基于双谐波线性化的级联H桥静止无功发生装置序阻抗建模与分析

在区域性大规模新能源发电系统中,集成级联H桥静止无功发生装置(SVG)的风电场与电网间频繁发生谐振。为了分析并解决该谐振问题,对级联H桥SVG的频域特性展开研究。由于现有的谐波线性化方法在建立模块化多电平变换器(MMC)序阻抗模型时存在忽略谐波作用、线性化过程复杂等问题,该文根据SVG的谐波特性,提出仅考虑基波与二次谐波影响的双谐波线性化建模方法,推导级联H桥SVG的序阻抗模型,该方法还考虑功率及控制电路中各变量谐波的影响,并引入矩阵的形式来简化线性化的过程与序阻抗模型。此外,在SVG控制小信号模型中还考虑了模块电容电压控制的作用,以提高序阻抗模型的精度。最后通过具体的开关电路仿真和原理样机实验验证了级联H桥SVG序阻抗模型的正确性,并分析与讨论了频率耦合效应的影响因素以及子模块电容的设计。

基于谐波线性化的模块化多电平换流器阻抗建模

模块化多电平换流器(MMC)的小信号阻抗建模是分析含MMC的电力系统谐振及稳定性的关键。MMC是一个多频率、非线性、周期性时变的系统,具有复杂的内部动态特性,传统的小信号建模方法无法直接用于MMC。采用谐波线性化法对MMC的交流侧小信号阻抗进行建模,计及谐波环流和电容电压稳态纹波的影响,并揭示了环流控制对MMC交流侧阻抗的作用机理。利用MATLAB/Simulink搭建三相MMC详细时域仿真模型,仿真测量结果验证了解析模型的正确性。

双闭环直流调速系统自持振荡的波波夫谐波线性化分析及仿真

电机调速系统中的非线性元件将会导致系统的自持振荡。波波夫谐波线性化是一种经典的频域分析自持振荡的方法,同时还可根据已设定振荡参数值求出需要校正的元件参数值,从而优化振荡效果。但是该方法计算量比较大,特别在高阶矩阵的情况下很难用人工完成精确计算,从而限制了其在工程实践中的应用。本文提出使用Matlab与Mathematica平台针对双闭环直流调速系统进行建模与仿真,抽取其中的晶闸管装置与速度调节器作为自持振荡元件分别进行计算与分析。分别得出两种元件的傅里叶级数模型,并完成自持振荡在高阶系统中的稳定分析与修正。仿真结果说明波波夫谐波线性法与Matlab以及Mathematica相结合可以对自持振荡有着很好的控制作用。

零位死区的谐波线性化及其对系统性能的影响

理论建模时比例方向阀零位死区常被忽略,而工程应用中常采用零位补偿法,这两种处理方法都忽略了零位死区本身的非线性特性及其对系统性能的影响。为此,提出了谐波线性化方法线性化零位死区,给出了线性化基波分量,推导了零位死区的描述函数,建立了考虑零位死区特性的系统数学模型,仿真分析了零位死区对自振幅值和自振频率、峰值时间及控制精度等系统性能的影响。仿真和试验结果表明,零位死区对自振频率和动态精度影响较大,对自振幅值、峰值时间和稳态精度的影响相对较小,同时也验证了该方法的有效性和考虑零位死区系统建模的正确性。

基于谐波线性化的滞环电流抗扰动控制方法

滞环控制的PWM变换器是强非线性环节,有扰动时加大了控制难度。分析了滞环电流控制原理、谐波线性化方法及系统稳定性,得出滞环电流控制传递函数模型、时滞和环宽与其他参数的函数关系、环宽的计算公式。根据滞环电流控制的特点,提出了将谐波线性化方法和ITAE优化控制、背驰定律结合实现对滞环电流抗扰动控制的方法。MATLAB仿真结果表明,谐波线性化处理后的控制器能够快速跟踪信号,同时具有较强的抗扰动能力,有很强工程适用性。

基于谐波线性化的三相LCL型并网逆变器正负序阻抗建模分析

在分布式发电系统中,并网逆变器作为主要的功率接口单元,其稳定性直接关系到并网系统的可靠运行。基于阻抗的分析方法可有效针对并网逆变器与电网之间的交互稳定性开展研究,因此并网逆变器的阻抗建模是进行阻抗稳定性分析的重要前提。该文以三相LCL型并网逆变器作为研究对象,采用谐波线性化方法,对锁相环(phase-locked loop,PLL)频率特性进行了建模分析,提出了一种锁相环调节器参数设计方法。同时,该文系统考虑了锁相环与数字控制延时等因素对阻抗特性的影响,结合谐波线性化和对称分量法,建立了三相LCL型并网逆变器的正负序阻抗模型。最后,对逆变器锁相环频率特性和正负序输出阻抗分别进行了仿真与实验验证,有效证明了理论分析的正确性。

基于谐波线性化的单相变换器改进镜像频率阻抗建模与稳定性分析

高铁动车组内部电力电子装置呈现出强耦合性与时变非线性特征,与牵引网阻抗的复杂交互使得牵引网侧电压电流出现低频振荡的不稳定现象。传统dq阻抗分析方法存在物理意义不明显、测量与建模较为复杂的缺点;而基于谐波线性化的传统镜像频率阻抗分析方法存在低频处建模不准确的缺点。针对这些问题,该文以CRH5型车为研究对象,提出一种单相变换器的改进镜像频率阻抗模型,分析了谐波在单相变换器中的产生机理与传递规律,阐述了系统参数对于低频振荡的影响机理。基于MatlabSimulink仿真平台,将该模型与传统3种镜像频率阻抗进行了对比,验证了该模型的准确性;最后,基于StarsimHIL半实物平台,对理论分析的结果进行了验证,进一步证明了该模型对于研究单相系统低频稳定性的有效性。

基于谐波线性化的三相LCL型并网矩阵变换器正负序阻抗建模分析

矩阵变换器具有优良的输入输出特性,在各个领域中得到了广泛的应用.为了研究矩阵变换器并网系统稳定性问题,采用谐波线性化阻抗建模法对矩阵变换器并网系统进行小信号建模,得到了具有清晰物理意义的正负序阻抗模型,再使用奈奎斯特稳定判据对系统进行稳定性分析.分析了锁相环参数设计对系统稳定性的影响.为了验证理论分析的正确性,文中在Matlab/Simulink中建立矩阵变换器并网系统仿真模型.仿真结果证明了理论分析的正确性,仿真数据表明合理的锁相环参数设计对矩阵变换器并网系统的稳定性具有重要意义.

基于波波夫谐波线性化的简化水电系统切换型频率振荡的近似分析

针对描述函数法无法直接近似分析有外部扰动输入的单机简化水电系统切换型频率振荡的问题,提出一种基于改进波波夫谐波线性化的近似分析方法。介绍含死区和限幅切换环节的单机系统在有负荷扰动(外部输入)下的模型及其有中心偏移的切换型频率振荡现象;分析描述函数近似分析对有外部输入系统的局限性和传统波波夫谐波线性化方法的不足;结合稳定极限环(切换型振荡)关于不稳定平衡点基本对称的现象,判断振荡时起作用的切换环节,提出一种改进的波波夫谐波线性化近似分析方法;以单边死区作用为例,介绍改进波波夫谐波线性化的具体实施方法。在单机简化水电系统的各类切换型振荡中验证方法的有效性。

用谐波线性化法研究非线性系统的稳定性

一切系统都是非线性系统,直接研究非线性系统是困难的,通常采用近似方法。谐波线性化方法是近似方法之一。本文用该方法研究了非线性系统的稳定性问题,给出了关于单变量非线性系统稳定性的一般性结论和在对角优势条件下的多变量非线性系统稳定性的结论及图解判据。

基于谐波线性化的滞环电流优化控制

滞环控制的PWM变换器是强非线性环节,难以通过优化控制和常规线性化处理来提高电流控制质量.为此,分析了滞环电流控制原理、谐波线性化方法及系统稳定性,得到了滞环电流控制传递函数模型,时滞和环宽与其他参数的一般关系以及系统自振荡频率的计算方法.根据滞环电流控制的特点,提出了将谐波线性化方法与ITAE优化控制律相结合的方法,以实现对PWM变换器的优化控制.Matlab仿真结果表明了所提出方法的有效性.

压电微定位系统的纳米分辨率线性化控制

本文简述了压电非线性产生的原因及用电荷控制法实现纳米分辨率线性控制的机理，并提出采用谐波线性化方法在实现线性化控制的同时提高系统的动态特性。

DC/DC变换器稳态运行谐波状态空间模型

针对传统的状态空间平均法在建模中损失纹波信息的缺陷,基于线性时间周期理论和谐波线性化理论,采用傅里叶分解法,建立DC/DC变换器稳态运行下的谐波状态空间模型,绘制DC/DC变换器的谐波等效电路,从频域角度描述拓扑电流和电压的映射过程;在输入侧加入小扰动,建立DC/DC变换器的谐波状态空间小扰动描述矩阵,对稳态谐波和扰动间谐波进行分析。仿真与实验结果表明,基于谐波状态空间的DC/DC电路建模方法具有极高的精确性,在未来多变流器的配网场景谐波分析中具有一定的工程运用价值。

弱电网下光伏并网系统锁相环参数自适应控制

针对弱电网下PLL(phase-looked loop,PLL)会使并网逆变器的稳定性下降问题,提出一种锁相环带宽自适应控制策略来实现锁相环参数依据电网实时阻抗值来获得最优的控制参数,保证系统最佳控制性能和稳定运行,从而提升跟网型逆变器在弱电网下的对电网阻抗的适应能力。利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,仿真结果证明自适应控制策略正确、有效。

基于波波夫谐波线化的无刷直流电机自持振荡

波波夫谐波线性化可较为准确地分析与研究复杂高阶非线性系统自持振荡的稳定性问题.将其运用到电动摩托车双闭环无刷直流电机的自持振荡研究当中,并采用Matlab计算与仿真.研究结果表明,双闭环中速度环可产生不稳定的自持振荡,电流环不会产生自持振荡,但有可能引起系统的不稳定,与实测结果相符合.说明速度环与电流环拥有不同的调节特点,两者相结合可以保证电动摩托车稳定运行;同时,波波夫谐波线性化对无刷直流电机的非线性稳定性研究很有帮助.

考虑桥臂多谐波耦合的模块化多电平换流器直流侧阻抗建模方法

提出了一种建立模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)直流侧小信号阻抗模型的方法,此方法基于谐波线性化原理,所建立的阻抗模型考虑了内部多谐波间的互相耦合作用以及不同控制环的影响,模型精确度高。首先,建立了考虑桥臂内部多谐波耦合的MMC稳态平均模型,并计算了桥臂内部稳态电气变量的各次谐波分量值;其次,采用谐波线性化原理推导出了考虑控制系统结构的MMC直流侧的小信号阻抗模型;然后,基于Matlab/Simulink建立了MMC直流侧阻抗时域仿真模型,仿真结果验证了所建立模型的精确性;最后,在上述基础上分析了控制方式对MMC直流侧频率阻抗特性的影响。

多非线性控制系统的整体合成校正

控制系统通常是多非线性控制系统。应用多非线性整体合成谐波线性化方法,把系统中多个非线性特性综合为一个合成非线性特性。它不仅可以抑制自振荡,而且还可以起到优化控制效果的作用。讨论了一个实例,结果表明,利用左乘放大系数的饱和非线性取代|e|控制律[1],将会显著改善控制系统的性能。

非线性控制系统分析方法的研究

阐述了用谐波线性化分析非线性系统的方法,并给出了非线性系统的稳定性判据,为在工程上分析非线性控制系统提供了一个很好的理论分析方法。

三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。

频率耦合阻抗模型的性质及其适用性分析

阻抗分析法是分析含电力电子装置电力系统谐振稳定性的有效方法,建立能够准确描述电力电子装置动态特性的阻抗模型是应用阻抗分析法的关键。该文论述了谐振稳定性的定义、物理机理和基本性质,对谐振稳定性的主要分析方法进行了评述。针对一个由非线性电阻构成的简单三相系统,推导了基于Fourier级数展开的谐波线性化模型和基于Taylor级数展开的增量线性化模型及其派生的频率耦合阻抗模型。揭示了频率耦合阻抗模型不是控制理论意义上的线性模型,因而不适用于与其他元件的线性模型联接在一起,并应用线性系统理论来分析电力系统的谐振稳定性,并构造了一个简单算例系统对上述论断进行验证。