综合电能质量补偿器直流侧电压波动控制研究

综合电能质量补偿(PQ)逆变器是一种具备谐波抑制、无功补偿和三相不平衡补偿等多种功能的电能质量补偿装置。其输出电流成分复杂,包含谐波电流、负序电流、零序电流和无功电流,这也导致了逆变器直流侧母线电压存在交流波动。此处推导了逆变器输出电流与直流侧母线电压间的内在联系。在此基础上,提出一种新的直流侧电压控制方法,实现了电流跟踪精度与直流侧电压稳定性之间的平衡,并很好地抑制了直流侧电压波动。最后,实验结果验证了该方法的有效性。     

基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。     

三相四线系统并联电能质量补偿器的新型控制方法

控制技术是应用逆变器在配电网实现电能质量补偿的关键。提出一种基于参考电压矢量平移的新型三维空间矢量调制方法，用来控制三电平三桥臂中点引出式逆变器，实现三相四线系统中的并联电能质量补偿。与三相三线系统中的两维空间矢量调制不同，这种新型三维空间矢量调制方法基于α—β—O变换，利用零序分量补偿中线电流。—所提出的控制方法用在三相四线系统中的并联电能质量补偿器中，Matlab下的仿真结果表明这一控制方法可以使并联补偿器同时完成抑制谐波、补偿无功和中线电流的综合功能。通过与三维α—β—O滞环控制方法补偿效果的比较，证明三维空间矢量控制方法可以在较低的开关频率下达到更好的补偿效果。     

三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器

提出一种三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器.该补偿器主电路由具有独立直流侧电容的三相电压源型逆变器通过单相耦合变压器级联而成,耦合变压器的容量为补偿器容量的1/3,具有逆变器中开关器件的开关应力小、直流侧电容电压波动小、补偿电流的波形品质好等优点.采用移相脉宽调制技术可以在不改变输出电压品质的情况下降低逆变器的开关频率,将输出电压的谐波主频带推至3倍开关频率附近,采用d-q解耦控制可提高补偿器的响应速度.考虑到补偿器中各逆变器可能存在参数不一致的问题,对各逆变器的直流侧进行电压平衡控制,仿真实验证明了该补偿器及其控制方法的正确性和有效性.     

不平衡补偿时三相逆变器串联型STATCOM控制方法

将分相控制应用于三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器在不平衡补偿时的控制,考虑到由于参数、损耗等因素对直流侧电容电压的平衡产生影响,对直流侧电容及开关器件造成威胁,提出了一种直流侧电容电压平衡控制方法。通过仿真研究对提出的方法进行研究,仿真结果表明分相控制对不平衡补偿时三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器的控制是有效的,利用直流侧电容电压的平衡控制能够有效地对直流侧电压的稳定和平衡进行控制。     

一种改进的混合静止同步补偿器

作者设计了一种改进混合静止同步补偿器,该补偿器由一个三相电压源型逆变器和补偿电容组成,通过控制三相逆变器输出电压相对于系统电压的相位差间接控制补偿器的输出无功功率。该补偿器能进行补偿功率双向连续调节,控制简单,动态响应速度快,输出电流不含低次谐波,特别是在补偿感性无功功率时,该补偿器直流侧电容电压低,可减小开关器件的应力,降低补偿器损耗,提高装置的运行效率。在理想情况下,上述逆变器容量仅为最大补偿容性无功功率的1/4。文中分析了补偿器的工作原理,推导了补偿器和逆变器的功率公式,并分析了二者的关系。最后通过实验验证了该补偿器的可行性和有效性。     

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。     

一种新型的中性线电流补偿器

针对目前非线性负荷造成低压配电网中性线过负荷的问题,提出一种新型的中性线电流补偿器.该新型补偿器将逆变器接入曲折变压器中性点和中线之间,逆变器输出的电流通过曲折变压器提供的低阻抗的零序电流通道注入系统,进行中性线电流的补偿.曲折变压器的二次侧输出利用全控整流桥整流,为逆变器提供直流电源,实现了能量的双向流动,有效地解决了采用不控整流模块时,在补偿器吸收有功功率的情况下所造成的直流电压升高,易造成开关器件过压损坏的问题.通过建立模型对提出的补偿器进行仿真研究,结果表明该新型中性线电流补偿器能够有效地补偿中性线中的谐波及不平衡电流,逆变器的直流侧电压保持稳定.     

直流电压含二次纹波条件下并网逆变器输出谐波抑制

单相并网逆变器及电网电压不对称情况下的三相并网逆变器,直流母线电压均含有明显的二倍工频纹波分量。受该纹波分量影响,逆变器交流侧输出含有明显的三次谐波,影响逆变器输出电能质量。针对上述问题,利用双重傅里叶变换和开关函数法对并网逆变器的输出谐波特性进行了分析,在此基础上提出了抑制单相和三相逆变器输出三次谐波的改进脉宽调制方法。该方法根据直流母线电压修正调制波,无需提取直流母线电压纹波分量信息,算法复杂度低,易于实现。通过开关函数法详细证明了新型调制方法的可行性,给出了基于该调制方法的单相及三相光伏逆变器的控制策略。仿真验证了所提调制方法可显著降低直流母线电压含二次纹波条件下并网逆变器的输出三次谐波成分。     

三电平动态电压恢复器的中点电位平衡问题

此处针对不平衡电压暂降补偿工况下,中点箝位型（NPC）三电平动态电压恢复器（DVR）中点电位不平衡问题展开研究,分析表明此工况下的中点电位不仅存在3倍于输出频率的波动,而且存在更大成分的输出频率的波动。传统的双调制波方法仅适用于平衡补偿工况,此处对电压不平衡补偿工况下的双调制波算法的通用理论公式进行推导,证明双调制波方法可以在全范围内消除中点电位波动,同时平衡补偿工况仅是双调制波方法通用理论公式的一个特定工况。同时针对电压不平衡补偿工况下中点电位直流不平衡问题,提出一种适用于任意补偿工况的通用补偿量计算方法,并对边界值进行有效限制,中点电位直流平衡过程快速、有效。仿真和实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。     

Distribution system compensation using a new binary multilevelvoltage source inverter

A new binary multilevel voltage source inverter with separate DC sources is proposed. This n-level voltage source inverter produces a (2 ⁿ⁺¹-1)-steps AC voltage output with n full bridge inverters connected in series. The use of selective harmonic elimination modulation technique to either completely eliminate or minimize harmonics is studied. A closed-loop controller to control the capacitor voltages and adjust the inverter reactive power output is developed. Application of such a compensator for dynamic compensation of 13.8 kV distribution system is examined through transient studies using a PSCAD/EMTDC program. The proposed inverter configuration not only reduces the system complexity and its size, but also improves the harmonic profile significantly     

双电源交错备用型通用电能质量控制器

传统的通用电能质量控制器(GPQC)直流侧如果没有储能装置,则无法实现不间断供电;即使直流侧装设储能装置,蓄电池储能或超级电容器储能都存在补偿时间、补偿容量及使用寿命均有限等问题。为此提出了一种由两个并联变换器和两个串联变换器构成(每一个并联变换器和串联变换器都通过一个直流电容交错的连接在一起)的新双电源交错备用型通用电能质量控制器(DPS-GPQC)和一种简单有效的控制策略。DPS-GPQC能够同时补偿电网谐波电压、电压跌落和上升、电压中断、三相电压不平衡、谐波电流及无功电流,且能够实现两个不同电源之间能量的交错备用。基于MATLAB/SIMULINK的仿真结果表明了DPS-GPQC良好的性能和所提控制策略的有效性。因此,所提结构既能同时解决两个不同系统的大多数电能质量问题,又可以有效提高电力系统的供电可靠性。     

PWM型动态无功补偿技术的研究

提出了一种新型的可连续调节的PWM型动态无功补偿技术,以较小的逆变容量实现了系统的动态无功补偿。该补偿装置主要包括PWM调压电路和电容器组两部分。PWM调压电路输出侧与补偿电感串联后直接并入电网,通过检测计算出电网电流中所含的基波无功电流分量,利用PWM脉宽调制技术控制PWM调压电路的开关占空比,使补偿器输出相应的无功电流,从而动态连续补偿电网无功。该装置不仅实现动态无功补偿,而且补偿的过程中动态响应速度快,向系统注入的谐波含量小。     

新型正弦脉宽调制控制电压源型动态静止无功补偿器

提出了一种适用于低压配电系统的新型动态无功补偿电路拓扑。主电路采用三相四桥臂逆变器结构,可以对负荷不平衡进行有效补偿。逆变器控制采用正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制,保证电压电流失真度低,并通过调节逆变器的输出电压从而动态调节静态无功补偿器(static var compensator,SVC)补偿无功功率,最终实现系统无功补偿为零的目的。通过与固定补偿电容器相结合,它能以较小的逆变器容量来补偿动态无功,提高系统的功率因数和电压稳定性。利用PSCAD/EMTDC平台对该系统进行了仿真研究。仿真结果验证了控制策略的可行性和有效性。     

A novel approach of reference current generation for power quality improvement in three-phase, three-wire distribution system using DSTATCOM

This paper presents a novel approach based on an improved instantaneous active and reactive current component theory for generating reference currents for distribution static compensator (DSTATCOM). Three-phase reference current waveforms generated by proposed scheme are tracked by the three-phase voltage source converter in a hysteresis band control scheme. The performance of the DSTATCOM using the proposed control strategy has been evaluated under various source and load conditions. The performance of the proposed control strategy has been evaluated in terms of load balancing, reactive power compensation, compensator rating and harmonic mitigation. A three-phase, three-wire distribution system supplying star connected linear as well as non-linear unbalanced load is considered for simulation study. The detailed simulation results using MATLAB/SIMULINK software are presented to support the feasibility of proposed control strategy.     

采用主从型逆变器结构的静态同步补偿器

针对6kV中压电网三相平衡负载的无功功率补偿，结合二极管箝位多电平逆变器和H桥级联多电平逆变器的特点，提出了一种能够直接并入电网的新型主从式逆变器结构：主逆变器采用二极管箝位三电平逆变器，从逆变器采用3个H桥(即全桥)逆变器。主逆变器和H桥逆变器采用级联的形式连接，构成一个五电平的混联逆变器。H桥逆变器负责产生一个方波电压，构成输出正弦电压的基本成分；主逆变器产生输出电压的补偿部分并负责消除低次谐波。最后通过仿真结果证明了所提出的这种主从型逆变器STATCOM结构在消除谐波方面的优越性。     

Cascaded Common Nodal Point Multi-level Inverter Topology

Recent trends in the multi-level inverter (MLI) technology demand reduced number of switches, driver circuits, isolated DC sources, peak inverse voltage (PIV), appreciable number of voltage level, and lower total harmonic distortion. This paper presents an improved cascaded MLI configuration. Each module comprises ten switches, two isolated DC sources, and two capacitors; it can generate a maximum of 9-level output voltage waveform. Optimized switching sequence is developed that ensures minimum switching transitions and is implemented through single-carrier pulse width modulation for the control of the proposed topology. The classical cascaded H-bridge inverter and some recently developed MLI configurations were compared with the proposed inverter circuit. Results show that the proposed inverter configuration generates high number of output voltage levels with reduced number of power switches and PIV. It also has a lower per-unit power loss profile. Unit capacitor voltage balancing scheme is developed, which ensures proper control of the unit step voltage level in each of the cascaded modules, at extreme loading condition. For two cascaded inverter modules, simulation and experimental verifications are carried out on the proposed inverter for an R–L load. Simulation results of the output voltage waveforms and its harmonic spectrum are in conformity with experimental results.     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

用于通用电能质量控制器的一种简单补偿策略和统一控制方法

将谐波和短时电压跌落问题确定为通用电能质量控制器的补偿对象,进而提出了相应的补偿策略和统一控制方法.相对其他多功能的补偿器来说,该方法简单且能有效协调两个变流器的控制,不需区分不同的电能质量问题并选择不同的控制策略,对变流器容量要求也不高.仿真和实验表明该补偿策略和控制方法有效,通用电能质量控制器具有良好的补偿性能.     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。