非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。     

一种单相无隔离变压器UPQC的控制策略研究

本文针对直流母线中点接入交流电网的单相半桥结构无隔离变压器统一电能质量调节器(UPQC)拓扑,分析了其系统功率流动和直流母线工频纹波产生机理,提出了一种改进的串并联协同控制策略。通过解耦控制,使得该拓扑串联侧补偿电压暂降,并联侧补偿电流谐波同时抑制直流母线电压工频脉动。并给出了该拓扑直流母线电容设计选型依据。最后通过仿真和实验,验证了所提设计和控制策略的有效性。     

线间多功能DVR的工作机理及仿真分析

动态电压恢复器(DVR)是一种电能质量的高效治理装置。提出了一种中压馈线间共直流侧的多功能DVR拓扑,包含两个串联型变流器。其中一组用于滤除馈线上非线性负载产生的电压谐波,并维持直流侧电压稳定。另一组具有动态电压补偿功能,可实现其他馈线上的电压扰动抑制,并在负载侧发生短路故障时,具有快速故障电流限制功能。结合滤波与稳压控制、电压电流双闭环比例谐振控制,分析了拓扑运行机理、切换过程。仿真结果验证了所提拓扑及控制策略的正确性。     

低压三相统一电能质量调节器的研制

针对三相四线制低压供电系统电压波动和非线性谐波电流污染的特点,设计了一种能够解决多种复杂电能质量问题的统一电能质量调节器(UPQC).该系统采用了模块化设计的思路,采用高频隔离DC/DC代替工频隔离变压器,可实现并联侧谐波电流的精确补偿及串联侧电压跌落、谐波电压的快速补偿特性.此处给出了不同组成部分的控制策略,并通过实验验证了该拓扑结构的可行性和有效性.     

一种无谐波检测的并联型电能质量调节器

介绍了一种无谐波检测的并联型电能质量调节器(PPQC),可同时补偿谐波和无功而无需对其进行检测。通过研究交流侧与直流侧能量交换的过程和规律,采用控制流入直流侧电流大小和方向的方法使直流侧电压稳定。详细分析了负载有功电流对直流侧电压的影响;将负载有功电流作为扰动,提出了一种无谐波检测的新型控制策略,省去了复杂的检测算法,避免了检测误差和延时。实验结果表明所提无谐波检测的PPQC具有较好的谐波、无功补偿效果及较快的动态响应速度。     

一种高增益低开关应力改进交错型Boost变换器

提出了一种输入输出全交错型Boost变换器,该变换器的两个电感电流在输入端进行交错并联,可以减小输入电流纹波;输出端的两个分压电容可以被交错并联充电和串联放电,这样既提高了变换器的电压增益,又减小了输出电压纹波。另外,该结构能够减小功率管的电压应力,因此有利于选择低功率等级、高性能的开关器件,以进一步减小功率管的开关和导通损耗。详细分析了所提变换器的工作模式和稳态特性,建立了变换器的数学模型。给出了相应隔离型全交错变换器的电路结构。最后通过一台实验样机验证了所提变换器的有效性。     

兼具电能质量补偿功能的互联变换器统一控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网中的电能质量问题,提出了一种兼具电能质量治理功能的互联变换器(ILC)统一控制策略.在平衡交直流混合微电网功率的基础上,同时实现交流子网母线电压不平衡和谐波补偿以及直流母线电压多倍频脉动抑制,从而避免增加额外的电能质量治理装置.在所提控制策略中,选取一台容量最大的ILC控制成电压源模式,称为主ILC,通过引入阻抗调节系数可以使主ILC根据交直流混合微电网不同的电能质量要求运行在不同的补偿模式.其余ILC控制成电流源模式,称为从ILC,通过控制多个ILC传输的脉动功率相互抵消来抑制直流母线电压多倍频脉动.最后,通过仿真结果验证了所提ILC电能质量控制策略的有效性.     

一种具有实用拓扑的综合电能质量调节器的仿真和实验研究

提出了一种基于超级电容的新型电能质量调节器的实用方案。调节器拓扑采用双变换模式,输入侧采用12脉动多相整流,一是可以有效减小输入侧谐波电流,提高直流母线电压,二是多相整流的两套整流器中点直接将上下直流电容电压钳位在整流输出电压,省略了对直流电容的均压控制。超级电容模块接在直流母线上,在系统发生短时供电中断或电压暂降时,由超级电容向负载提供有功支持。研制了15kVA基于超级电容储能的新型综合电能质量调节器实验室样机。数字仿真及物理实验验证了所提拓扑结构和控制策略能够有效消除短时供电中断等电能质量问题的影响。     

10kV统一电能质量控制器配电网应用研究

给出了10 kV配电网基于模块化多电平变换器技术的统一电能质量控制器(modular multilevel converter based unified power quality conditioner,MMC-UPQC)装置提高实用性的五种方法。第一种方法采用变比可变的变压器代替传统MMC-UPQC的串联变压器,提高了MMC-UPQC电压暂降补偿深度;第二种方法采用双串联变换器串联代替传统MMC-UPQC的单串联变换器,减小了公共直流侧电压,降低了阀组柜绝缘要求;第三种方法在电压暂降期间控制并联变换器吸收适量的有功功率,减少了MMC-UPQC子模块直流电容的释放能量,减小了直流电容的容量;第四种方法 MMC-UPQC子模块采用混频控制,根据子模块需治理的电能质量问题设定控制脉冲的频率,减少了子模块内开关器件损耗,降低了散热措施要求;第五种方法在控制策略中引入环流抑制控制,减小了MMC-UPQC变换器内部的环流电流及桥臂电抗器感抗。与传统MMC-UPQC装置相比,采用所提五种方法的MMC-UPQC装置能提高电压暂降补偿能力,减小占地面积和成本。     

不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统控制策略

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次谐波电压的电网条件,文中利用串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制以及正向同步旋转轴系下的比例积分—双频谐振(PI-DFR)控制器,提出了基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的改进控制策略;在实现了定转子电流平衡无畸变、发电机输出功率和电磁转矩无波动的同时,亦消除了系统输出有功功率的2倍和6倍频波动。此外,还提出了考虑并联网侧变换器电流容量时参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。对一台2MW基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的仿真分析,验证了所提控制策略及并联网侧变换器参考电流指令分配原则的正确性。     

三相四线动态电压调节器的单周控制策略与仿真分析

提出了一种三相四线系统动态电压调节器(dynamic voltage regulator，DVR)的单周控制模型。在分析主电路的基础上推导出了DVR的单周控制模型。在电压骤降、骤升以及电源中含有谐波的情况下对新建立的模型进行了仿真研究。结果表明，单周控制用于三相四线DVR既具有较好的动态特性，又控制电路简单。在电压变化范围不大于30%时有较好的补偿效果，并对电源谐波有一定的抑制作用。     

Experimental Verification of Photovoltaic-based Three-phase Four-wire Series Hybrid Active Power Filter

Abstract—This article proposes a photovoltaic and battery interfaced series hybrid active power filter, which is comprised of a series active power filter and an inductor-capacitor (LC) shunt passive filter. The main benefits of the proposed system provide the compensation against the voltage harmonics, current harmonics, and voltage interruption for the whole day. A series active power filter demands a source of energy for compensating the voltage sag/swell. The proposed topology utilizes the green energy source with an energy storage unit to meet the DC-link voltage requirement of the series active power filter. The control strategy is based on the dual formulation of the compensation system principles with adaptive fuzzy logic controller. The simulation and experimental studies are carried out to validate the effectiveness of the proposed photovoltaic interfaced three-phase four-wire series hybrid active power filter.     

新型单H桥型有源滤波器的研究

单H桥型有源滤波器是一种新型的谐波及无功动态补偿装置,具有良好的补偿性能以及扩展方便等优点.其中,控制直流侧电压为适当值是保证并联电力有源滤波器具有良好补偿性能的一个重要因素.在介绍单H桥型有源滤波器基本原理的基础上,分析了直流侧电压控制的原理,最后给出仿真波形.     

电网无功及不平衡补偿中的谐波抑制

讨论了当对低压电网进行无功及不平衡综合补偿时的谐波问题的处理。对谐波不超过国家标准的电网进行综合补偿时，应考虑补偿可能带来的谐波放大，因此在综合补偿方案中应有谐波放大抑制的措施。对谐波超过国家标准的电网进行综合补偿时，先设计谐波滤除方案，并结合某实际电网用C型电力滤波器对无功及三相不平衡进行了综合补偿，补偿结果证明了该方法的有效性。     

双电源备用供电型通用潮流控制器

传统的UPFC中的潮流控制和有功功率补偿只是在同一线路上的电源和负载之间进行,因而其潮流控制能力和有功功率补偿的额度有限,不能实现不间断供电。为解决这一缺陷,提出了一种双电源备用供电型通用潮流控制器,该系统由4个共用一条直流母线的变换器构成。在介绍了其数学模型并分析了其主要功能后,详细讨论了其控制策略。MATLAB/SIMULINK环境下仿真研究的结果表明:双电源备用供电型通用潮流控制器能有效提高电力系统的供电可靠性,可实现不间断供电,且能够实现有功功率在不同电源和负载之间的相互补偿。     

基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器最小能量控制

构造了基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器,根据该装置直流母线电压可控的特点,提出了基于直流母线电压控制的最小能量控制方案。该方案通过控制直流母线电压的幅值,实现了有功功率从电网经十二脉波二极管整流器到直流电压母线的可控传输,减少了对斩波器输出有功功率的需求,降低了超导磁体的储能量,延长了电压暂降的补偿时间。同时,文中还对控制系统进行了整体设计,实现了动态电压的补偿和最小能量控制。仿真结果证明了所提控制策略的可行性。     

级联型换流器在超导储能系统中的应用

超导储能用大功率换流器的选择直接影响了超导储能系统的工作性能。比较了近年来常用的大功率换流电路的特点,阐述了采用级联型电路作为超导储能用大功率换流器的思路,并给出了级联型模块化的超导储能电路拓扑结构。提出了超导储能装置低延迟电压补偿算法及谐波提取算法,并进行了原理仿真,结果表明超导储能系统采用级联型换流器能够有效地进行有源滤波和电压补偿工作,使电压暂降得到快速补偿,并基本上消除了系统谐波。     

基于PWM开关变压器的动态电压恢复器研究

提出了一种基于PWM开关变压器的单相在线式动态电压恢复器(DVR),PWM开关变压器由交流斩波器及串联变压器组成,该DVR可补偿电压凸起和凹陷,无需直流储能环节和锁相环,且具有相位自动跟踪能力。采用新的控制策略及电压检测方法,使系统能够快速识别电压凸起和凹陷并做出相应补偿。系统可工作在降压状态,可应用于节能场合,并设有旁路开关,提高了供电可靠性。设计了10 kW实验样机,实验结果表明此处所提出的DVR具有较好的动态响应、补偿及运行性能。     

DVR的不平衡浪涌和过电压控制

讨论无串联隔离变压器的动态电压调节器(DVR)在不平衡电压浪涌或过电压情况下的补偿问题。使用不可控整流为直流侧电容充电的DVR,在补偿时只允许其向系统注入有功功率。在浪涌或过电压发生时,DVR可能发生从系统吸收有功功率的情况,如果仍然使用传统的同相或相位不变电压注入控制方法,将导致直流侧电容电压迅速升高,可能损坏开关器件或储能单元。利用最小能量补偿控制方法也不能完全解决该问题,因而提出一种单向功率流动控制算法。该算法通过将参考电压旋转一定的角度,使DVR无论在3相平衡与不平衡浪涌或过电压的情况下,都不从配电系统吸收有功,同时能将负荷电压补偿为3相平衡且达到正弦的额定值。该算法加入对DVR最大补偿极限的考虑,以确保注入补偿电压不超过DVR的补偿极限。文中对直流母线电压不可避免的泵升问题提出了缓冲控制策略。最后,仿真结果验证了算法的正确性及有效性。     

一种基于电压源型多端直流输电的供电系统

针对目前单个电压源型FACTS装置只能抑制和消除某一种特定的电能质量问题,提出了一种能综合控制电能质量的新供电方案,其核心是将电压源型多端直流输电系统应用于向重要负荷供电的方案设计。介绍了该供电方案的系统结构,并设计了相关的控制器。一电压源型五端供电系统在几种典型异常运行工况下对重要负荷供电影响的数字仿真表明,电压源型多端直流输电系统是实现电能质量综合控制的有效供电方案。