量。

准Z源级联多电平光伏并网逆变器3次谐波补偿策略

光伏组件遮挡、老化等问题会使单相准Z源级联多电平逆变器单元间功率不平衡,严重时功率较大的单元会过调制,导致并网电流畸变甚至影响系统稳定。针对此问题,对单相准Z源级联多电平逆变器进行模型分析,阐述了过调制机理和最优3次谐波注入原理。在此基础上,提出一种优化的3次谐波补偿控制策略。该方法不仅能保证系统最大功率输出和单元间直流母线电压平衡,而且能根据拟合曲线选择出最优的3次谐波补偿系数,扩大逆变器运行范围,确保严重功率不平衡时所有单元都不过调制,抑制并网电流畸变效果明显。仿真和实验结果均验证了所提控制策略的有效性。

基于3次谐波无源注入法的谐波抑制技术

介绍了3次谐波注入抑制不可控整流电路进线电流谐波畸变的无源实现方法。采用Y接法电容器代替接地变压器作为3次谐波注入电路,并采用串联谐振电路提高3次注入电流的发生效率。分析了注入电路抑制进线电流谐波畸变的基本原理和谐波源的获得,研究了注入电路的基本特性,包括最佳注入条件、参数偏离谐振点的影响,以及固定注入电路参数条件下负载的动态变化范围等。实验结果表明,该方法具有比无源滤波更好的谐波抑制效果、比有源滤波更简单可靠的优点,应用前景较好。

含三次谐波注入的SPWM在dsPIC30F单片机上的实现

对于三相电压源型逆变器,采用普通规则采样PWM控制方法,其输出基波线电压的最大幅值仅为直流母线电压的86.6%;增加一定比例三次谐波成分,可将最大调制比增加到1.15并且不会产生过调制,提高了直流母线电压利用率;利用dsPIC30F单片机实现了三次谐波注入PWM,并给出了实验结果,验证了所用方法的正确性。

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期(P1)振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为-78 dBc/Hz和-109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。

三次谐波电压注入的五相感应电机SVM-DTC方法

将空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合,并根据集中整距绕组的特点,提出了三次谐波电压注入的五相感应电机SVM-DTC方法。对3种实现三次谐波注入的五相感应电机的SVM-DTC方案进行比较,并通过仿真实验分别予以实现。实验表明,提出的优化控制方案不仅实现了基波和三次谐波电压的闭环控制,并且同时保证了基波和三次谐波磁链的相位关系恒定,能够达到气隙磁密波形为准方波的控制要求。

三次谐波注入式五相永磁同步电机矢量控制策略

从矢量空间解耦的观点出发,建立了含有3次谐波磁场的五相永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)在旋转坐标系下的数学模型,揭示了绕组中各次谐波电流对机电能量转换所产生的不同作用,通过注入一定含量的3次谐波激磁电流,可以在提高电机输出转矩的同时,降低电机定子铁心的磁饱和程度。根据谐波注入前后逆变器功率容量保持不变的原则,通过理论推导和仿真分析,得到了电机输出转矩随3次谐波注入率的变化趋势,为五相PMSM的优化设计和性能分析提供了理论基础。设计了基于转子磁场定向的五相PMSM矢量控制系统,实现了对基波和3次谐波电流的解耦控制。仿真和实验结果验证了方法的正确性和可行性。

基于三次谐波电流注入的AAMC电容电压均衡策略

介绍了新型桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的拓扑结构和基本原理。该拓扑包括两个关键部分,即由绝缘栅双极型晶体管串联组成的导通开关和全桥子模块级联而成的整形电路。拓扑结构具有模块数量少、无环流、可处理直流故障等优点,但电容电压平衡是其亟待解决的难点之一。为解决该问题,提出了采用三次谐波电流注入以实现电容电压均衡的具体策略。具体实现过程分为两步:首先,通过换流变压器阀侧中性点和直流侧分裂电容构成能量回馈通路,然后设计了开环控制器控制三次谐波电流大小来保证整形电路总体能量变化均衡;其次,利用改进载波移相调制方法,对整形电路内部子模块进行能量再分配,该方法根据调制波与参考波比较得到需要投入模块的数量,并基于电流和模块电压监测结果触发相应的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上建立了每桥臂10个子模块的AAMC模型,仿真结果验证本文所提电容电压均衡策略的有效性。

三次谐波注入下多相感应电机稳态性能分析

针对采用3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机,该文提出一种基于等效电路与分布磁路法的稳态性能迭代计算方法,对3次谐波注入参数对于电机稳态性能的影响规律进行定量分析。结果表明,当3次谐波注入满足气隙磁通密度中3次谐波与基波“峰谷相对”,且3次谐波磁通密度幅值为基波的1/6时,谐波注入对电机稳态性能的优化效果达到最佳。以某型45kW十五相感应电机为对象进行计算与实验验证,结果表明,在气隙磁通密度最大值和电流有效值不变的情况下,采用3次谐波注入时的基波电压与输出功率相对无注入情况最大可提升约13%。

级联多电平STATCOM的三次谐波注入PWM法

讨论了一种优化的脉宽调制方法,即三次谐波注入法,应用在级联H桥型STATCOM的主电路中,使直流电压利用率和开关损耗两个指标同时优化。首先阐述了三次谐波注入法的基本原理,再通过仿真对比试验得出这种优化方法可以提高调制比最高至1.15,进而提高直流电压利用率。

单相五电平逆变器3次谐波自消除SHMPAM

为提升低开关频率单相五电平电压源型逆变器的输出电能质量,设计了一种改进的特定谐波缓解脉冲幅值调制(SHMPAM)策略。为单相五电平级联H桥逆变器的两个开关角建立了约束条件,从而推导出谐波幅值表达式,达到使3倍频谐波自消除的目标,同时还可以降低5次和7次谐波含量。利用一台单相五电平级联H桥逆变器样机开展了实验测试,结果表明新调制算法具有理想的3倍频谐波自消除能力,可作为单相多电平逆变器带线性和非线性负载的优化配置方案。

一种以优化MMC-HVDC运行特性的谐波注入调制策略研究

针对柔性直流输电的输送容量主要受到电力电子器件通流能力限制的问题,提出了一种三次谐波注入调制策略。分析了三次谐波注入调制策略的原理,研究了三次谐波注入调制对MMC-HVDC系统运行的影响,包括对比了三次谐波注入调制和传统正弦波调制策略下MMC的桥臂能量波动、子模块电容电压和桥臂电流的特性差异。在PSCAD中搭建系统仿真模型,分别在稳态和暂态运行工况下对上述理论分析进行验证,结果表明三次谐波注入调制策略对MMC-HVDC系统运行特性的优化具有积极作用。

注入式发电机定子接地保护的自适应整定

与通常的20 Hz电源注入式定子接地保护接地电阻高定值、低定值整定方案相比,自适应整定方案能够根据接地电流的允许值大小,按照发电机接地故障位置自动调整接地电阻的整定值,实现按照故障的严重程度执行保护动作。但现行的自适应保护原理在推导接地电阻整定值时没有考虑接地故障电流3次谐波分量的影响,当发电机中性点附近发生故障时,由于3次谐波电流较大,导致现行的自适应20 Hz注入式接地保护在发电机中性点附近存在保护定值整定偏低和拒动的情况。在综合考虑了接地故障电流基波分量和3次谐波分量影响的基础上,按照有效值定义的接地电流允许值大小自适应整定20 Hz注入式接地保护的接地电阻动作值,实现了20 Hz注入式定子接地保护无死区的自适应整定,有利于发电机的安全运行。

五相永磁同步电机三次谐波电流控制比较研究

三次谐波电流的注入可以有效提高五相永磁同步电机电磁转矩的输出。以铜耗不变和最大电流不变为约束条件,分析了2种约束条件下三次谐波电流与基波电流之间的比值对电磁转矩的影响。通过分析可知,当采用基于铜耗不变作为约束条件时,三次谐波电流参考值等于ψf3/ψf倍的基波电流参考值时,电磁转矩最大;当采用基于最大电流不变作为约束条件时,三次谐波电流幅值为基波电流的k w/(6k w-k w3/3)倍时,电磁转矩最大。在此基础上,根据基础电压矢量幅值、相位以及作用时间给出了3种空间矢量脉宽调制技术的最大基波电压利用率随V ref3/V ref1的变化趋势。最后,通过实验平台对比了3种空间矢量脉宽调制计算方法分别工作于2种约束条件下的控制效果。

三次谐波注人式五相永磁同步电机DTC

为了提高五相永磁同步电机(PMSM)的转矩密度,给出了含有3次谐波磁场的凸极式五相PMSM在3种坐标系下的数学模型,揭示了绕组中3次谐波电流与3次谐波磁场相互作用可以产生恒定的电磁转矩。此外,提出了一种基于基波空间和3次空间的双坐标空间的直接转矩控制(DTC)策略。实验表明,该策略实现了基波转矩及磁链、3次谐波转矩及磁链的同时控制,系统动态响应迅速。

基于SHEPWM的三电平三相逆变器中点电位主动平衡控制策略

在大功率系统中,常采用特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)以降低系统的开关损耗。针对三电平中点钳位(NPC)型三相逆变器在SHEPWM下的中点电位偏移问题,分析SHEPWM下逆变器输出相电压基波与3次谐波在不同电压相位范围内对中点电位的影响,设计两种在基波周期内对中点电位总充放电效果相反的开关角组合方案,并提出一种通过测量中点电位偏移值及中点电位滞环控制,选择不同的开关角组合方案进行调制的中点电位主动平衡控制策略。实验结果验证了所提出方法的实用性及有效性。

应用于VSC-HVDC输电系统中的新型混合脉宽调制技术

针对基于两电平电压源换流器(voltage source converter,VSC)的HVDC系统,为实现两电平VSC在获得较优谐波特性的同时,尽可能降低开关频率、提高暂态控制能力,文中提出一种将特定次谐波消除脉宽调制(selective harmonic elimination pulse width modulation,SHEPWM)与3次谐波注入SPWM相结合的混合脉宽调制技术。运用"幂和理论",提出一种两电平SHEPWM非线性超越方程组求解算法,可显著降低运算量。通过构建稳态控制单元、状态监测器、暂态控制单元与选择器,较好地实现了混合调制的目标。并通过仿真加以验证,结果表明,此混合脉宽调制技术可提高VSC-HVDC工程的效率、可靠性及经济性。