电动汽车车载充电机接入住宅区配电网谐波研究

分析了车载充电机接入小区低压配电网产生的谐波特征。基于Simulink平台建立了含车载充电机的住宅区传统三相配电网和新型单相配电网仿真模型,结合对配电变压器阻抗特性的研究,对比分析了2种配电模式下不同数量电动汽车接入充电产生谐波的变化规律。结果表明:随着车载充电机接入数量增多,2种配电模式下的谐波电流变化平缓,但电压畸变率均明显增大;在相同数量充电机接入情况下,配电容量越大,系统电压畸变越小;单相配电的电压谐波畸变较三相配电可增幅70%以上,对谐波耐受力较差。     

单级PFC变换器中的Hopf分岔

由单级PFC变换器的精确状态方程出发,通过数值仿真观察该变换器中的低频振荡现象。仿真结果表明,低频振荡现象的发生会增加输入电流的总谐波畸变,从而降低系统的功率因数。通过简化分析发现,低频振荡实际上是由系统后级的Forward变换器发生了Hopf分岔而引起,并据此给出系统的稳定性边界。最后进行了实验研究,验证了仿真和分析结果。本研究有助于更好地理解单级PFC变换器中的非线性动力学行为,对该类系统的设计具有一定的指导意义。     

基于电力系统分析软件ETAP的电网谐波分析

针对目前电力系统中由于非线性负荷的使用以及某些可再生能源发电系统的接入导致的谐波问题,首先介绍了电力系统仿真分析软件ETAP的主要功能和特点,然后在ETAP中建立算例模型并对其进行谐波仿真分析,同时也在另外两款仿真分析软件EMTDC和PSASP上对算例模型建模并导出谐波分析图谱,通过对照进一步说明ETAP在谐波分析中的优缺点。然后在原算例模型的基础上修改其中的高压网络短路容量、减少变压器投运数量、改变变压器阻抗以及增加电动机和无源负荷容量等参数,将仿真所得数据同理论计算结果对比,并分析这些参数的变化给系统并联谐振点的位置和幅值,以及谐波畸变程度造成的影响。结果表明,由于ETAP软件在谐波仿真方面的卓越性能,在面临大规模系统的规划和电能质量评估方面的问题时,利用ETAP进行预先的谐波仿真分析可以辅助建立有效的方案降低系统中的谐波畸变程度,并利用谐振分析可以有效地避开谐振位置,从而提高电力系统的电能质量。     

电动汽车充电谐波水平评估及治理方案研究

电动汽车的快速发展势在必行,其接入电网会产生大量谐波,且多位于配网末端,给配网电能质量提出严峻挑战,因此有必要对电动汽车充电设施进行建模仿真,评估其谐波影响水平。本文利用Matlab/Simulink设计了充电机接入电网模型与无源滤波器模型,建立了三相桥式不控整流充电机及无源滤波器的仿真模型,使用快速傅里叶变换进行了滤波前后谐波电流仿真分析。采用无源滤波器后电网侧各次谐波电流显著减少,电流总谐波畸变率和各次谐波电流含有率都有降低。     

光伏电站多逆变器并网系统输出谐波研究

针对多台逆变器并联在同一公共连接点接入电网引起的谐波问题进行了研究。建立了多逆变器光伏并网系统的单台和多台逆变器小信号等效模型。推导出逆变器、PWM开关谐波源和电网的等效阻抗传递函数,通过Bode图分析逆变器、PWM开关谐波源的等效输出阻抗幅频特性和相频特性。应用Matlab/Simulink对35 kV光伏电站多逆变器并网系统在不同工况下进行谐波分析。仿真结果表明:并网逆变器台数越多,PCC处电流谐波畸变率越大,但主要为低次谐波,高次谐波含量较少,验证了建立的小信号模型的有效性。     

单级功率因数校正变换器中的低频不稳定现象研究

研究了由Boost 变换器和Forward变换器级联构成的单级功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器中的低频不稳定现象。通过数值仿真观察了系统随着输出功率增大时出现的低频振荡现象及其对输入电流总谐波畸变的影响。根据Forward变换器电感电流导电模式的临界条件得到了相应的稳定性边界,并对低频不稳定现象的边界碰撞分岔本质进行分析和讨论。通过实验研究,验证仿真结果。该文的研究有助于更好地理解单级PFC变换中的动力学行为,对该系统参数设计也具有一定的参考价值。     

输电网谐波传输特性仿真分析

为研究输电网的谐波传输特性,采用基于等效π模型的输电线谐波模型对输电网谐波电流放大、谐波谐振等现象进行了理论分析。通过对某谐波用户以不同方案接入电网时,其电网侧谐波电流放大倍数、谐波电压畸变率等输电网谐波传输特性指标进行了对比仿真分析,得出了线路长度、系统谐波等值阻抗与谐波电流放大、谐波电压畸变率之间的关系。最后在此基础上提出了谐波用户接入系统的建议。     

多逆变器并网系统输出阻抗建模与谐波交互

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略,将dq轴控制环路之间的耦合阻抗消除。考虑到实际系统多采用数字系统,将数字控制延时引入到模型中以更加精确地反映实际并网逆变器的输出阻抗特性。基于无dq环路阻抗耦合和引入数字控制延时情况下的精确输出阻抗模型,对多逆变器并网系统进行阻抗网络建模、谐振机理剖析及谐波交互影响分析。理论分析结果表明,逆变器产生谐波成分与电网电压谐波成分会加剧多模块并网系统入网电流的谐波畸变。仿真结果验证了所建输出阻抗模型的正确性及其在逆变器—电网交互系统性能分析中的有效性。     

基于离散时间模型的隔离Cuk PFC控制

以隔离Cuk功率因数校正(PFC)变换器为研究对象,提出了一种基于离散时间模型的输入电流数字控制器设计方法.针对隔离Cuk PFC变换器建立了一种新型的简化离散时间模型,通过取其近似获得近似简化离散时间模型,然后基于模型推导了输入电流数字控制律,结合基于PI调节器的电压环控制器构成数字双环有源PFC(APFC)控制器.通过仿真验证了隔离Cuk PFC变换器近似简化离散时间模型的准确性和输入电流控制器设计的合理性,搭建了1.6 kW隔离Cuk PFC变换器硬件系统实验平台,在半载至满载范围内获得了接近单位功率因数和输入电流总谐波畸变率(THD)低于5％的功率因数校正效果.     

考虑直流侧动态的跟网型变换器稳定性分析

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态,在直流侧使用恒定电压源,一定程度上影响小干扰稳定性分析。本文主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先,分析了新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件,论证了并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之建立了考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间 (harmonic state-space, HSS) 阻抗模型。其次,在不同电网强度下,通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析,揭示了电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后,分析了锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下,锁相环与电网呈现强交互作用,降低了系统的小干扰稳定性,考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。     

考虑谐波耦合的车网系统谐波域SISO阻抗建模

我国电力机车和牵引网具有复杂的电力电子结构特性,由此而产生的车侧变换器和单相交流电网之间的谐波相互作用,容易导致整个车网系统出现低频振荡现象,严重影响车网系统的稳定。基于车网系统的时变特性,考虑车网之间的谐波耦合过程,提出了基于线性时变周期(linear time-periodic,LTP)框架的谐波状态空间(harmonic state space,HSS)小信号建模方法,以对车网系统进行研究。首先推导了车侧变换器的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)谐波域阻抗模型,并揭示了由于车侧控制器中Park变换导致系统出现偶数倍基频频率耦合的过程。将建立的MIMO阻抗模型转换为保留了所有频率耦合信息的单输入单输出(single-input single-output,SISO)谐波域阻抗模型,从而进一步简化了阻抗测量和基于阻抗的稳定性分析过程。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了模型的精确性并基于所搭建的模型准确地评估了车网耦合系统的低频稳定性。     

基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统稳定性分析

中压直流柔性互联配电系统作为连接高压输电网和低压直流配电网的纽带,可实现源-网-荷-储的灵活接入,适用于未来城市能源互联网。建立了基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统小信号等效电路,推导了中压直流端口的阻抗模型,通过对比仿真测量与解析计算结果验证所建模型的准确性,并利用所建精确模型进一步研究电路参数和控制参数变化对系统稳定性的影响。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建中压直流柔性互联配电系统的仿真模型,验证了所提小信号阻抗模型的准确性。     

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。     

模块组合多电平变换器的环流模型

模块组合多电平变换器是应用于高压大功率电能变换领域的优秀拓扑之一,具有高度模块化、输出波形谐波含量少、无需工频变压器等优点.然而环流的存在使得模块组合多电平变换器的桥臂电流发生畸变,提高了器件的额定电流容量,进一步增加了系统成本.本文提出了模块组合多电平变换器的环流模型,将环流的作用等效为两个电流控制的电压源(CCVS...     

电动汽车充电用LCL型PWM整流器输出阻抗分析及稳定性改善方法

在大功率电动汽车充电系统中,P WM整流器对系统稳定运行有重要影响,为有效改善充电级联系统的稳定性,本文基于Middlebrook准则研究了LCL型PWM整流器的闭环输出阻抗特性,分析了影响阻抗特性的相关因素.并针对在充电控制系统中采用母线电压小信号反馈的方式引入虚拟阻抗提高系统稳定性导致电网侧电流谐波增加的问题,本文提出了一种变参数控制的虚拟阻抗控制方法,在提高直流侧系统稳定性的同时,又抑制了网侧电流谐波的增加.最后通过仿真和实验验证了所提方法的正确性.     

下垂控制三相逆变器阻抗建模与并网特性分析

分布式发电系统因接入电网时的线路阻抗较大,使得并网逆变装置与电网构成的互联系统易产生谐波震荡,威胁其稳定运行。阻抗分析法是一种较为有效的并网稳定性研究方法。该文首先利用谐波线性化方法建立下垂控制三相并网逆变器含功率外环和相角扰动时的完整序阻抗模型,阐述功率外环引起的二倍镜像频率耦合效应,并分析下垂系数对模型的影响,通过下垂控制与电流控制型并网逆变器阻抗曲线对比说明下垂控制具有更好的并网特性。同时,通过阻抗分析法对下垂控制三相并网逆变器与电网组成的互联系统的稳定性展开研究,提出采用虚拟阻抗的方法来提高互联系统相位裕度,改善系统鲁棒稳定性。通过仿真和实验,验证了上述结论的正确性。     

中低压直流配电系统:关键装备阻抗建模与稳定性分析

中低压直流母线电压稳定是中低压直流配电系统稳定的关键指标.针对由多绕组变压器隔离型变换器与输入串联输出并联的多模块Boost+LLC型直流变压器组成的中低压直流配电系统,为分析其小信号阻抗稳定性,建立柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的小信号模型,推导中压和低压直流端口阻抗表达式.采用阻抗分析法分析了表征级联系统稳定性的参数,以伯德图和奈奎斯特曲线为依据,分析了电路参数和控制参数对系统阻抗特性和级联系统稳定性的影响.分析结果表明,增加柔性变换器电压控制环参数和直流变压器电流控制环参数,可提高中压直流级联系统的稳定性.增加直流变压器电压控制环参数,可提高低压直流级联系统的稳定性.最后在MATLAB/Simulink平台中搭建系统仿真模型,验证了所推小信号阻抗模型的正确性.     

含分布式电源的交直流混合配电网潮流分析

随着电力电子技术的不断发展,直流输出型分布式电源不断接入不同等级配电系统,伴随着交直流敏感负荷数量的显著增加,急需研究一种满足分布式电源接入的交直流混合配电网潮流分析方法。针对具有多端点结构的交直流混合配电网,通过分析VSC(电压源变换器)损耗和直流、交流线路损耗对配电系统的影响,并考虑因换流站数量增加所导致的不可忽略的换流站损耗,提出混合交直流配电网连续潮流计算方法,建立混合交直流配电网模型,设计2种不同的混合交直流配电网的拓扑结构,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,考虑网络损耗和网络内换流器数量较多的变换器损耗,特别是考虑到交流或直流母线占主导地位的网络,会导致网络间的潮流解和功率转移有很大的不同。     

含多电压源型换流器配电网高频谐振特性分析

为揭示含多电压源型换流器(voltage source converter,VSC)配电网的高频谐振特性,降低配电网发生高频谐振的风险,提出了含多VSC配电网高频谐振特性分析方法。首先,在序分量动态相量谐波分析模型的基础上,建立VSC高次特征谐波等值电路模型,从而得到含多VSC配电网高次谐波下的等值电路模型。其次,由配电网等值电路模型分别计算出系统侧端口阻抗和VSC端口阻抗,并通过端口阻抗的频率特性分析,得到配电网的高频谐振特性。然后,分析VSC接入数量和滤波器配置对高频谐振特性的影响。最后,建立含多VSC配电网的仿真模型,验证高频谐振特性分析的有效性和正确性。含多VSC配电网存在有明显的高频谐振频率,并受到VSC接入数量和滤波器配置形式的影响突出,需要规范VSC的开关频率和滤波器配置,才能降低配电网即将面临的高频谐振风险。     

多谐波源系统耦合因子研究

在多谐波源的电力系统中,谐波源之间相互影响、相互干扰,研究谐波源之间的耦合机理及其权重计算对谐波源责任区分及谐波解耦有重要意义。将多谐波源系统分为集中式多谐波源系统和分布式多谐波源系统来讨论。对于集中式多谐波源系统,在高次谐波频率下,提出基于戴维南等效电路的多谐波源电力系统模型,并给出诺顿等效电路,然后利用偏最小二乘法估算耦合因子大小。对于分布式多谐波源系统,同样建立模型,估算谐波源互阻抗,给出耦合因子大小。最后,集中式多谐波源系统以5谐波源系统为例,建立了MATLAB仿真模型,计算耦合权重;分布式多谐波源系统以IEEE 13节点为仿真模型,给出耦合因子大小。