不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。

基于双dq坐标变换的M3C变换器的数学模型及控制策略研究

模块化多电平矩阵式变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可实现直接交交功率变换的新型拓扑,在未来高电压大功率异步混联系统中有着广阔的应用前景,因而对其数学模型及控制策略的研究具有十分重要的意义。论文通过对M3C换流系统的3个子换流器分别进行αβ0坐标变换,发现对称运行时桥臂中的非零序分量只与输入侧电气量有关,而桥臂中的零序分量只与输出侧电气量有关。基于此结论,论文首次提出了对M3C桥臂中电压、电流的非零序分量和零序分量分别进行输入频率、输出频率的dq旋转坐标变换,推导出了基于双dq坐标变换的M3C数学模型。该模型实现了系统输入输出两种交流频率分量的解耦,并将所有的交流电气量转换为直流量。在此基础上,论文提出了相应的矢量控制方案,该方案中所有的被控量在稳态时都是直流量,物理概念清晰,控制结构简单,比以往文献在αβ0坐标系下的控制方案更易实现控制的无静差特性。最后论文在Matlab平台上搭建了M3C换流系统模型并采用文中的控制方案进行仿真研究,仿真结果验证了所提数学模型的正确性和控制策略的优越性。

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。

dq坐标变换的改进型谐波和无功电流检测法

当三相电网电压不对称时,无功电流的检测会出现偏差,传统的dq无功电流检测法的电路结构及数学运算较复杂且会影响谐波检测的实时性及精度。用得到的基波正序电流或基波正序有功(无功)电流代替电网电压进行锁相,可以避免三相电压不对称带来的问题;低通滤波器的固有延时使检测方法的动态响应速度不够理想,用基于平均值理论的积分滤波方法代替低通滤波器提取直流信号,从而提高检测的精度及响应速度。理论分析和仿真实验表明,该改进型谐波及无功电流检测方法实现简单,运用灵活且具有良好的动态响应速度及跟踪性能。

基于dq坐标变换的畸变电流矢量检测法

非线性负荷电流谐波抑制及无功补偿的一个重要手段是采用有源电力滤波器,其中关键环节在于实时准确地检测出谐波和无功电流。提出了基于dq坐标变换畸变电流的矢量检测法,其基本原理是对基于dqo坐标系下广义瞬时无功理论的检测方法进行简化,运用单矢量和双矢量投影的方法,检测出负荷电流的基波正序分量。该方法在系统电压对称或畸变的情况下,均可准确快速地检测出负荷电流畸变量,从而使装置对负荷电流谐波及无功进行有效补偿。还运用软件PSCAD/EMTDC进行仿真,结果表明该检测方法是准确可行的。

基于dq坐标变换的谐波和无功电流检测法

介绍一种基于dq坐标变换的谐波和无功电流检测法,并对该方法进行了理论分析和仿真研究。仿真结果表明,这种检测方法无论电源畸变与否都可以准确检测出谐波和无功电流。

基于dq坐标变换的改进畸变电流检测法

基于dq坐标变换提出了一种改进畸变电流检测法,该方法采用数学运算准确地计算出基波正序电压的初相角和基波正序有功电流的频率,进而得到dq坐标变换所需的正余弦信息,形成了双闭环系统,弥补了锁相环的不足,准确地检测出畸变电流。仿真结果验证了该算法的可行性,提高了畸变电流检测的准确性。

基于双dq坐标变换的模块化多电平矩阵变换器无源控制策略

模块化多电平矩阵变换器(M3C)采用双αβ坐标变换时控制结构复杂,被控变量仍为交流量,且非线性的M3C采用线性的比例积分微分(PID)控制时效果不理想。提出采用控制系统结构更简单的双dq坐标变换,将M3C控制系统中的被控量都转换为直流量,并采用非线性的无源控制(PBC)方法。基于PBC理论分析了M3C对象的无源性和稳定性,设计并推导了M3C的PBC策略。在MATLAB/Simulink上搭建了基于双dq坐标变换的M3CPBC仿真系统,模拟3种运行工况下的系统运行情况。仿真结果表明,相比于PID控制,所提PBC方法控制参数更少、响应速度更快、谐波含量更低,总体控制效果更好。

基于非同步dq坐标变换的电压暂降快速检测方法

针对现有电压暂降检测算法高度依赖同步采样、检测计算量大、易受干扰影响等问题,设计了一种基于非同步dq坐标变换的电压暂降快速检测方法。首先,通过电压坐标变换检测电压暂降的主要特征量,包括幅值、持续时间、相位跳变等,可摆脱传统方法对同步采样的依赖;其次,采用参数自适应设计,对噪声、频率偏移、幅值波动的影响进行滤波,从而达到提高检测精度的设计目的。最后,通过算例比较和分析验证了所提方法的有效性。

基于参数化dq0坐标变换的PMSM建模与矢量控制

提出一种基于参数化dq0坐标变换的永磁同步电机(PMSM)建模方法,结果可用于矢量控制等。彻底解决了dq0坐标变换、PMSM数学模型的多版本易混淆问题。此外,本研究对其他对象基于dq0坐标变换的建模有指导意义。理论验证和矢量控制实验进一步验证了本研究的正确性和有效性。

基于dq变换的三相软件锁相环设计

针对传统锁相环在电压畸变条件下不能获得准确相位的问题,根据软件锁相环(SPLL)原理,提出了一种基于dq坐标变换原理获得SPLL线性化模型,并通过PI控制实现的新型三相SPLL。在三相电压不平衡时,利用T/4(T为三相电压周期)延时计算法实现正、负序分量分离,有效地抑制负序分量对相位的影响。通过仿真实验系统,对提出的控制策略在各种电压畸变及三相电压不平衡条件下进行验证,结果表明,该SPLL的动态响应速度快、稳态性能好,并对电压畸变有很强的抑制作用。

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。

基于dq稳态模型的双级矩阵变换器功率特性研究

利用三相静止坐标到同步旋转坐标的变换技术(dq变换),建立了dq坐标系上TSMC系统的稳态数学模型(dq模型),推导了TSMC电压增益、有功功率、无功功率、网侧输入功率因数角等特性的解析表达式,并利用开关模型仿真对dq模型的正确性进行了验证。在此基础上以15开关电路TSMC为例,绘制了其有功功率、无功功率、网侧输入功率因数角的特性曲线,分析了滤波参数、负载及控制变量对功率特性的影响,得出了一些有意义的结论,分析结论对于TSMC系统的设计和控制具有一定的指导意义。

基于dq坐标系的单相LCL型并网逆变器电流控制策略

由于离散误差、电网频率波动等因素的影响,PR控制器的实际谐振点与电网频率总存在一定的误差,导致PR控制器跟踪性能迅速下降。为解决该问题,通过对逆变器进行坐标变换,将静止坐标系下的交流量转化为同步旋转坐标系下的直流量,并基于同步旋转坐标系提出一种逆变器并网电流控制策略,最后,通过仿真验证所提控制策略的可行性。仿真结果表明,该策略能够在同步旋转坐标系下实现并网电流的零稳态误差控制。

一种基于DQ变换的解耦滞环控制

针对传统滞环控制方法无法对有功与无功功率进行解耦的缺点进行了研究。提出了一种基于DQ变换的解耦滞环控制方法,并将其应用于单相并网逆变器中。该方法对采样的电流信号进行DQ变换后,分别对DQ轴的信号进行控制。最后将这两个控制量进行DQ反变换后送入滞环比较器中,由此获得开关信号。系统整体结构上采用电压外环电流内环的双闭环控制,内环在完成功率解耦的同时还加入了对电网的无功功率补偿。在保持了滞环控制的快速性与抗干扰性的同时还完成了对有功与无功功率的解耦控制。Matlab的仿真和实验结果验证了所提出控制方法的有效性。

采用DRC-SPWM的VIENNA整流器在dq坐标系下的数学模型

针对采用双斜坡比较载波调制(DRC-SPWM)的三电平VIENNA整流器在dq坐标系下进行控制时,控制环路中出现Park变换和反Park变换导致系统传递函数无法写出的问题,提出了一种将载波调制变换到dq坐标系下的处理方法,建立了基于MIMO状态空间的LCL滤波器的数学模型,得出了VIENNA整流器完整的数学模型,并对系统的控制环路进行了设计。最后搭建了仿真平台和实验样机,仿真结果和实验结果验证了VIENNA整流器在dq坐标系下数学模型及控制环路设计的合理性及正确性。该方法将VIENNA整流器在dq坐标系下的数学模型完全量化表达,简化了VIENNA整流器控制环路的设计,可以广泛应用于开关电源的输入整流模块中。

基于信号处理的有载分接开关过渡电阻测量方法

有载分接开关(on-load tap changer, OLTC)在出厂前和运行维护期间,需利用直流或交流测试装置进行工况检测。OLTC交流测试装置因测量回路阻抗较大,存在过渡电阻信息计算不准确等问题。为此提出以小波变换、傅氏变换、Prony等算法提取采样信号基波分量并以dq坐标变换为核心算法的回路阻抗求解方法。首先利用小波变换对OLTC切换关键点进行辨识,然后对比了傅式算法、Prony算法和最小二乘算法在提取信号基波分量的差异,最后通过dq坐标变换计算得到电路等效阻抗及过渡电阻数值。结果表明,仿真与实测结果基本一致,验证了方法的有效性,而傅式算法计算过渡电阻误差最低,约为104.812 5%。该方法为优化OLTC设备工作参数测量提供了依据,可以为下一步样机开发提供思路。

基于功率守恒理论的有载分接开关燃弧损耗在线检测研究

有载分接开关(OLTC)切换电弧会影响触头寿命,需要对其工况进行检测。综合dq坐标变换、基波分量提取以及小波算法,本文提出基于功率守恒理论的OLTC燃弧损耗在线检测方法。在理清研究思路的基础上,建立了自耦调压变压器的等效原理图及等效电路,并依据功率守恒理论,推导了切换过程功率方程。利用基波分量提取算法计算了变压器激磁参数,联合Mayr电弧模型建立了OLTC仿真电路。利用dq坐标变换算法得到系统各部分有功功率,计算了9种工况下开关燃弧损耗数据。搭建了基于交流接触器的OLTC样机并利用dSPACE平台完成3种负载工况的燃弧能量在线计算。在考虑测量与计算误差下,仿真与实测结果表明,燃弧能量计算误差与燃弧过程剧烈程度呈负相关性。不同工况之间,仿真计算结果与实测计算结果均具备可辨识性,且数值随工况变化而改变,可作为设备切换工况的判据。该特性对其他开关结构具有适用性,验证了该研究是有效的。本工作以期为开发OLTC在线触头检测系统提供理论基础。

并网系统软件锁相环设计

并网控制系统的稳定运行需要快速准确地跟踪电网电压的相位和频率。根据软件锁相环(SPLL)原理,基于dq坐标变换建立了SPLL模型,仿真结果表明该锁相环在电网电压存在跌落、相位和频率突变情况下均能实现准确锁定。同时针对三相不平衡系统,设计了基于双同步旋转坐标系的解耦软件锁相环,详细分析了其锁相原理及数学模型,并通过仿真验证了其良好的锁相性能。

静止无功发生器在不平衡系统中的控制策略研究

针对电网中三相负载不平衡或大容量单相负载的使用在电网中产生大量负序电流，对其造成严重影响的问题，对SVG数学模型进行分析基础上提出了基于dq坐标变换正序与负序双向同步控制静止无功发生器（SVG）的控制策略。采用两组控制器分别对SVG输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈独立同步控制。达到既可补偿由感性或容性负载产生的正序无功电流，又可以有效抑制电网中负序电流的目的，提高了电网功率因数。减少了由负序电流引起的电网不平衡等故障。通过MATLAB／Simulink的仿真分析证明了该控制方案的合理性和有效性。