不平衡负载情况下基于双序dq坐标系双级矩阵变换器的闭环控制研究

不平衡负载会引起双级矩阵变换器(TSMC)输出电压的不对称,三相不对称电压可按照对称分量法分解为3个平衡分量:正序、负序和零序分量,该文基于对各分量分别在正序、负序同步旋转坐标系(dq坐标系)下表达式的推导,分析了基于单向dq坐标系PI闭环控制存在的问题,提出了基于双序dq坐标系的闭环控制方法:采用正序和反序两组PI控制器分别对输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈控制,所提方法可以控制正序分量跟随正序参考给定且稳态无静差,同时可以对负序分量进行完全控制,能有效快速抑制负载的不平衡扰动,保证了TSMC高性能的输出电压。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。     

电压不平衡时风电系统中基于双同步变换的锁相环设计

快速准确地锁定正序基波电压分量的相位和频率是保证风力发电系统中网侧变换器、静止无功补偿装置安全可靠运行的基础.针对基于单dq坐标变换的锁相环在电压不平衡和畸变时动态过程较差等问题,提出一种基于解耦双同步参考坐标变换的锁相环设计方法,通过双dq变换和解耦计算检测出不平衡电网电压中正序分量和负序分量,从而消除电压不平衡的影响.在电压不平衡、电压畸变、频率突变和单相接地情况下进行了仿真和实验研究,结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

变频器缺相故障检测及相序自适应方法

讨论了四象限变频器的缺相故障快速检测及相序自适应的方法。通过基于双广义二阶积分的软件锁相环,分别对三相电压正序和负序进行锁相,获得三相电压在两种相序下的幅值。对三相电压各种情况所对应的正序、负序分量进行分析,结合锁相环计算出的正序或负序分量的幅值,分辨出三相电压是否过低或缺相及相序情况。经过MATLAB/Simulink仿真验证,15 ms内即可对缺相故障及相序做出准确分辨,证明所述方法切实可行。     

不对称低电压下的电网电压角度检测

为满足风电机组低电压不对称穿越的要求,实现风电机组不对称控制,需要在电网对称和不对称跌落情况下分别准确获取电网电压正序和负序分量的相位、幅值和频率。在双dq同步旋转坐标系下理论推导了电压正序和负序分量的解耦公式,运用软件锁相环得出电网电压正序和负序分量的幅值、相位角。最后利用Matlab仿真,验证了该算法具有检测准确、抗干扰和适应性强的优点。     

基于双同步旋转坐标的单/三相通用锁相算法设计

提出了一种新型单相/三相通用锁相环算法。该算法将单相电压、三相电压统一视为三相不平衡信号,在双dq同步旋转坐标系上进行投影,利用二倍频分量提取网络来实现正序信号、负序信号的快速解耦,有效提高了锁相环低通滤波器的截止频率;同时,利用正序直流d/q比值作为锁相环反馈量,克服了交流母线电压幅值变化的影响;同时还介绍了算法的结构和原理,建立了锁相环传递函数。考察了锁相环传递函数的零极点分布,分析了采样周期、低通滤波器截止频率对锁相性能的影响。最后,进行了仿真和实验,证明了该算法的有效性。     

无锁相环三相电压暂降检测

针对基于dq变换法的电压暂降检测方法易受锁相环输出信号误差影响的问题,提出了无锁相环三相电压暂降检测方法。首先通过瞬时对称分量法及坐标变换在αβ坐标系下建立含电压正序、负序分量的检测模型,该模型引入90°超前移相算子;然后采用无迹卡尔曼滤波算法构建离散电压暂降检测模型,借用正余弦90°的关系实现移相算子;最后利用MATLAB/Simulink对所提方法在三相电压平衡与不平衡故障中的应用进行仿真,仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

并网系统软件锁相环设计

并网控制系统的稳定运行需要快速准确地跟踪电网电压的相位和频率。根据软件锁相环(SPLL)原理,基于dq坐标变换建立了SPLL模型,仿真结果表明该锁相环在电网电压存在跌落、相位和频率突变情况下均能实现准确锁定。同时针对三相不平衡系统,设计了基于双同步旋转坐标系的解耦软件锁相环,详细分析了其锁相原理及数学模型,并通过仿真验证了其良好的锁相性能。     

非理想电网下三相LCL滤波并网逆变器对称电流控制

非理想电网包括电网存在不平衡、谐波畸变、频率变化等情况,在非理想电网下,三相电网中除正序分量外还含有一定量的负序、零序以及谐波分量。一方面,电网负序分量会使得d轴上含有2倍工频的脉动,从而导致锁相环锁相失准,虽然通过增加适当的滤波器可以滤除脉动量、提高锁相精度,但难以同时保证较好的频率适应性;另一方面,电网的负序及谐波分量易导致进网电流不对称且谐波含量增大,污染电网。针对上述问题提出了采用变采样周期锁相环(VSP-PLL)和电网负序电压前馈的方案,并结合逆变侧电流反馈控制以实现对称电流控制,最后,在一台5 k W三相LCL滤波并网逆变器样机上进行了实验验证。实验结果证明了方案的有效性。     

一种改进的基于DFT鉴相的单相锁相环方法

为了改善基于DFT(Discrete Fourier Transform,DFT)鉴相单相锁相环方法的锁相速度和提高其在电网频率变化时的锁相精度,文章在常规基于DFT鉴相单相锁相环基础上进行了两点改进。一是减少锁相环中前向积分环节,PI调节器输出直接作为相位误差信号;二是增加电压频率跟踪环节,进而调节系统采样频率,实现同步采样。仿真和实验结果验证此改进方法的有效性。     

VSC-HVDC离散模型及其不平衡控制策略

针对常规控制下电压源换流器(VSC)对交流电网电压不平衡的敏感特性,避免电网电压不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对VSC进行功率特性分析的基础上,采用了网侧功率节点控制并补偿换流电抗和损耗电阻二倍频功率的不平衡控制策略。同时针对工业现场微机控制器,推导了基于双序矢量电流控制器(DVCC)的离散化内环控制模型、Smith预估补偿器模型和外环控制模型。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)离散模型,对外环功率指令阶跃以及两端换流站分别发生电网不平衡故障进行仿真,仿真结论验证了本文离散模型以及不平衡控制策略的有效性。     

电网不平衡下基于自适应观测器的锁相环研究

电网不平衡条件下,传统软件锁相环已经不能准确跟踪电网电压的频率和相位信息,且无法直接得到电网电压的正负序分量。针对传统软件锁相环的缺陷,提出了一种静止坐标系下基于自适应观测器的软件锁相环算法。算法设计了电网电压角频率的自适应观测器模型,通过定义Lyapunov函数,推导出电网角频率的自适应律,并设计了使得观测器稳定的增益矩阵。该算法不仅可以观测到电网的频率、相位等信息,同时可以得到电网电压正负序分量。仿真和实验结果表明,基于自适应观测器的锁相环具有检测精度高、动态效果好等优点,当电网处于各种不平衡条件时更能显示其优越性,可为风电网侧变流器的算法改进提供有效的控制基准。     

三相高功率因数电压型PWM整流器建模与仿真

提出了三相高功率因数电压型PWM整流器全数字控制的数值仿真方法,实现了数字控制逻辑与主电路仿真的统一.文中详细地分析并建立了三相电压型PWM整流器的高频数学模型,建立了三相高功率因数PWM整流器控制到输出的传递函数,给出了电压调节器的设计方法.数字逻辑仿真所用的高级语言可直接转换成DSP能识别的逻辑语言来实现实验样机的数字控制.仿真和实验波形的一致性表明:本文建立的电压型PWM整流器的高频数学模型是正确的,提出的仿真方法是有效的.     

一种新型的高升压Boost变换器研究

由于清洁能源的广泛应用,电力电子变换器成为了研究的热点.将高升压比的Boost变换器用于清洁能源发电系统中,需要考虑变换器的升压能力和效率.针对传统变换器的缺点,提出了一种新型的高升压Boost变换器,根据其拓扑结构建立了等效的平均数学模型,推导出了该变换器升压比的计算公式.最后在MATLAB下搭建了仿真电路对所提出的变换器进行验证.理论分析和仿真结果表明了所提出的Boost变换器相比于传统Boost变换器具有高升压、开关器件电压应力低和转换效率高的优点.     

基于FGMOS的电压求和电流传送器及其应用设计

本文提出了一种基于FGMOS晶体管的电压求和电流传送器的设计。通过对FGMOS晶体管的等效电路分析,得到其框图和等效电路,并设计出了其电路结构;为了表明提出的电压求和电流传送器的可用性,将提出的电压求和电流传送器用于实现受控振荡器和电压求和放大器;通过SPICE的仿真结果表明,基于FGMOS的电压求和电流传送器不仅具有高的线性特性,而且其电压传递增益和电流传递增益分别可达0.99和0.98。此外,还有着很好的频率响应性能,?0.5V的低电源电压,79.8?W的低功耗和在14k?~2.1M?的线性电子可调谐电阻值。基于电压求和电流传送器设计的受控振荡器具有稳定的正弦输出,而且振荡频率值可以通过偏置电流来控制,设计的电压求和放大器具有高输入电阻和可控的增益。     

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

基于旋转高频电压注入的对转PMSM无传感器控制

为了使对转永磁同步推进电动机结构简单,性能可靠,建立了该电机的无传感器控制系统。介绍了对转永磁同步推进电动机的结构,建立了电机的数学模型,设计了基于锁相环技术的转速跟踪观测器,提出了一种基于旋转高频电压注入的速度检测方法,可实现对转永磁同步推进电动机全速域内无传感器控制。仿真结果证明该方法能完成对转永磁同步推进电动机的调速控制,并实现扰动下的双转子转速跟随,且响应迅速,鲁棒性强。     

基于BLT方程的中压电力线载波通信信道建模

中压电力线载波信道呈现较强的频率选择性,为分析预测这种选择性,提出了基于BLT方程的中压电力线载波通信信道模型。从常见的描述单一负载电压响应的BLT方程出发,通过分析载波信号在复杂网络中的传播特性,得出了适用于中压电力线载波通信网络的信道模型。该模型不受具体网络拓扑的限制,可以将网络中各节点处的电压响应特性表示为管道传播矩阵和节点散射矩阵的函数,具有形式简洁,通用性强,便于分析计算的特点。最后,以由架空线构成的中压配电网为例,用所提的方法计算了在窄带范围(10~500kHz)内节点电压的幅频特性和相频特性,并通过在PSpice中用集总参数元件进行模拟的方法验证了模型的可信性。     

数字—物理模型互联方法及混合仿真系统稳定性研究

现代电力系统通常包含高压直流输电(HVDC)或灵活交流输电(FACTS)等由开关器件构成的高频元件,单一实时数字模型因其离散性而受仿真截止频率限制,无法准确模拟这类元件的高频响应过程,目前最有效的仿真措施是建立包含这类高频元件物理模型的数字-物理互联混合模型.根据电路替代定理提出节点电压重叠互联方法,即在数字模型中将接口点电压变量通过D/A转换输出通道形成物理模型中的电压源替代支路,又将该物理支路的电流变量通过A/D转换输入数字模型中形成接口支路的替代电流源,从而实现数字一物理模型的互联;从系统稳定性的角度对基于该方法互联的混合仿真模型进行了理论分析,证明混合仿真模型为有条件数值稳定系统且推导出模型的稳定条件判别式;最后,通过混合仿真实验验证了理论分析结果的正确性.     

PWM开关DC-DC变换器的低频波动

为了揭示PWM开关变换器输出电压出现低频波动的规律，基于电感电流和输出电压包络的波动频率远低于变换器的开关频率的假设，建立了变换器中电感电流和输出电压包络的微分方程，并在s域进行分析，得出了变换器的闭环输出—输入电压传递函数，采用胡尔维茨稳定判据得出了变换器的稳定条件，分析结果表明：反馈环节的滞后是造成变换器输出电压出现低频波动的原因。采用零极点分析的方法确定了变换器低频波动的频率，利用变换器拓扑结构的约束关系，得出了变换器低频波动的幅值。采用SPICE仿真和实验的方法验证了理论分析结果的正确性。