H桥级联型谐波发生器直流电压均衡分析与控制

针对中高压等级系统谐波的治理,设计了一种H桥级联型谐波发生器,分析其谐波电流输出时各单元的有功分布。当输出谐波电流频率与产生的边带谐波频率一致时,会导致各单元出现差异性的有功分量,进而引起单元直流电压不均衡。为此,提出通过载波频率优化的方法来改变各单元有功分布,即在原有载波频率上叠加一定的偏移量,使输出谐波与边带谐波频率不出现重叠,各单元直流有功分量变成低频波动的交流分量,从而维持各单元直流电压平衡。PSCAD仿真以及样机实验证明了所提方法能够有效维持H桥单元直流电压均衡,并且使谐波发生器具有良好的输出效果。     

基于载波频率优化的级联型APF源性谐波能量不均抑制方法

基于载波移相(CPS)调制的H桥级联型(CHB)有源电力滤波器(APF)是中高压系统谐波治理的有效手段。分析并指出了级联型拓扑在输出谐波电流时存在的源性谐波能量不均问题。当输出的谐波电流频率与单元输出电压中某一开关谐波频率一致时,将产生功率耦合,导致单元直流电容电压发散。针对性地提出了一种载波频率优化方法:通过引入载波频率偏移量,实现了单元输出电压开关谐波与APF输出谐波电流的功率解耦;讨论了不同的载波偏移量对电容电压波动的影响,并给出了最优频率偏移量计算方法。对比了载波频率优化方法和传统载波轮换方法抑制源性谐波能量不均的效果,体现了载波频率优化方法的优越性。仿真和现场应用证明了所提方法能够有效地防止直流侧电压的发散并将波动抑制在最小值。     

抽水蓄能机组SFC系统保护关键技术

介绍了抽水蓄能机组静止变频器(SFC)系统保护的配置方案.针对SFC系统保护的关键技术中的难点,提出了相应的解决方法.SFC变流桥本体差动保护:将机桥侧变频电流转换成工频校正电流,再与网桥侧电流构成差动电流和制动电流,采用全周傅氏算法计算,并提出了提高保护可靠性的比率制动特性.输出变压器变频差动保护:采用了启停机保护算法,实现了低频启动过程中的准确测量;采用变斜率比率制动特性,防止区外故障导致的误动;脉冲换相阶段,经旁路开关位置接点将该保护退出.电流变化率保护:为了提高其可靠性,连续、多次判断是否满足动作条件,并增加采样值过流辅助判据,其与电流变化率判据均满足动作条件时,保护才出口.设计了数字低通滤波器,保证脉冲换相阶段机桥侧频率的准确测量.上述措施已经在抽水蓄能机组上得到应用,应用效果良好.     

SPWM逆变器死区影响分析

通过建立数学模型分析正弦脉宽调制(SPWM)逆变器死区对桥臂和输出电压基波和谐波含量的影响机理,首先在开环情况下分析死区对桥臂电压基波与低次谐波的影响;接着分析闭环情况下死区影响输出电压谐波含量的关系,提出在闭环情况下理论建模时将死区的影响等效为在桥臂电压上叠加了相应谐波频率次的误差电压的分析方法并证明其正确性,进一步提出闭环情况下由于死区引起的低次谐波的估算方法,并从参数设计的角度指出减小死区影响的方法.另外提出考虑死区对基波影响后的逆变器直流母线电压(调制比)优化选取方法.通过仿真和实验验证了以上结果的正确性,研究结果可用于指导SPWM逆变器的参数优化设计.     

基于降阶广义积分调节器的四桥臂变流器谐波消除方法

四桥臂变流器能有效的控制三相电压平衡,已广泛应用于分布式发电系统中。然而传统的四桥臂变流器控制策略对输出的谐波抑制效果有限。由于电力电子器件的高速开断会产生大量的谐波污染,使变流器输出的电能质量降低。针对此问题,本文提出一种基于降阶广义积分的分序控制策略。根据其单极点的特性,在特定的谐波频率下将其电压电流分量进行提取并进行消除,达到提高变流器输出电能质量的目的。最后通过仿真和实验验证了所提方案的可行性。     

基于双调制波的MMC载波调制策略

针对运行在低开关频率下的模块化多电平换流器(MMC)在传统载波调制中存在的输出电压总谐波畸变率(THD)高、子模块电压脉动幅值大等问题,提出了一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略.将两个调制波的载波进行反相,以实现桥臂电平两倍的等效开关频率输出,降低输出电平的低频谐波分量.为尽可能减小排序均压控制过程中所导致的子模块电容电压过充及过放,通过无差拍预测定量分配控制误差最大的子模块的充放电投切时间以减小幅值波动.最终通过17电平MMC硬件以及仿真平台对桥臂输出电平频谱分布、子模块电压幅值脉动及幅值方差、输出电压THD进行对比研究.仿真和实验结果均表明DMWPWM策略可有效降低输出电压THD,并减小桥臂中的子模块电压幅值方差.     

风电场汇流站SVG并联系统谐波环流机理及其负面影响分析

针对风电场汇流站并联静止无功发生器(SVG)可能发生机间谐波环流的问题,以级联型H桥SVG并联系统为研究对象,依托系统等效电路分析机间谐波环流发生机理,并推导谐波环流解析式。基于单极倍频载波移相调制原理分析谐波环流与低频扰动产生之间的内在联系,利用离散迭代映射方程研究谐波环流幅度与H桥SVG直流电压分岔的因果关系;通过建立控制系统传递函数模型,研究谐波环流对系统直流电压稳定性造成的不利影响,指出级联型H桥拓扑结构可能增加机间谐波环流发生的风险,而谐波环流是导致直流电压失稳的主要原因。通过仿真验证了所提谐波环流及其负面影响理论分析方法的正确性。     

适用于背靠背柔性直流输电的双环附加频率控制

通过背靠背柔性直流输电(BTB-VSC-HVDC)实现异步互联的2个交流系统之间缺乏相互支援的能力,使得各交流系统的频率响应特性下降。为了应对该问题,在理论分析柔性直流输电系统实施附加频率控制(SFC)的可行性的基础上,提出了一种适用于BTB-VSC-HVDC系统的双环SFC策略,使未受扰动端系统参与受扰动端系统的频率响应,实现两端交流系统的相互频率支撑。所提双环SFC策略中,通过在定有功功率控制环上增加频率-有功附加控制为受扰动系统提供频率支撑,改善频率响应的稳态特性;通过在定无功功率控制环上增加频率-无功附加控制以提供虚拟惯量支撑,改善频率响应的暂态特性。分别在含BTB-VSC-HVDC的4机2区域系统和含有渝鄂BTB-VSC-HVDC的实际电网等值简化模型中进行仿真研究,仿真结果验证了所提双环SFC策略能有效地改善受扰动系统频率响应过程的暂态与稳态特性。     

抽水蓄能电站静止变频装置系统的间谐波分析

抽水蓄能电站静止变频装置(SFC)系统中的间谐波问题日益受到重视,将SFC系统模拟为常见的电流型变频器,使用谐波调制理论,并结合开关函数的傅立叶分析,分析SFC在电网侧产生间谐波的机理,建立其简化模型。作为验证,依托某变频调速系统,结合计算机仿真模拟,其对比结果表明了该模型的可靠性,从而可推广到抽水蓄能电站中应用。     

一种多输入端口的多电平高频逆变器

提出一种新型的可实现多端口输入的多电平高频逆变器。该逆变器由交错并联Buck-Boost全桥单元级联而成,通过简单的脉宽调制(PWM)即可实现多电平输出,其输出频率与开关频率一致,可应用于高频交流配电系统。此外该逆变器具备多端口输入的特性,因此适用于具备储能环节的风能、太阳能等新能源发电系统。首先介绍了逆变器的调制方式与工作原理,在此基础上采用时域分析与傅里叶分析对其输入纹波特性以及输出谐波特性进行深入地研究。最后建立了实验样机,实验结果与仿真分析一致,验证了所提方法的可行性。     

交-直-交变频装置产生的谐波对电力系统的影响

结合引黄工程的实际情况,分析了引黄工程中拟采用的交直交电流型负载换相同步电动机变频调速装置整流侧产生的高次谐波电流。计算了供电网各级母线谐波电压畸变水平和谐波电流分布,说明变频装置必须装设相应滤波器,才能达到国家对电能质量谐波标准的要求。     

PWM静止无功补偿器的多桥叠加消谐技术

本文详细推导了具有任意桥路数的PWM静止无功补偿器(PSVC)采用多桥叠加技术消除谐波的内部机理.从理论上证明了:通过多桥叠加,可以使各个桥路所产生的谐波电流部分地相互抵消,从而使补偿电流中的谐波含量大大减小;通过分析得出:在满足相同谐波含量要求的情况下,开关频率与桥路数成反比.因此,在相同补偿容量下,多桥PSVC的开关频率可以远远低于单桥的开关频率,从而使整个装置的开关损耗降低,效率提高.计算机仿真结果证明了理论分析的正确性.     

含有分频输电线路的电力系统稳态特性研究

根据分频输电线路的等值电路,应用谐波平衡原理,建立了含有分频输电线路的电力系统潮流数学模型,并应用牛顿－拉夫逊法进行求解。分析了分频输电系统输送功率与效率、副边无功补偿容量之间的关系,以及分频输电线路在各种载荷下的稳态运行特性和向工频系统注入的谐波电流,并和直流输电线路产生的谐波电流进行了比较。仿真表明,分频输电系统有很宽的谐波电流进行了比较。仿真表明,分频输电系统有很宽的功率运行范围和很好的效率特性及稳态特性,分频输电系统产生的谐波电流很小。     

Impact of cycloconverter harmonics

Findings from a study on the harmonics generated by a 15 MVA three-phase 13.2 kV 60 Hz to single-phase 24/12 kV 25 Hz static frequency converter (SFC) or cycloconverter are summarized. At light loads, some of the characteristic harmonics (e.g. 10 Hz, 110 Hz) have magnitudes that exceed the fundamental frequency. Since the three-phase components at these frequencies do not necessarily nullify each other, many frequency components, in addition to zero-sequence components, can be measured in the neutral (residual) current. Because of low system impedance at harmonic frequencies, the voltage at the 13.2 kV substation supplying the SFC is not severely affected. A worst-case scenario for the voltage spectrum is presented. The corresponding distortion factor is calculated to be 4.12%. The power factor of an assumed parallel load is calculated using this scenario, and the effect of the SFC harmonics on the power factor is found to be insignificant. However, depending on the system impedances, the shunt capacitors for power factor compensation at the assumed load may be ineffective due to harmonic resonance     

碱金属热电转换器功率调节系统研究

针对碱金属热电转换器(AMTEC)的伏安特性,设计了DC/DC和DC/AC两级变换的功率调节系统.功率调节系统采用高频变压器隔离,避免了工频变压器产生的一系列问题.DC/DC变换器采用移相ZVS(零电压开关)PWM全桥变换和电压闭环控制,把AMTEC在较宽范围变动的输出电压变成稳定的直流电压.逆变器控制采用优化的特定消谐PWM技术,以滤波后总谐波含量(THD)为目标函数,计算预定开关角度.整个系统具有电压输入范围宽、转换效率高、输出波形THD低等优点.     

基于Z源电力弹簧和简化情感控制的微电网电压和频率控制方法

为了减小可再生能源出力间歇性引起的电压和频率波动,提出了一种基于简化情感控制、使用Z源电力弹簧(ES)的微电网电压和频率稳定方法。针对ES逆变控制死区时间引起的输出波形畸变、谐波含量增加等问题,设计了一种带Z源网络的ES拓扑结构,利用Z源逆变器允许桥臂瞬时短路的特性,消除了驱动信号的死区时间,降低了ES输出电压的谐波含量;通过分析情感控制的自学习过程,对情感控制模型进行简化,去除了眶额皮质结构并隐藏了奖励信号,在保证良好控制效果的同时,减少了需整定的参数;设计了基于简化情感控制的ES控制器,简化情感控制器根据关键负载电压及系统频率偏差对ES的幅值及相位进行调节,实现了用1个ES同时进行电压和频率控制。系统仿真与实验结果表明,所提方法有较高的控制精度,设计的ES输出电压谐波含量较低,能有效稳定微电网的电压和频率波动。     

电动汽车用双层永磁体IPMSM优化分析

提出一种电动汽车用双层永磁体内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM),分析其基本电磁关系,进行优化分析。采用有限元分析软件建立电机结构模型,分析单边气隙长度不同时气隙磁密及谐波畸变率变化规律;研究了不同定子槽口宽度下电机齿槽转矩的变化趋势;通过改变第二层永磁体两侧隔磁桥间距Rib及第一层永磁体中间隔磁桥与转轴距离O2,获得电机输出转矩与转矩纹波的变化规律;分析双层永磁体尺寸变化时的电机效率,得到最优永磁体尺寸参数。样机试验表明:实测值与仿真值基本吻合,验证了样机设计的合理性。     

抽水蓄能电站中SFC变频启动的若干特点

介绍了大型抽水蓄能电站机组的静止变频器SFC(Static Frequency Converter)变频启动的基本原理。分析了SFC启动同步电机低转速运行(脉冲切换方式)和高转速运行(同步方式)的工作特点、频率限制。要保证同步电机由低转速运行平稳过渡到高转速运行,必须使脉冲方式下的频率上限与同步方式下的频率下限之间重叠部分有足够的裕度,即选择合适的切换频率。     

Performance of a High-Speed Motor Drive System Using a Novel Multilevel Inverter Topology

The performance of a novel multilevel six-switch (SS) three-phase inverter drive is examined for low-voltage high-speed motor applications. The switching losses of hard-switched voltage-source-inverter topologies place limits on the maximum feasible switching frequency. When operating at higher fundamental frequencies, this results in low-frequency modulation ratios and either high load harmonic currents that cause excessive rotor heating or larger than desired output reactors with a large fundamental voltage drop. The multilevel inverter structure examined offers an increased number of output pulsewidth-modulated (PWM) voltage levels, higher frequency PWM output waveforms, reduced dead-time effects, and a significant reduction in harmonic content. These features reduce the total losses in the motor load when compared to the standard SS three-phase inverter. The harmonic reduction provided by the multilevel topology relative to the standard inverter is experimentally demonstrated with a 15-hp 18 000-r/min induction machine.     

单相SPWM逆变桥输出电压的谐波分析

考虑逆变系统中死区及续流对输出电压的影响,利用双重傅里叶变换对单相全桥倍频三电平正弦脉宽调制(SPWM)逆变桥的输出电压进行了分析,定量地描述了其谐波分量,推导出无死区、有死区(补偿前后)的输出电压频谱公式,利用数据可视化技术描述了0～60kHz的谐波分布图。为了验证理论分析的准确性,利用Matlab7.01/Simulink建立模型进行仿真研究,并在逆变器样机上进行了实验,仿真与实验均验证了数学分析的正确性。研究结果表明,只有经充分补偿后,逆变桥输出电压的低次谐波才能得到有效抑制。