载波轮换调制在级联H桥型STATCOM中的应用

级联H桥型静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)通过调节单模块有功功率来达到均压的目的,但是会对输出无功电流产生影响。首先对单极倍频调制过程进行双重傅里叶分析,从理论上分析载波移相与单极倍频相结合的调制算法对单模块有功功率的影响,然后提出一种模块间载波轮换的新型调制算法,并且针对模块间如何进行同步切换以及在调制波过零点处切换的问题,给出一种在多DSP系统中的实现方案。该调制算法在不影响输出电压与输出电流质量的同时,从理论上解决了单模块有功功率不平衡的问题。仿真与实验结果验证了这种调制算法的正确性与可行性。

基于级联STATCOM的CPS-SPWM脉冲相移技术

载波移相SPWM(CPS-SPWM)技术作为级联H桥静止无功补偿器(STATCOM)最常用的调制方法,对级联H桥STATCOM输出电压精度、实时性等性能有着重要的影响。通过分析对比CPS-SPWM技术的三种脉冲生成方法—自然采样法、对称规则采样法以及不对称规则采样法,提出基于不对称规则采样的CPS-SPWM脉冲相移技术,以解决传统CPS-SPWM技术在级联H桥数较多时DSP控制复杂、FPGA硬件资源不足等问题。与传统CPS-SPWM技术的仿真对比表明,当级联H桥数目较多时,所设计方法能够在保证STATCOM输出特性的基础上,有效减少硬件资源,简化了电路设计,更便于工程应用。

级联STATCOM直流侧电压平衡控制方法

针对级联静止同步补偿器直流侧电容电压不平衡的问题,提出一种基于相移载波调制的直流侧电压平衡方法。该方法根据各个直流侧电压变化趋势来进行有选择的交换脉冲,将直流电压高于平均值且变高的模块的驱动信号与直流电压低于平均值且变低的模块的驱动信号交换,以载波相位差造成的直流侧不平衡来补偿开关损耗等造成的不平衡。该方法将直流侧平衡和静止同步补偿系统控制分开,算法简单,省略了直流侧辅助直流电源,使H桥模块更加简单,节省了成本。通过仿真分析和实验结果证实了该方法的正确性、有效性和实用性。

链式STATCOM载波调制技术的研究

载波移相脉宽调制(CPS-PWM)技术在链式静止同步补偿器(STATCOM)中得到广泛应用,在此将载波同相层叠脉宽调制(IPD-PWM)技术引入链式STATCOM,分析这两种多载波调制技术的基本原理。采用Matlab/Simulink软件对分别采用这两种方法时的输出相电压波形进行了谐波分析和对比。在链式STATCOM实验平台上对两种调制策略进行了分析比较。针对IPD-PWM的特点,提出一种直流侧电容电压平衡控制方法,该方法通过分段调节各链节三角载波的幅值,实现了所有链节的直流侧电容电压平衡。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

基于改进载波移相SPWM的链式STATCOM电容电压平衡控制策略

介绍了传统载波移相SPWM及脉冲循环换位调制策略,指出了上述方法由于级联H逆变桥的电路参数及损耗差异等因素,无法真正实现链式STATCOM的电容电压平衡。笔者通过对传统载波移相SPWM调制策略进行改进,提出了一种新的链式STATCOM电容电压平衡控制策略,分析了该策略的基本原理与实现过程。通过PSCAD/EMTDC对该控制策略进行了仿真,结果说明,该策略可以很好地实现电容电压的平衡,而且对上层控制、装置的谐波特性不会产生影响。

链式STATCOM单极倍频载波移相技术的研究

调制技术是链式STATCOM控制系统的核心部分,为了实现装置的高性能控制,采用单极倍频和载波移相相结合的调制技术。论文介绍了链式STATCOM的主电路结构,研究了单极倍频载波移相调制技术在链式STATCOM中的应用,通过详细的数学分析论证了其特性;最后,搭建了仿真模型,仿真结果表明链式STATCOM采用单极倍频载波移相调制技术可以将等效开关频率提高2N倍(N指每相级联单元数),从而有效地降低了输出谐波含量。

小容值单相H桥级联型STATCOM纹波电流分析

采用薄膜电容的小容值单相H桥级联型STATCOM具有高可靠性的优点,但容值减小会造成直流侧波动电压随补偿容量增大而变大,而直流侧波动电压对STATCOM电流纹波又具有直接的影响。为明晰容值减小对H桥级联STATCOM纹波电流的影响,文中对单相小容值H桥级联型STATCOM系统电流纹波进行研究。基于单相小容值H桥级联型STATCOM控制系统,采用时序分析的方法建立载波相移脉宽调制的电流纹波表达式,通过数值分析定量研究容值对电流纹波的影响。研究结果表明,电容容值减小不会增大纹波电流。仿真实验验证了理论分析的正确性,为单相小容值H桥级联型STATCOM的设计提供理论参考。

基于载波移相PWM控制策略的±200MVA级链式STATCOM的直流电容电压控制方法

本文详细描述了载波移相PWM控制策略,给出了基于载波移相PWM的直流电容电压平衡控制方法,使其适应南方电网±200MVA链式STATCOM的性能要求。

变压器隔离型DSTATCOM在不平衡系统中的补偿性能

【目的】针对配电网三相不平衡负载补偿问题,研究变压器隔离型配电网静止同步补偿器(DSTAT-COM)的补偿性能。【方法】以变压器隔离型逆变器为DSTATCOM的主电路,建立其数学模型,采用基于旋转坐标变换的方法计算DSTATCOM的补偿参考电流,提出瞬时无功功率分相控制与载波移相SPWM(Cps-SPWM)调制技术相结合的控制策略。在PSCAD/EMTDC环境中,对变压器隔离型DSTATCOM的补偿性能进行仿真研究。【结果】基于旋转坐标变换的补偿电流计算方法,能快速计算各相补偿电流,瞬时无功功率分相控制与Cps-SPWM调制技术相结合的控制策略,能有效地降低系统电流的不对称度,提高系统的功率因数,优化负荷电流的谐波性能。在各种负荷不平衡情况下,变压器隔离型DSTATCOM均具有良好的补偿性能。【结论】变压器隔离型DSTATCOM主电路结构简单,易于分相控制;瞬时无功功率分相控制与Cps-SPWM调制技术相结合的控制策略,能对不平衡负荷实现快速补偿,满足配电网对不平衡负荷的补偿要求。

基于虚拟磁链的 STATCOM 直接功率控制研究

对基于H桥级联的静止同步补偿器(STATCOM)进行了研究,分析了虚拟磁链观测器的原理和基于虚拟磁链的直接功率控制算法,对虚拟磁链观测器中的纯积分环节进行了改进,应用级联惯性环节代替纯积分环节来消除纯积分环节带来的稳态误差,从功率守恒的角度分析了直流侧电压不平衡的因素,引入了分布式直流侧电压控制算法。在MATLAB仿真软件中对功率解耦控制算法与基于虚拟磁链的直接功率控制算法进行了仿真分析,结果表明基于虚拟磁链的直接功率控制算法有更好的动态性能,且验证了直流侧控制算法的正确性。最后,在一台以VME控制箱为核心控制器的3级链式STATCOM系统上对控制策略进行了验证,实验结果表明了算法的有效性、可行性。

基于N+2电平MMC的STATCOM控制策略

将一种新型MMC的拓扑结构应用于静止同步补偿器(STATCOM),与传统MMC相比,在相同子模块数量时能多一个电平输出。介绍了该新型MMC的拓扑结构,分析了其输出N+2电平的原理,得到了MMC的等效电路;以STATCOM补偿无功电流和三相不平衡电流为目的,设计了相应的指令电流获取策略;采用直接电流跟踪控制策略;为保证MMC子模块直流电容电压恒定,采用电压分层控制策略,能量均分控制保证每相子模块电容电压之和恒定,电压均衡控制保证每相中各子模块电容电压均衡;采用载波移相PWM策略。最后在PSCAD/EMTDC软件中,搭建了三相10k V 8电平的STATCOM,仿真结果验证了控制策略的有效性。

基于MMC模块化多电平STATCOM的环流抑制均压控制策略研究

笔者对模块化多电平换流器(MMC)的运行特点进行分析研究,推导了基于MMC的静止无功补偿器(STATCOM)的数学模型。研究表明通过控制MMC桥臂的相内电流icirj可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制,使MMC桥臂电容电压平衡。基于此理论,文中提出了一种带相内电流抑制控制器的均压控制方法,调制策略采用改进的载波移相调制策略(carrier phase shifted SPWM,CPS-SPWM),并在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的整体控制方案。仿真结果表明了文中理论分析的正确性和控制策略的有效性。

电网谐波对级联STATCOM运行影响分析及抑制

采用移相载波调制算法的链式静止同步补偿器(STATCOM)每相各链节之间交流输出电压中同频次谐波分量存在相位差,当电网中存在相应频次的电压谐波并使得STATCOM产生谐波电流时,会造成各链节与系统之间交换幅值不同的谐波有功。当STATCOM在低载输出工况时,由于链节直流电压均衡控制策略效果的弱化,使得谐波有功对链节直流电压的影响增大,这时差异化的谐波有功会使得链节间直流电压逐渐发散,并使得设备失稳。这里分析了采用移相载波调制算法的链式STATCOM在系统电压存在谐波情况下各链节谐波有功的差异,指出了链节直流电压均衡策略对此问题的缺陷,提出对应的解决策略,在PSCAD/EMTDC环境中进行了仿真验证,并在实际工程应用中有效解决了相关问题。

链式STATCOM载波移相调制开关频率的优化方法

链式STATCOM最常用的调制方法是载波移相调制,其开关频率与调制效果密切相关,影响着系统各项指标。将研究开关频率与系统指标之间的关系,通过输出电压变化规律、损耗曲线、系统传递函数得到开关频率与模块数、开关损耗以及系统稳定性之间的数学关系,定量分析开关频率对系统各指标的影响并得出最优开关频率,最后通过MATLAB/Simulink仿真进行验证,验证分析结果的正确性。

6kV级联型STATCOM关键技术的研究

研究了级联多电平STATCOM的主电路拓扑结构以及单极倍频载波相移调制原理,设计了STATCOM控制系统。在Matlab/Simulink软件中,搭建了6 kV级联8个H桥变流器的STATCOM,仿真表明STATCOM能够快速跟踪负载的变化实现动态无功补偿。开发的±2.8Mvar、6 kV级联型STATCOM装置在山东能源枣庄矿业集团有限责任公司蒋庄煤矿地面6 kV变电所投入运行,通过实地测试,验证了STATCOM具有优越的无功补偿功能。

三角波移相电流控制法及其在STATCOM中的应用

将载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)电压控制法中的载波移相方法应用到三角波比较电流控制法中形成一种新的控制方法——三角波移相电流控制法。通过简化模型的simulink仿真结果详细介绍了三角波移相电流控制法的基本原理。通过simulink仿真,论述了三角波移相电流控制法应用于STATCOM的可行性及优越性。对比了采用CPS-SPWM电压控制法和采用三角波移相电流控制法的STATCOM在输出电流和暂态响应上的不同。

500kV某变电站大容量STATCOM无功补偿特性研究

湖南省500 kV某变电站在2017年上半年完成两台总容量为120 Mvar (正常运行容量为100 Mvar)的直流融冰型静止同步补偿器安装。其投运后将成为湖南电网首台静止同步补偿方式的大容量无功补偿设备。本文采用Matlab/Simulink对H桥级联型STATCOM进行建模,对其无功补偿特性、系统组成等方面进行分析,对其补偿效果进行了研究和验证。其对湘潭换流站的建设以及特高压入湘后的稳定性研究有重要意义。

基于CPS-SVPWM调制的MMC-STATCOM简化算法研究

针对模块化多电平换流器(MMC)难以实现多电平SVPWM技术,提出了基于CPS-SVPWM调制的MMC控制算法。该算法是将MMC等效看作上、下2N个三相半桥的串联,合理布置两电平SVPWM生成模块的位置后,结合载波移相技术,实现多电平输出。最后,在电力系统仿真分析软件PSCAD/EMDTC中搭建了基于模块化多电平换流器的五电平STATCOM仿真模型,结果表明基于CPS-SVPWM调制的MMC简化算法简单,控制效果好,电压利用率高,可以很好地应用到多电平MMC的控制领域,从而也验证了文中所提出的控制方法的有效性和可行性。

载波移相调制技术在级联H桥STATCOM中应用

从载波移相(CPS)的原理出发,详细介绍了一种调制波反向的单极倍频CPS脉宽调制(PWM)技术在级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)中的应用。基于H桥单元及级联H桥拓扑,详细分析了一个周期内H桥功率单元各个IGBT器件的开关状态、三电平端口输出电压波形及实际的功率流状态,两个H桥单元的级联情况下的叠波状态及五电平端口输出电压波形。并利用Matlab仿真软件对单H桥单元三电平端口输出电压及频谱进行分析验证,还对级联H桥拓扑的五电平端口输出电压及频谱进行分析验证。通过搭建试验平台,对单模块的三电平及级联模块的五电平进行测试,理论分析和仿真验证及测试试验均说明调制波反向的单极倍频CPS-PWM技术在级联H桥STATCOM中应用的正确性及优越性。

21电平H桥级联STATCOM调制技术仿真研究

H桥级联作为STATCOM主电路拓扑的主要结构,其调制策略是衡量STATCOM输出性能的一个重要指标。通过构建21电平H桥级联主电路结构并搭建载波移相(SPWM)和载波层叠式(SPWM)调制仿真模块。仿真结果表明载波移相调制能平衡各功率单元,但导致开关信号谐波增大;层叠波脉宽调制输出电压谐波低于载波调制,但各功率单元不平衡,易损坏开关器件。针对两种调制策略的优缺点提出了一种新的载波移相层叠波调制策略。仿真验证表明载波移相层叠波SPWM调制策略能够有效平衡功率单元和能降低开关信号的谐波含量。