适用于双馈风电系统的九开关型统一电能质量调节器

为减小电压谐波、电压跌落与骤升、电压不平衡等电能质量问题对双馈感应发电机(DFIG)风电系统的影响,在对多种统一电能质量调节器(UPQC)拓扑结构研究对比和九开关变换器建模分析的基础上,提出一种应用于双馈风电系统的九开关型UPQC方案。在对UPQC电压、电流补偿单元运算电路建模的基础上,设计相应的控制策略。按照电网工况,设定谐波电流补偿、轻度电压补偿、重度电压补偿3种工作模式,优化UPQC运行方案。仿真与实验结果表明,九开关型UPQC可以有效治理电压、电流谐波,消除电压偏差与相位跳变,提高DFIG机端电能质量,使机组可以在多种故障电压工况下实现柔性故障穿越。     

交直流混合配电型通用功率变换器(UPC)研究

提出了基于通用功率变换器的交直流混合配电网系统架构概念,在解决传统交流配电网电能质量问题同时,满足直流配电网发展需求。首先提出了一种结合电压平衡控制器(VBC)和四桥臂型三相四线制电压源变换器(VBC)的新型UPC整体系统结构,并给出一种基于交流电流跟踪补偿的并网VSC和基于恒定直流电流脉冲触发模式的VBC整体协调控制策略。最后通过搭建75 kW仿真实验系统验证了UPC在直流配电、分布式电源直流并网和交流配电网电能质量治理等方面性能的有效性。     

CPT及IRPT多场景电流分解对比及分析

以新能源为主体的新型电力系统发展对系统计量装置、功率变换设备等提出了新要求,迫切需要革新的功率理论指导上述设备的设计与控制,以适应不同电气系统结构。通过构建多种含不同源荷类型的三相电气系统场景,针对守恒功率理论（CPT）及瞬时无功功率理论（IRPT）,重点讨论二者在不同应用场景中电流分解的相似点及不同点。分析结果显示：IRPT仅在电压正弦条件下可以获得较好的电流分解结果,而基于CPT的电流分解,在正弦或非正弦等不同电压、负荷情况下均可较好地解释功率传输现象、分析负荷特性,其可作为有效的理论工具用于负荷特征识别、电费计量、滤波与补偿、功率变换器等领域中。     

限流式统一潮流控制器参数设计及设计实例

限流式统一潮流控制器（unified power flow controller with fault current limiting,UPFC-FCL）可以在系统发生短路故障时有效保护UPFC侧装置不受短路电流的冲击而损坏.在结合限流式UPFC工作原理的基础上,给出装置参数的设计方法,根据最大补偿容量和额定电流确定最大补偿电压,从而确定直流母线额定电压,根据补偿容量指标确定滤波电感的取值范围,按照短路电流水平设计限流电感.依据上述设计方法给出了额定电压为10 kV,最大补偿容量为1 MVA的装置设计实例,确定了串联侧注入系统的最大补偿电压、直流母线额定电压、并联侧及串联侧滤波电感、限流器模块限流电感等.PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了文中设计的有效性和实用性.     

配电静止同步补偿器的补偿电流检测方法

配电静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)用于负荷补偿时,补偿电流指令信号的检测环节对其补偿性能有着重要的影响。该文提出了一种基于同步旋转坐标变换的谐波、无功和负序电流综合检测方法。该方法利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,然后以对称三相电压形成的合成矢量作为同步旋转坐标系中的 轴,将负荷电流矢量投影到电网电压矢量上,通过低通滤波器后便可得到要检测的补偿电流指令信号。与传统的同步旋转坐标变换法相比较,该方法计算简单,且在电网电压不对称条件下,仍能很好地检测出负荷电流中的谐波、无功和负序分量,满足DSTATCOM负荷补偿的要求。同时还根据功率平衡准则对文中所提检测方法的原理进行了简单的分析。理论分析和仿真结果证明了该文所提检测方法的正确性和有效性。     

Dynamic Reactive Power Compensation and Cost Analysis for Isolated Hybrid Power System

The wind-diesel-based isolated hybrid power system requires dynamic reactive power compensation for the fast recovery of voltage under load and input changes. Dynamic compensation techniques give a better voltage response but at a high cost; in contrast, the static compensator reduces the compensation cost by compromising on the voltage response. The use of, both, static as well as dynamic compensators together may give cost-effective reactive power compensation for predefined transient limits of voltage response. This paper presents the pricing of reactive power compensation under steady-state and dynamic conditions of a system with fixed capacitor (FC) and STATCOM. The main contributions of the paper are: (1) evaluation of reactive power compensation using FC as a static and STATCOM as a dynamic compensator, (2) fast recovery of voltage response using genetic algorithm-based tuning of the STATCOM controller's gain constant, (3) evaluation of reactive power compensation cost for steady and dynamic conditions due to change in load and/or input demand, and (4) comparison of responses obtained for the optimized case with a pre-existing reference compensation method.     

直驱风电场高电压穿越控制策略研究

高电压故障给新能源机组和电网安全稳定运行带来的危害日趋严重。本文首先介绍当前各国高电压穿越(HVRT)的技术标准,分析了电网中高电压故障产生的典型原因,根据原因和故障程度的不同将高电压故障分为两类。其次以永磁直驱风电机组(PMSG)为例,分析了PMSG在高电压故障期间的暂态过渡过程,并设计了高电压穿越控制策略。分析表明,典型参数设计下,利用该策略,PMSG机组难以穿越由直流输电系统闭锁等导致的深度高电压故障。进一步,提出了新能源机组与无功补偿装置的协同控制策略,以实现新能源机组在深度高电压故障下的穿越。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了本文分析结果和所提方法的有效性。     

交直流系统连锁故障引发功率倒向方向保护策略

针对目前交直流混联系统连锁故障引发的功率倒向导致纵联方向保护存在适应性的问题,以交流线路发生率较高的单相接地故障为例,在分析了过渡电阻对功率倒向和工频故障电流频率偏移影响的基础上,根据故障后母线电压突变量、故障点电压突变量、补偿电压突变量幅值之间的关系提出一种基于补偿电压突变量的本地信息判据方法。该方法不需要通信设备的参与,仅靠本地的故障信息进行区内外故障判别,不受交直流混联系统功率倒向的影响,并利用频率修正算法对故障电流进行修正。利用PSCAD软件建模仿真验证了该方法的有效性。     

Load voltage compensation using series–shunt power converter

This paper presents a method of amplitude control and unbalance compensation of the load voltage using a series–shunt power converter. The series power converter works to obtain a constant balanced sinusoidal load voltage. The shunt converter regulates the DC link voltage and compensates for the reactive current of the source within the rated current of the converter. To design the required capacity for the series–shunt power converter, the relation between the converter capacity and the load power factor at constant compensation voltage is introduced. The required capacity of the series–shunt power converter is reduced by more than 50% compared with that of a conventional series power converter. The effectiveness of the proposed load voltage compensation technique using the series–shunt power converter is verified by experiments. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(3): 39–48, 2001     

New control approach for capacitor supported DSTATCOM in three-phase four wire distribution system under non-ideal supply voltage conditions based on synchronous reference frame theory

A large number of single-phase linear and non-linear loads may be supplied from three phase ac mains with neutral conductor. They cause excessive neutral current, harmonics and reactive power burden and unbalance. A four wire DSTATCOM (distribution static compensator) is used for neutral current compensation along with reactive power compensation, harmonics elimination and load balancing. A novel control approach is proposed for the control of four wire DSTATCOM under non-ideal supply voltage conditions. A four-leg voltage-source converter (VSC) with a dc capacitor is used as a four wire DSTATCOM. The proposed control approach is based on synchronous reference frame (SRF) theory and an indirect current control technique. The switching signals for the voltage-source converter (VSC) of the DSTATCOM are derived from the estimated reference supply currents. The load balancing, harmonics elimination and the neutral current compensation are demonstrated along with unity power factor (UPF) and zero voltage regulation (ZVR) modes of operation. Simulation results based on MATLAB software with its Simulink and power system blockset (PSB) toolboxes are presented to validate the control strategy. The DSTATCOM is able to maintain the self-supported dc bus under various disturbances.     

基于时域的谐波和无功检测技术的对比研究

谐波和无功检测技术在电能质量治理装置的应用中起着重要作用,检测结果的准确性、实时性和抗干扰性是保证装置的补偿工作性能的前提条件。本文介绍了现有6种时域的谐波和无功检测方法的工作原理,并根据电源电压和负载电流是否三相平衡及包含谐波和无功与否等不同情况设计了8种不同的工况。在这8种不同工况下,结合6种谐波和无功检测算法,并将其应用于三相三线制有源电力滤波器(APF)系统中,使用Matlab/Simulink软件分别对各种不同组合的工况进行仿真分析。根据仿真结果,对比分析了各种组合下的谐波和无功补偿指令信号、有功和无功功率及其功率因数。总结了所采用的APF系统在不同工况下各种检测算法的检测性能,分析了各种算法所适用的工况。实验验证了理论分析和仿真结果的正确性。本文的研究成果为电能质量治理及其控制算法的研究提供了理论参考,为电能质量治理装置的设计与研发提供了切实可行的依据。     

谐振接地电网单相接地故障选线的研究

为解决小电流接地系统单相接地选线中谐振接地电网的单相接地选线问题和现场应用中现有方法存在的选线不准确问题,在详细分析补偿电网零序测量电流分布后将消弧线圈补偿电流融入小电流接地选线计算和判断中,提出了一种新的针对谐振接地电网的、基于单相接地故障工频稳态量分析的小电流接地选线算法。EMTP仿真分析显示该算法具有较高的保护裕度。初步挂网运行试验也证明了该方法具有较高的选线准确性。     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分析结果表明,交流侧电压扰动经交流侧输入导纳产生扰动电流,直流电压控制环对直流侧电压扰动的闭环控制也会产生扰动电流,2个扰动电流共同经直流侧输入阻抗形成直流侧电压扰动.采用经低通滤波的系统电压全前馈控制以及系统电压部分前馈控制策略进行实验验证,实验结果表明所提方法可以准确地分析交流系统故障下直流侧电压扰动水平.     

基于新型统一电能质量控制器的光伏电站故障穿越技术

近年来,光伏电站低电压穿越技术得到了快速发展,但受限于光伏并网系统电压检测速度影响,光伏电站故障穿越的快速性等问题亟需解决。文中提出一种适用于光伏电站故障穿越的的新型统一电能质量控制器(UPQC)接入结构及控制方法。该型UPQC能够在高电压故障时,通过补偿使光伏电站出口电压稳定在额定值,系统具备高电压穿越的能力,并兼有谐波补偿功能,有助于光伏电站快速响应电网电压波动情况,提升光伏电站故障穿越能力。UPQC可以配合光伏电站在低电压故障时输出无功功率,帮助光伏电站在指定的时间内发出电网需要的无功功率,并且能够在高电压故障时吸收电网无功功率,加速电网电压恢复过程,综合提升光伏电站穿越能力。最后,文中给出100 MW光伏电站运行仿真结果,验证了所提电力电子补偿系统的有效性和可行性。     

低压配电网中单相动态电压恢复器与电力系统之间的能量流动

动态电压恢复器(DVR)工作时流经全部负载电流,其输出能量的大小则会影响储能单元充放电时间的长短。详细分析了同相位补偿、故障前补偿和最小能量补偿3种方式下DVR能量流动的规律。同相位补偿时,输出的电压最小,但在大多数时候可能输出的能量较大;故障前电压补偿方式下只要是电压发生暂降,必然需要向系统提供有功和无功才能满足控制的需求,这就对储能单元的功率输出提出了较高的要求;最小能量补偿方式下,指定补偿角的选取是关键。能量流动中有功功率的确定是配置储能单元额定储能量的前提,同时也是控制单元实现和执行补偿策略的理论依据。Matlab的仿真结果证明了以上结论。     

基于时序鉴别方法的新型单相接地选线装置

提出了一种以自研发的专用集成电路为核心的单相接地选线装置 ,该装置综合运用零序电流和零序电压进行时序鉴别、幅值鉴别和信号连续性鉴别 ,实现 6～ 1 0kV电网单相接地故障的准确选线 ,并通用于中性点不直接接地电网的过补偿、欠补偿和无补偿系统 ,能区分永久性和瞬间性接地故障 ;还具有零序CT断线检验、PT断相鉴别及整机性能自检演示等功能 ,并详细介绍了该选线装置的构成原理。     

有源电力滤波器自校正预测控制方法

提出了基于预测控制和空间矢量调制的有源电力滤波器输出补偿电流控制方法.利用外推拉格朗日插值法对有源电力滤波器输出电压进行线性预测,并对其引入校正因子,得出了基于自校正的无差拍指令电压计算模型,以实现对输出补偿电流的闭环无差拍控制;随后在对指令电压进行空间矢量调制过程中简化传统的矢量定位方法,并优化空间矢量的作用时序以降低功率器件的开关损耗.在电网电压不对称且存在畸变条件下的理论分析和仿真结果证明该方法能有效的跟踪指令电流的变化.以此为基础设计一套三相并联型有源电力滤波器,并在10 kV电力系统试运行,实验结果验证了该控制方法的有效性.     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。     

基于电压补偿原理的超导储能-限流集成系统

基于电压补偿原理,将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来,提出了一种超导储能- 限流集成系统(SMES-CL)。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题,而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身,还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构,对于它的工作原理,包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验,验证了它的有效性。     

Residential solar-powered air conditioners

The power demand in Japan increases yearly especially in summer, and peaks in the daytime. The main cause is the drastically increased load of air conditioners used widely in general residences. The load pattern of air conditioners is very similar to the output pattern of a photovoltaic (PV) array. Therefore, Sanyo has been developing two types of residential solar-powered air conditioners. One is a unidirectional system by using a dc/dc converter which controls the voltage of a PV array at its optimal operation point and boosts the voltage up to the dc voltage of an inverter-type air conditioner. The other is a bi-directional system by using a bi-directional current-control converter, which regenerates surplus power into a commercial system from a PV array, and suppresses the input current distortion of an air conditioner. In this paper, the configurations and experimental results are described and discussed.