弱电网APF系统稳定性分析及有源阻尼方法

有源电力滤波器(APF)被广泛应用于电力系统谐波的动态补偿。然而在弱电网条件下,APF、非线性负载与电网线路阻抗间的交互容易引发补偿频率附近谐波振荡的稳定性问题,导致APF谐波补偿失效,系统的电能质量进一步恶化。通过对APF系统环路的小信号建模,揭示了弱电网APF系统的谐波振荡机理,并根据稳定性分析结论提出了一种基于电感电流反馈的有源阻尼方法抑制了这类谐波振荡,从而保证了APF在弱电网条件下稳定的谐波补偿能力。该方法的有效性经PLECS时域仿真及硬件平台实验得以验证。

基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

交、直流机车混跑线路车网谐振机理分析及宽频域谐波综合治理研究

在交-直-交电力机车和交-直电力机车混跑线路的牵引供电系统中,存在丰富的宽频域谐波电流,且易产生车网谐振问题。文章首先采用谐波阻抗分析法建立了牵引网谐波阻抗电路模型,推导了牵引网谐振阻抗与谐波频率及供电臂长度的函数关系,分析车网谐振产生机理和谐振特性,给出了车网谐振治理方式及装置安装位置的选择;然后,针对目前牵引网的宽频域谐波,提出一种地面加装有源电力滤波器(active power filter,APF)和无源高通滤波器(high pass filter,HPF)的综合治理方法,并给出“APF+HPF”装置的工程设计方法;最后,结合国内某铁路牵引网案例进行仿真验证。仿真结果显示,采用该方法后谐波电流总畸变率由75.29%下降到1.58%(“APF+二阶HPF”滤波器)和2.55%(“APF+阻波HPF”滤波器),证明该方法对宽频域谐波具有良好的治理效果,能有效抑制车网谐振现象并消除其危害,保障了牵引供电系统的安全运行。

并联型APF对两类非线性负载的谐波补偿特性研究

采用等效电路分析方法,研究了并联型APF对电压源型和电流源型这两类非线性负载的谐波补偿特性。研究发现这两种补偿情况下非线性负载交流侧电流均会发生不同程度的谐波放大效应,其中并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波放大效应较为严重,影响了谐波补偿效果。理论推导得到了统一描述谐波放大效应的表达式,表明系统的结构参数会对APF的补偿特性造成较大影响,通过适当增大负载侧的等效阻抗可以有效减小谐波放大效应,使并联型APF对两类非线性负载均取得较好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

APF和SVC联合运行的稳定控制

研究了有源电力滤波器(APF)和静止无功补偿器(SVC)联合运行中的互相影响问题,指出在两者同时运行的情况下SVC控制器的设计要考虑到APF的影响,否则系统可能会不稳定。通过分析APF对SVC的影响途径,指出APF采用通常的Ip-Iq检测方法时,与SVC的耦合程度大;而采用“补偿特定次数谐波”方法时,与SVC的耦合程度小,此时APF是否投入对系统的稳定性基本没有影响,因此提高了系统可靠性。

基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析

在基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(APF)中,由脉宽调制逆变器实现了一个受控基波电流源。串联变压器一次侧的系统电源与系统阻抗、无源滤波器和非线性负载共同作用,使串联变压器二次侧端口呈现一个谐波干扰电压,导致逆变器输出电流中含有一定谐波,影响了滤波器的滤波效果。文中以脉宽调制逆变器为核心,建立了滤波器的数学模型,并对其滤波特性进行了分析。提出了改善其滤波效果的3项有效措施,即适当增大逆变器输出滤波电感、合理选择串联变压器原副方变比、采用电压前馈控制技术。设计了一套基于数字控制的10kVAAPF样机,实验结果证明了原理分析的正确性。

基于多同步旋转变换的并联型APF补偿策略

为了提高有源电力滤波器(APF)的补偿灵活性,提出基于多同步旋转变换的低次特征谐波选择性补偿策略.采用特定旋转频率的同步旋转变换将相差6次的一对正、负序谐波变换为该坐标系下的3次谐波分量,通过多组不同旋转频率的同步旋转变换将指定谐波变换为相应坐标系下的3次谐波,设计基于谐振控制器、选通频率为150Hz的带通滤波器将其滤出,实现指定谐波的指令提取.为了提高补偿电流的控制精度,采用基于PI控制内环和重复控制外环的复合电流环控制策略.利用MATLAB/SIMULINK软件搭建仿真模型并在16.5kVA的APF样机上进行验证实验,仿真和实验结果证明了该方法在三相并联APF中的正确性和可行性.

改进谐波分次检测结合集中电流环的APF谐波独立控制实现

有源电力滤波器(active power filter,APF)谐波独立控制的本质是实现3方面功能:1)谐波补偿频次可选;2)各选择次谐波补偿程度可独立设定;3)各选择次谐波可无静差补偿。从谐波控制系统结构的角度,分类对比现有APF谐波控制策略,进一步提出改进谐波分次检测结合集中电流环的选择次补偿和全补偿两种运行模式下结构,并以多同步坐标系谐波分次检测结合采用单PI控制器集中电流环为例,定性和定量分析集中电流环静差,给出校准的具体方法。所提方法利用集中电流环频域特性,通过谐波分次检测后再分次校准集中电流环静差,很好地实现了APF谐波独立控制三方面功能,同时控制系统简单,参数易整定、不易出现稳定性问题。最后通过仿真和实验,验证所提方法的可行性和优越性。

基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制

针对电网谐波污染日益严重的情况,为提高有源电力滤波器(APF)的稳态补偿精度和动态响应性能,从谐振控制器的角度出发,对传统重复控制进行改进,并针对控制对象优化得到最优重复控制参数。同时,为了克服重复控制延时一个周波响应的动态性能缺陷,提出了一种误差迭代比例—积分(PI)控制法,在提高系统动态响应速度的基础上尽可能保证稳态精度。最后,对重复控制的嵌入形式加以改进,通过设置指令前馈通道优化控制结构,得到了改进复合控制的优化结构,实验和仿真结果验证了所提出控制策略的准确性和有效性。

四桥臂三相四线制并联型APF-STATCOM

通过增加畸变相位闭环控制环节准确锁定基波正序电压初相角,提出了一种能在电网电压不平衡或畸变时准确检测出基波正序有功电流和无功电流的谐波和无功电流检测算法,且可直接适用于三相三线或四线系统;给出了一种能在电网电压不平衡或畸变时对基波正序无功功率进行独立补偿的解耦控制方案。基于所提检测方法及控制方案,四桥臂三相四线并联型APF-STATCOM能在电网电压不理想和负载不对称且非线性的条件下实现用同一原理同时实现谐波抑制、无功和负载不平衡补偿这几种功能。理论推导验证了所提检测方法的正确性,基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所提检测方法及控制方案的有效性,并且具有良好的动态特性和快捷的无功阶跃响应。

多模块APF并联系统高频谐波环流分析与控制

有源电力滤波器(APF)的高频开关谐波由于通常不包含在电流闭环控制回路内而表现为电压源特性,造成多模块APF模块间的高频谐波环流,增加了系统功率损耗,降低了系统稳定性和控制精度。针对上述问题,对多模块APF并联系统高频谐波环流进行研究,通过构建系统高频谐波环流数学模型,详细分析了环流的形成机理及其影响,并分析了模块输出滤波器(OF)对环流的影响。最后,提出一种多模块APF协调控制方法,以抑制系统高频谐波环流。理论分析和实验结果表明:各模块SPWM载波不同步是高频谐波环流的主要成因;高频环流不流入电网系统;OF能抑制各模块高频谐波电流的非环流分量,而对于环流分量并无明显的抑制效果,相反会降低系统的稳定性;所提模块化APF并联协调控制方案可有效抑制系统的高频谐波环流。

并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波电流放大效应的研究

为拓展并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)的应用,通过采用电路等效分析的方法,研究并联型APF对电压源型非线性负载的补偿特性,重点分析负载谐波电流放大效应,定性与定量地解释产生此效应的原因。在此基础上,从电路拓扑以及APF控制两方面提出抑制谐波放大效应的措施,使得并联型APF对电压源型非线性负载取得良好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

不同类型谐波源综合补偿的串联混合型APF设计

为了实现对电网中非线性负载产生的不同类型谐波的综合治理,提出了一种新型串联混合型有源电力滤波器(APF)。所提出的滤波器不仅能单独治理电流型、电压型谐波源,而且能实现对电流型和电压型谐波源的综合治理,并能有效抑制电网谐波串、并联谐振。提出了一种基于变压器基波磁通补偿的串联型APF的电流比例—积分无静差控制策略。采用输入、输出阻抗传递函数法的分析结果表明,所提出的串联混合型APF具有很好的谐波谐振抑制特性。对该滤波器综合治理不同类型谐波源的情况进行了仿真和实验研究,结果表明,所提出的串联混合型APF具有很好的补偿效果。

基于切换仿射线性模型的三相APF电流控制方法

提出一种基于切换仿射线性模型和切换系统全局稳定理论的三相有源电力滤波器(active power filter,APF)电流控制方法。该方法首先建立了任意运行点下的三相APF的切换仿射线性系统模型,再根据凸组合稳定条件,将一个工频周期按三相母线电压大小划分为12个区间,在每个区间内设定能满足二次稳定条件的开关子系统组合,并为系统选取共同的李亚普诺夫(Lyapunov)函数,基于切换系统理论控制方法的设计思路,提出了建立在切换仿射线性模型基础上的二次稳定控制策略。最后进行了仿真分析并验证其可行性。

APF运行实时监控系统的设计

针对现有的有源滤波器APF(active power filter)存在数据存储量少、数据处理能力弱,远程监视能力差等问题,对APF运行中信号采集、处理、传送,显示等方面进行了研究,对实时运行监视系统的设计方法进行总结,设计了APF运行在线监测系统。该系统采用低功耗的STM32F103RBT6芯片作为信号采集处理控制器,利用STM32开发板外设的功能模块进行数据的传输、存储,并利用开发板标准通信接口实现了RS485远程通信,从根本上克服了APF数据存储量小及远程监测能力弱的问题。实验运行结果表明,此系统对APF数据的采集,处理的能力较于APF本身大为加强,数据存储量大幅度提升,远程监测效果好,并且该系统操作简单,成本低,具有较好的应用和推广价值。

应用低次谐波无静差消除策略的三相并联型APF

基于αβ坐标系,应用变步长自适应滤波算法对非线性负载的无功电流及谐波电流进行检测。通过将各低次谐波幅值也作为权值加入至自适应迭代算法中,有效地消除了低次谐波对步长收敛值及权值收敛值的影响,保证了检测算法的稳态精度。基于PI控制器设计了比例谐振控制器的参数,将谐波检测算法获得的各次谐波指令分别通过相应的比例谐振控制器进行控制,即可实现对基波无功及25次以下各次谐波的无静差跟踪。仿真及实验结果验证了该算法及设计的有效性。

新型三相四线制APF直流电压控制策略

针对三相四线制有源滤波器(APF)直流母线电压控制的特点,为了克服并网运行时产生的直流母线电压波动和直流侧上、下电容之间电压不平衡等问题,根据系统主电路数学模型建立稳压环和均压环,提出基于二阶低通滤波器的新型电压控制策略,给出设计方法.理论分析证明:与传统的PI控制器相比,采用该控制策略可以实现对电压环更好的控制性能和控制效果.通过仿真和实验验证了该控制方法在三相四线制有源滤波器系统中的正确性和优越性.

基于T型APF的三相整流器及其控制策略

提出一种基于T型有源滤波器(APF)的三相整流器拓扑结构,给出了系统主电路参数设计方法,建立了T型APF的数学模型,设计了两种控制策略并进行了比较研究,即仅采用系统电流反馈控制策略和系统电流反馈控制与负载电流前馈控制相结合的控制策略。采用PSCAD/EMTDC对两种控制策略进行了仿真分析,并进行了实验验证。仿真和实验结果的一致性表明,本文提出的拓扑结构是可行的,提出的控制策略是有效的。

采用APF进行谐波治理和无功补偿的工程应用

大部分工矿企业的用电情况复杂,大量非线性负荷使供电系统中高次谐波含量增加,引起电网电压畸变,常规无功补偿设备无法有效应对。针对上述现象,本文提出了一种由三电平拓扑电路组成的有源电力滤波器(APF)模块设备,安装在变压器二次侧0.4 k V母线上,对电源系统进行谐波治理和无功补偿。该模块运行速度快、功率损耗低、体积小、重量轻,较适宜于现场的安装改造。工程实践证明该模块能够有效解决供电系统谐波污染和无功补偿问题。

APF-EPS的系统构建与仿真分析

APF-EPS系统在APF(Active Power Filter)有源滤波器的主框架上构建EPS(Emergency Power Supply),实现应急供电系统的自动化管理。系统在保证供电电能质量的同时,按需要提供紧急备用供电电源。APF-EPS系统,合理考虑了APF和EPS在使用时间上和性能结构上的互补性,不仅节约硬件成本,更能合理有效地协调APF和EPS,增强了系统的实用性。给出了APF-EPS系统的构建框架,并进行了仿真分析。