四桥臂微网逆变器高性能并网H-∞控制研究

微网三相逆变器输出电压波形受电网畸变电压、负载谐波电流和直流侧电压中点平衡的共同作用,为使直流侧电压中点维持稳定,并使输出电压波形跟踪参考电压,针对一种四桥臂逆变器结构进行建模,采用H-∞控制策略构造高带宽鲁棒控制器对中线桥臂和三相桥臂进行统一控制。仿真和实验表明,在较大中线电流和电网电压畸变情况下,中线桥臂能够控制中点输入和输出电流近似相等,三相桥臂能够使输出电压维持较低的谐波畸变率,提升微网供电质量。     

αβ0坐标系下带不平衡负载的三相四桥臂变流器控制策略

传统的基于同步旋转坐标系下的三相四桥臂变流器控制复杂,尤其在负载不平衡工况下。为简化四桥臂控制,提出一种αβ0坐标系下的四桥臂变流器控制策略。该控制策略采用准比例谐振调节器控制输出电压,并加入参考电压前馈改善系统控制精度与动态性能,在此基础上采用基于电感电流的有源阻尼控制方法进一步增强系统的稳定性。针对准比例谐振调节器在基波频率处有限增益导致的静差问题,分析调节器参数以及滤波器参数对增益系数选取的影响,给出控制器参数设计以及实际参数调试的依据。最后,对所提控制策略进行实验验证。实验结果表明,在不平衡负载条件下,采用该控制策略的四桥臂变流器能够实现输出电压的平衡控制,动态性能良好。     

具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题,对此,提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中,采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令,采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流,采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令,最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明,VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时,能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流,且适用于非理想电网条件。     

三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略

三相四桥臂逆变器较成熟的控制策略都需依赖数字信号处理器来实现,但数字化控制的精确性受较多因素制约,其控制效果在一些场合并不理想。本文在分析了三相四桥臂逆变器数学模型的基础上,研究了一种三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略,各相桥臂采用了改进的电压电流双闭环控制,通过加入谐振控制器提高逆变器的稳态精度,通过补偿零序谐波提高逆变器的输出正弦度和直流母线电压利用率;第四桥臂采用零序谐波电压PWM控制,保证了逆变器具有较强的带不平衡负载能力。仿真和实验验证了该控制策略具有方法简单、易于模拟电路实现、逆变器输出波形质量高、带不平衡负载能力强、动静态性能良好等优点。     

基于混合谐波与附属电压的MMC变频运行方法

针对模块化多电平变流器(MMC)在变频运行状态下子模块电容电压存在剧烈脉动、桥臂电流以及输出电流出现严重畸变的问题,提出一种基于混合谐波注入与附属电压能量控制的MMC变频运行控制策略。该策略从MMC桥臂能量出发,通过将注入混合谐波的高频共模环流与方波高频共模电压相结合,抑制子模块电容电压脉动并降低桥臂电流开关应力和系统损耗。同时,还引入了附属电压能量控制,实现了三相桥臂能量的均衡控制,简化了额外的环流控制器,改善系统的稳定性。最后通过实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

模块化多电平变流器的直接功率控制仿真研究

新型模块化多电平变流器(modular multilevelconverter,MMC)通常采用双闭环矢量控制策略,针对该方法存在的需调整控制参数较多、动态响应慢等问题,研究MMC的直接功率控制策略及电容电压平衡方法。首先,将现有的桥臂模块电压排序法与参考信号中叠加平均值控制量的方法进行综合,控制电容电压平衡;然后,在桥臂内电容电压相互平衡的基础上,利用双闭环PI调节器控制桥臂间各电容电压保持一致并跟踪给定,使电压波动范围明显减小,提高变流器输出波形质量;最后,将变流器虚拟磁链直接功率控制策略应用于MMC。研究该种拓扑结构下的功率估计方法,并利用Matlab对所设计系统进行仿真验证,结果表明所提控制方法正确、有效。     

中频三相四桥臂逆变器控制策略不平衡 负载状态相量模型分析

三相四桥臂逆变器具备不平衡负载工作能力与三相解耦控制功能,但是在中频场合基于模拟控制的四桥臂控制策略较为复杂。该文基于第四桥臂开环、闭环控制方法,结合三次谐波注入控制策略,采用建立主电路电压、电流以及控制环路信号相量模型的方式,通过分析和对比不同控制策略在不平衡负载下的工作特性,得到第四桥臂控制方法与电路参数的关系,总结控制策略设计依据。证明基于三相电流环输出控制信号合成的三次谐波能够在不平衡负载状态实现对第四桥臂大部分零序分量的补偿。在此基础上,提出一种结合三次谐波注入与中线电流闭环的控制方法,该方法在保证直流电压利用率的同时,进一步提高了不平衡负载下三相输出波形质量。该文还通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

10kV电能质量扰动综合发生装置的研制

提出了一种能模拟电力系统电压扰动与电流扰动输出的电能质量扰动综合发生装置,能输出电压暂降、电压波动和闪变、电压谐波、电流谐波、电压电流三相不平衡等波形,具有输出波形好、功率大、电压等级较高等特点。该装置采用多绕组变压器+全控型变流器+载波移相级联型多电平变流器结构,整流部分采用电压电流双环控制,输入电流波形好,直压稳定,逆变侧采用载波移相级联多电平控制策略,输出波形精度高。在PSCAD仿真分析的基础上,研制1.5 MVA/10 k V电能质量扰动综合发生装置样机,仿真和实验结果验证了装置主电路和控制策略的正确性。     

三相四桥臂逆变器控制策略研究

针对传统三相三桥臂逆变器带动不平衡负载时输出交流电压对称性差的问题,研究分析三相四桥臂逆变器控制策略,前三桥臂采用输出电压正、负序控制策略,第四桥臂利用中性电流跟踪负载电流的负和来进行单独控制,可有效提高三相四桥臂逆变器的通用性,降低其控制难度,搭建Matlab仿真模型,验证了控制策略的合理可行性,实现了带动不平衡负载的能力。     

四桥臂有源滤波器在改善微网电能质量中的应用研究

随着电力市场的逐步形成,分布式发电构成的微电网因具有充分利用能源、发电灵活,投资较小等特点而飞速发展。但由于其采用整流逆变元件,接入电网给电网电能质量带来了较大的影响。主要针对微电网产生的谐波对电网的影响而设计了四桥臂有源滤波器来消除微电网接入对电网的谐波影响,首先分析了微电网接入产生谐波的原因,接着介绍了四桥臂有源滤波器的工作原理和控制策略,在最后对四桥臂有源滤波器的对微电网接入电网产生的谐波抑制效果进行了仿真分析,仿真分析结果仿真结果证明了所提出的四桥臂有源滤波器结构和控制策略的可行性。     

含光伏电源的新型电气化铁道电能质量调节器

针对27.5 kV电气化铁路牵引网中电力机车负荷引起的谐波和无功问题,提出一种基于多个H桥的含光伏电源的新型电能质量调节器。将混合级联81电平变流器与PWM变流器串联连接实现电能调节装置的高压大容量。光伏电源接入混合级联81电平变流器直流侧减少牵引网功率消耗。混合级联81电平变流器输出电压的基波分量受牵引网电压的控制。PWM变流器输出电流的有功分量由81电平变流器直流母线电压控制,谐波和无功分量受控于负荷。通过分析该新型电能质量调节器的系统结构、工作原理、功率分布及控制方法,在Matlab/Simulink上进行了建模仿真,验证了该方案的可行性和有效性。     

集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器及其控制策略

已有一体化变流器存在无法同时进行无功补偿和故障抑制、各桥臂两端承受电压高、动态响应速度慢以及电弧接地故障抑制难等问题,故提出集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器新型拓扑结构及其控制策略。首先,分析一体化变流器的拓扑结构及其工作原理,提出四桥臂级联H桥变流器的新型拓扑结构,三相桥臂星型连接用于无功功率补偿,在星型连接点与大地间增设一条由单相级联H桥变流器构成的接地桥臂,为变流器直流侧电压控制提供支撑,实现接地故障电流快速全补偿。其次,在分析无功补偿、故障抑制和直流侧电压稳定控制原理和相互作用机理的基础上,提出三者的协同控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC软件对所提一体化变流器及控制策略进行仿真验证,结果表明在直流侧无独立电源的情况下,可同时进行无功补偿和故障抑制。     

基于无功功率流的UPQC协调控制策略

针对统一电能质量调节器UPQC常规控制中,其串并联变流器功能相对独立、利用率低的问题,提出基于无功功率流的UPQC协调控制策略。应用所设计的UPQC系统结构,协调分配UP-QC串并联变流器的无功功率输出,控制串联变流器输出电压向量垂直相应的电流向量,控制并联变流器输出电流向量垂直相应的电压向量,有效消除了有功环流的影响。特别针对电网侧没有电能质量问题时,控制串联变流器继续输出无功功率,充分发挥两变流器的无功补偿功能。理论推导UPQC系统功率流的关系,并仿真实验分析提出的控制策略,结果表明该控制策略解决电能质量问题的同时,实现了UPQC串并联变流器功率的合理分配。     

基于三相四桥臂的双模式变流器控制策略研究

针对微网系统在离网模式下,给不平衡负荷供电之一问题,文中采用三相四桥臂作为双模式变流器拓扑,并设计了并网与离网双模式工作及并离网模式切换的控制策略,可解决离网模式下不平衡负载引起的电压不平衡问题。根据不同模式下三相四桥臂变流器的数学模型,采用电网电压定向的电感电流闭环控制策略实现并网模式运行,采用双同步旋转坐标系下的正负序电压控制以及零序电压的比例谐振控制策略实现离网模式运行。同时,采用一种控制模式的平滑切换方法来实现并网与离网两种模式的独立运行。最后,通过仿真对采用的双模式变流器控制策略进行了验证。仿真结果表明,采用的双模式控制策略在并网模式下可以准确跟踪功率指令,在离网模式下可有效抑制不平衡负载的扰动,实现输出电压平衡。在并离网切换过程中,该控制方法能够减小负载电压变化与输出电流的冲击,实现负载的不间断供电。     

基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。     

NPC型直挂储能变流器桥臂断路故障下低电压穿越的容错控制

NPC型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构降低了直流侧电压的利用率,研究分析了该容错结构进行低压穿越的最大输出电流整定方法。由于低电压穿越过程中电压跌落后的容错拓扑输出特性发生改变,对储能直挂容错结构的输出电流、电压进行模型预测矢量分析,推导出电压跌落与最大输出电流的关系式。在重构的空间电压矢量内选择能够支撑低电压穿越的矢量状态,控制储能变流器按照低电压穿越技术规范进行有功无功功率分配,支撑电网电压。仿真结果验证了所提出的控制策略保证容错拓扑结构可以在桥臂故障期间运行的有效性以及低电压穿越过程中提供无功功率支撑的可靠性。     

非线性不平衡负载下四桥臂逆变器的控制策略

电力电子变压器输出级逆变器与微电网中的离网逆变器输出特性直接受负载影响,交流负荷中含有大量的非线性与不平衡混合负载,会引起三相逆变器输出电压谐波畸变及不平衡,为了解决这个问题,提出了一种适用于三相四桥臂的电压不平衡和谐波抑制的混合控制策略。首先,基于四桥臂逆变器的数学模型,阐明了桥臂间的耦合关系;然后,详细分析了实现交流信号无差跟踪与抑制谐波对控制器工作性能的需求,并通过对伯德图的幅频特性分析,说明所提控制方法及参数选择的合理性。最后在αβ0坐标系下对非线性、不平衡混合负载接入下的逆变器进行仿真,验证了所提出控制策略及控制参数选择的正确性。     

基于电容电压反馈的直驱风力发电变流器控制

在兆瓦级直驱型风力发电系统中,并网变流器控制是实现电能回馈电网的重要环节.针对采用LCL型滤波器结构的风力发电并网变流器在谐振频率附近的不稳定性、选择基于电容电压超前校正结合电网电压电流双前馈补偿间接控制变流器并网输出电流的控制策略.实验结果证明,采用该控制策略可以有效实现并网变流器稳定运行.抑制网侧输出电流谐波,同时具有较好的动静态性能.     

电网不对称时四桥臂整流器的控制方法研究

电网不对称时,四桥臂整流器的直流侧电压含有二次谐波.分析四桥臂整流器的功率关系后,得出四桥臂整流器输入功率含有二次脉动功率,二次脉动功率是导致整流器直流侧电压含有二次谐波分量的根本原因.为了抑制直流侧电压的二次谐波,提出了四桥臂整流器的直接功率控制策略.在控制策略上,将产生脉动功率的功率指令值设为0,根据功率指令值算出内环的指令电流,零序电流指令值也设为0.为了实现整流器单位功率因数运行,无功功率指令设为0.根据仿真模型研究了两种工况下四桥臂整流器的特性,仿真实验结果表明采用控制算法能有效地抑制直流侧电压的二次谐波.     

模块化多电平变流器(MMC)两种调制比较

模块化多电平变流器(MMC)在子模块数较少的情况下,其输出电压谐波成分较大,因此通过优化调制方式来改善输出电压的谐波成分具有重要意义。首先回顾了基于电容电压排序的直接调制法和基于载波相移的调制法的原理,重点对两种调制方式下的输出特性以及桥臂电压进行了比较,最后通过单相MMC平台对两种调制方式进行了实验研究。