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dq变换的幅频调制激励下振荡功率振幅解析计算及特征分析

高比例电力电子设备并网在提升系统电能变换灵活性的同时,也引入了形态各异的多特征振荡问题。然而现有研究大多关注振荡的宏观成因,鲜有对精确提取振荡信息及振荡功率解析计算的研究。为此,以近期一现场等幅振荡事件为切入点,提出一种基于dq变换的幅频调制激励下振荡功率振幅分析方法。首先,凝练该次事件中等幅振荡的波形特性,阐明现有方法在提取振荡分量时直接进行离散傅里叶分解的不足,提出基于dq变换的幅频调制信号分解方法和基于锁相环的幅频调制信号测量方法;然后,计算幅值和频率激励信号,进而完成振荡有功和无功功率计算,给出功率的解析表达式,解释振荡特性;最后,所提方法不仅能弥补传统信号分解方法物理意义不清晰的缺陷,还能明确体现振荡的幅频本质及线路不同元件对振荡功率的参与过程,为振荡分析及抑制工作提供参考。

DQ变换和MUSIC算法在ITER磁体电源信号间谐波检测中的应用

随着国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)计划的逐步开展,保证ITER磁体电源系统的稳定运行显得尤为重要。文章采用将DQ变换和多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法相结合的方法进行间谐波频率检测,信号的幅度和相位由最小二乘法来估计。DQ变换可以消除大幅度ITER基波分量,MUSIC算法可以通过矩阵特征分解检测出短数据条件下的谐波和间谐波,适用短时平稳的间谐波检测,两者相结合可以有效检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波。仿真实验表明,计算经DQ变换后检测出的ITER信号谐波频率时,取中间信号计算真实频谱较为正确,两侧信号则有较大的误差。

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。

Analysis of Transforming dq Impedances of Different Converters to A Common Reference Frame in Complex Converter Networks

DQ impedance-based method has been widely used to study the stability of three-phase converter systems.As the dq impedance model of each converter depends on its local dq reference frame,the dq impedance modeling of complex converter networks gets complicated.Because the reference frames of different converters might not fully align,depending on the structure.Thus,in order to find an accurate impedance model of a complex network for stability analysis,converting the impedances of different converters into a common reference frame is required.This paper presents a comprehensive investigation on the transformation of dq impedances to a common reference frame in complex converter networks.Four different methods are introduced and analyzed in a systematic way.Moreover,a rigorous comparison among these approaches is carried out,where the method with the simplest transformation procedure is finally suggested for the modeling of complex converter networks.The performed analysis is verified by injecting two independent small-signal perturbations into the d and the q axis,and doing a point-by-point impedance measurement.

Grid-Connected PV Solar Energy Converter with Active and Reactive Power Control

This work proposes a 12 kW three-phase grid-connected single stage PWM DC-AC converter destined to process the energy provided by a photovoltaic array composed of 57 KC200GT PV modules with high power factor for any solar radiation. The PWM inverter modeling and the control strategy, using dqO transformation, are proposed in order to also allow the system operation as an active power filter, capable to compensate harmonic components and react power generated by the non-linear loads connected to the mains grid. An input voltage clamping technique is proposed to impose the photovoltaic operation on the maximum power point. Simulation and experimental results are presented to validate the proposed methodology for grid connected photovoltaic generation system.

Analysis of Power Quality for Distribution Networks Using Active Compensator

This paper concentrates on compensating the power quality issues which have been increased in day-to-day life due to the enormous usage of loads with power electronic control.One such solution is compensating devices like Pension Protection Fund(PPF),Active power filter(APF),hybrid power filter(HPF),etc.,which are used to overcome Power Quality(PQ)issues.The proposed method used here is an active compensator called unified power quality condi-tioner(UPQC)which is a combination of shunt and series type active filter con-nected via a common DC link.The primary objective is to investigate the behavior of the compensators in the distribution networks.The performance of two configurations of UPQC,Right Shunt UPQC(RS-UPQC)and Left Shunt UPQC(LS-UPQC)are tested in the distribution networks under various load con-ditions by connecting them at the source side of harmonic generation using a spe-cially constructed transformer called inductively filtered converter transformer which adopts special wiring scheme at the secondary side.PSCAD(Power Sys-tems Computer Aided Design)/EMTDC(Electromagnetic Transients with DC Analysis)software is used to model the compensators connected to the nonlinear load.Both RS-UPQC and LS-UPQC are tested at the distribution side of the sup-ply system with Hysteresis current controller for shunt and Sinusoidal pulse with modulation controller for series at various locations of power system network and their results are compared.

基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大,导致装置的体积和成本增加的问题,提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后,通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线,从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压,达到减小电容值的目的。最后,仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下,基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

一种基于dq变换的改进型谐波检测方案的研究

提出了 1种基于dq理论的改进型谐波提取方法 ,该方法成本低、检测精度高、主要部件参数对谐波检测精度的灵敏度低。传统的检测方法做了比较 ,对 2种方法的各主要参数使用SABER软件进行了灵敏度分析和Monte Carlo分析。最后将这 2种方法应用于一串联型混合有源滤波器 。

串联混合有源电力滤波器基于双dq变换的新型控制方法

分析了一种可以降低有源部分容量的有源电力滤波器没有在实际中得到应用的原因。提出了基于双 dq 变换的控制方法,在此方法下,不管电网电压和负载电流是否平衡,逆变器都只要承担电网谐波电流和提供谐波压降,大大地降低了有源部分的容量,提高了整机的效率。5kW 负载的模型试验证明了新方法的可行性。

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变换与小波变换的电能质量扰动检测与识别方法

提出了一种基于dq变换和小波变换相结合的电能质量扰动检测与识别方法,该方法利用dq变换有效值的特征和小波变换对突变信号的敏感性,能对电压暂降、暂升等10种电能质量扰动进行检测与识别,具有较高的识别正确率,并能计算出各种扰动的特征参量。同时,还对部分多种扰动同时发生的情况进行了初步探讨和仿真研究,并取得了较好的检测识别效果。

基于dq变换的三相电压暂降生成方法

提出了一种基于dq变换的三相电压暂降生成方法。采用"背靠背"(Back to Back)双电压型PWM变流器构成三相电压暂降发生器的主电路,模拟无穷大电网在正常和各种故障情形下的电源特性。针对七种典型的电压暂降故障(包括对称、不对称不含零序以及不对称含零序三种情形下的所有电压暂降类型),在dq0同步旋转坐标系下应用对称分量法完成复合运算,并针对不对称含零序电压暂降情况对abc-dq0变换进行了算法修正,生成电压暂降的空间矢量脉宽调制控制信号。该方法生成的三相故障暂降电压自动满足相与相之间的相位关系和幅值关系,可以全面准确地生成公共连接点的故障电压,实现了电压跌落深度的全范围可调以及故障持续时间的任意设置。仿真和部分实验结果验证了该方法的合理性与可行性。

特高压阀侧套管数字孪生系统集成设计方法

提出了一种数字孪生系统的集成设计方法,以满足真实工况下的实际应用。首先,分析了阀侧套管数字孪生系统的功能需求并构建了数字孪生系统框架结构;其次,基于系统框架结构的功能模块设计研发了对应的实现方法;最后,用一起阀侧套管数字孪生系统的应用对该方法进行了展示和验证。所提方法为数字孪生系统的实际应用提供了一种设计思路,可以为电网的数字化转型提供实用而有效的解决方案。

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变换三相三开关Boost型开关整流器的DC和AC分析

该文将三相三开关Boost型开关整流器分解成几个子电路,然后对各子电路进行DQ变换,得到相应的DQ模型,最后把各子电路的DQ模型连接起来,得到三相三开关Boost型开关整流器的DQ模型及其简化DQ模型。在此基础上,进行DC和AC分析,得到三相三开关Boost型开关整流器直流工作点和交流传递函数。经过分析,三相三开关Boost型整流器具有如下特征:① 输出电压可以从零变化到一个最大值;② 在稳态时,系统可等效为一个理想电流源;③ 输入侧的功率因数在一定的范围内可以控制。仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于dq变换与小波多分辨率分析的电力系统暂态复合扰动信号检测方法

dq坐标变换及其改进算法是检测暂态电能质量的常用方法,但在复合扰动情况下dq变换方法的检测精度会受到很大影响。针对此问题,提出了一种基于dq变换与小波多分辨率分析相结合的暂态电能质量检测方法。通过小波多分辨率分析分离出电压的低频信号成分,然后再对分离出的低频信号成分进行瞬时dq变换。同时用形态滤波分离出电磁暂态扰动,避免了各扰动检测之间的相互影响。最后利用Matlab/Simulink对所提方法和常规dq变换方法在复合扰动情况下的检测进行了仿真对比,结果表明所提方法适应能力强,具有非常优越的综合性能。

dq变换和MUSIC算法在间谐波检测中的应用

随着非线性电力电子器件的大量应用,电网存在频率为基频非整数倍的间谐波,其幅值远小于基波和谐波,并具有时变性,因此对它的检测要难于谐波。为此,采用dq变换和MUSIC算法相结合的方法进行间谐波频率检测,信号的幅度和相位由最小二乘法来估计。dq变换可以消除大幅度基波分量;基于矩阵特征分解的MUSIC算法可检测出短数据条件下的谐波和间谐波,适合短时平稳的间谐波检测,两者相结合可以有效检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波。仿真实验表明,噪声幅度和间谐波幅度相当时。