基于星型接法的链式无功功率调节系统的研究

三相链式功率调节系统可用于电网的瞬态无功调节。该系统由多个独立的H桥单元串联组成,由于各H桥单元损耗以及直流母线上电容参数不同,将引起系统各个直流母线电压不平衡,从而影响系统的可靠运行。本文提出了一种具有软充电功能的拓扑结构,针对三相直流母线电压不平衡的问题,采用了一种基于负序电压注入的平衡三相直流母线电压的方法。论文说明了控制方法的原理,推导了主要的实现步骤。物理实验证明了系统控制方法的有效性。     

风电场孤岛直流外送系统的稳定控制

为了解决常规直流不能单独送风电的问题,分析了风电场孤岛直流外送系统的不稳定性机理,指出风电场不能与高压直流系统配合的原因在于"缺少不平衡功率自动消除机制",基于此提出一种解决方法,即在送端交流母线处附加VSC装置及其稳定控制策略,使送端电源整体接近电压源外特性并具备不平衡功率消除机制。一方面,VSC为DFIG提供了三相电压旋转矢量,保证DFIG的正常运行;另一方面,反馈VSC电容电压,根据电容电压的变化来反映直流送端系统频率变化,通过频率变化调节直流输送功率从而消除直流送端系统不平衡功率,实现了系统稳定运行的目标。基于所提出方法进行了实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)的闭环验证,实验结果表明,此方法建立的不平衡功率消除机制,是解决风电场与传统直流单独配合问题的可行方法,且所需VSC装置容量仅为直流传输容量的1%左右。     

三相电力电子负载谐波分析与抑制

三相电力电子负载在系统不平衡或模拟不平衡负载、非线性负载的工况下,直流母线会包含丰富的谐波电压,这些谐波分量通过PWM调制过程和电压外环控制器会引入到并网指令电流中,导致馈网电流质量的下降。针对这一问题,根据瞬时功率理论,建立了三相电力电子负载功率平衡方程,推导出三相电力电子负载在不同工况下直流母线谐波电压的表达式,揭示了负载模拟变换器和并网变换器对直流母线电压的影响机理,并提出一种基于滞环控制的直流电压控制方案,以抑制直流母线谐波电压对并网输出电流的影响,改善馈网电流的质量。仿真和实验都验证了理论分析的准确性以及谐波抑制方法的有效性和可靠性。     

直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.     

链式APF的功率平衡机理和控制策略研究

研究了链式有源电力滤波器(APF)各H桥之间的功率平衡机理,采用相量法分析了各H桥直流母线电压与逆变器交流侧输出电压的相互影响机理,设计了基于直流母线平均有功功率调节和有功偏差调节相结合的直流母线电压控制策略,通过仿真验证了直流母线电压均衡控制策略的有效性。动态模拟实验表明,链式APF对于无功和谐波负载均具有良好的补偿精度和动态响应速度,实现了各H桥直流母线电压的自均衡控制。     

不平衡电网下模块化多电平换流器的直流环流均衡策略

不平衡电网下模块化多电平换流器（MMC）存在三相直流环流不均衡问题,易导致相间电流应力和热应力差异,降低其在不平衡工况下安全运行能力。该文从桥臂功率角度分析不平衡电网下三相MMC直流环流不均衡现象和基于零序电压注入的直流环流均衡机理。提出一种零序电压注入的直流环流均衡方法,通过网侧电流与直流环流偏差量计算得到零序电压相位,经过比例谐振控制器生成零序电压注入量,进而实现直流环流的快速、有效均衡。在所提出的控制策略的基础上,研究该方法对MMC桥臂电流峰值、有效值及子模块电容电压纹波的影响规律。仿真与实验结果验证了该文理论分析与控制策略的有效性。     

零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制

级联型并网逆变器可以无变压器并入高压电网,并且具有容量大、效率高等特点,对配合可再生能源大规模并网和增强电力系统稳定性具有重要的意义。但级联结构中存在直流侧平衡问题,这严重影响到装置的输出性能和可靠性。针对三相星型结构中的相间直流侧不平衡,在并网逆变器注入零序和负序电压的情况下,推导出其各相有功功率的数学模型并对比功率调节能力,提出一种结合零序和负序电压注入的相间直流侧平衡控制方法及其适用条件,较好地解决了直流侧平衡问题,兼顾了装置性能和功率调节能力。通过仿真和实验验证了该方法的有效性和可行性,实验结果表明,该方法即使在电网电压不平衡的条件下,也可以保证相间直流侧平衡。     

不平衡工况下混合微电网交直流母线接口变换器多模态运行控制策略

针对混合微电网不平衡工况下交流母线电压不平衡、直流母线电压二倍频波动和三相电流不平衡等电能质量问题,提出交直流母线接口变换器多模态运行控制策略,所提策略可以使接口变换器实现功率双向传输与电能质量治理统一控制,提高了变换器的利用率,降低了系统运行成本。首先,根据接口变换器在不平衡工况下的瞬时功率传输特性,并结合变换器带载情况及交、直流母线电压质量的不同要求,将变换器的工作方式划分为3种主要运行模态:电流不平衡补偿、电压不平衡补偿和直流电压稳定。其次,将交直流混合微电网作负序等效,通过引入多模态控制参数,实现对接口变换器负序等效阻抗控制,详细阐明了各工作模态系统的工作原理并通过伯德图详细分析了所提控制策略对三相不平衡电压、电流的补偿特性。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

均压电容与分层控制相结合的链式STATCOM直流侧电压控制方法

链式STATCOM在高压大功率场合下解决电能质量问题具有无可比拟的优势。但由于构成链式STATCOM的功率单元参数和工作状态的不一致性,使得功率单元的直流侧电压会发生不可避免的不平衡现象,严重影响了STATCOM的工作性能。控制功率模块直流侧电压均衡与稳定成为链式STATCOM的关键技术。在分析直流侧电压不平衡机理的基础上,结合硬件控制方法效果良好、软件控制方法成本低廉等优点,提出了基于均压电容与分层思想复合使用的链式STATCOM直流侧电压控制策略,以及控制策略实现的方法——等时遍历法与最值比较法,并研究了参数设计的方法。仿真实验表明:该方法控制效果优异,成本低廉,耦合度小,有利于系统扩展。     

不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略

针对柔性直流输电系统交流侧不对称电压暂降下,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）运行时出现的功率波动、三相电流不平衡等问题,提出了不对称电压暂降下最大功率输出的MMC协调控制策略。该策略根据不对称电压暂降下MMC系统运行特性随调节参数的变化规律,以抑制有功功率波动与输出三相平衡电流的协调控制为目标,构建了线性加权解析式确定调节参数,在保证MMC输出电流峰值在最大限制范围内时,输出最大有功功率。该策略既拓展了有功功率输出能力,又提升了系统的整体控制保护性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

一次风机变频器检测直流母线过压故障分析

介绍了变频器的组成及变频器功率单元直流母线过压故障检测原理,针对内蒙古京泰发电有限责任公司1号机组1号主变一次风机变频器功率单元报母线过压故障信号实例分析该故障原因:由于电厂附近运煤机车运行时产生谐波污染,电网出现三相不平衡,变频器每相串联单元最终输出的电能对应出现不平衡现象。带电机后,因为定子磁场的不平衡,电机的三相定子绕组能量不均衡,导致变频器三相输出出现能量不均衡现象,而每个功率单元的内阻并不完全一致,内阻较低的功率单元出现能量倒灌情况,功率单元直流母线充电引发直流母线过压故障报警。将启备变改为工作变带变频器后,电源电压稳定,未再发生类似故障。     

基于d-q坐标系的单相链式STATCOM直流电压平衡控制策略

直流侧电压平衡是单相链式STATCOM能够安全、可靠运行的前提,而各H桥之间有功功率损耗的差异是造成直流侧电压不平衡的根本原因。建立了单相链式STATCOM在d-q旋转坐标系下的数学模型,基于瞬时功率理论分析了引起直流电压不平衡的原因,并设计了由前馈解耦电流内环、电压均值外环和电压平衡外环组成的三环控制策略。与在a-b-c静止坐标系下的控制策略相比,该方法不仅实现了网侧电流的无静差控制,同时更便于直流侧电压平衡环节的实现。仿真与实验均验证了该方法的有效性。     

基于环流注入控制的MMC型固态变压器低压直流真双极运行方案

多端口固态变压器(solid state transformer,SST)是多电压等级交直流混合配电网的核心设备。模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型SST可构建中压交流、中压直流和低压直流等端口,其中压直流端口可接入中压直流配电网及构成多区域交流配电网的柔性互联,从而提升区域网络间功率灵活调节能力。对于低压侧,具有不平衡运行能力的真双极直流母线能够满足低压用户对多电压等级、供电可靠及用电安全等需求,而常规的MMC-SST仅能提供单极或伪双极低压直流端口。因此,文中提出一种真双极型MMC-SST拓扑及基于主动环流注入的桥臂电压平衡优化运行方案,该结构同时具备中压交流、中压直流及低压真双极直流等端口。文中的主要工作包括:简述真双极型MMC-SST连接方式,并基于能量平衡原理,探索低压真双极运行工作机理;建立基于环流的动态模型,揭示双极不平衡功率、桥臂电容电压及环流之间的耦合关系;基于环流注入的稳态模型,获得基于主动环流注入的桥臂电压平衡运行方法,并优化注入环流的幅值和相位;提出基于环流主动注入的桥臂电容电压平衡控制策略。最后,搭建2MVA的MMC-SST仿真模型及4.8kVA的MMC-SST实验样机,验证所提拓扑及控制的可行性和有效性。     

电压不平衡下三相4开关有源电力滤波器电流参考值

三相4开关并联型的有源电力滤波器(APF)拓扑简单,开关损耗小、经济效益高,但控制性能易受到电压不平衡的影响,特别是直流母线中点电压不平衡和电网电压不平衡。为抑制该影响,对第1种不平衡情况,通过三相4开关并联型APF建模,推导出直流母线中点电压不平衡对三相4开关逆变器输出特性影响机理,它的存在将影响三相输出对称性,为此提出了一种电容电压差值前馈控制方法,可有效抑制直流母线中点电压不平衡带来的影响;针对电网电压跌落引起的不平衡和短时故障等现象,从APF补偿目标出发,在矢量分析的基础上,提出了一种基于线电压合成的电流参考值生成策略,具有使用传感器少、适合多种不平衡情况的优点。仿真和实验验证了方法的可行性。     

基于功率转移的混合级联电压均衡控制策略

传统星形级联H桥(CHB)静止同步补偿器(STATCOM)补偿负序电流时会产生不平衡三相有功功率,造成相间直流电压不均衡。通常只能通过注入零序电压重新分配三相有功功率,来实现相间直流电压均衡。然而,零序电压注入将极大地增加STATCOM的输出电压,限制了负序电流补偿范围。以混合级联型STATCOM为研究对象,给出一种通过共直流母线单元来转移相间不平衡有功功率的方法,并以此提出相间均压控制策略。最后,在7.5 kvar的混合级联型STATCOM实验平台验证所提相间均压控制策略的可行性。     

电压不平衡时交直流双向功率变换器的控制策略

基于传统双环控制的三相AC/DC变换器因其能实现功率双向流动、交流侧单位功率因数运行而在交直流混合微电网中担当链接桥梁的作用。当混合微电网交流侧电压不平衡时,三相AC/DC变换器的直流电压将产生2倍于基波频率的脉动,并导致交流电流产生大量的3次谐波分量,严重影响微电网的运行。在同步旋转坐标下建立交流侧电压不平衡条件下的三相AC/DC变换器的数学模型,分析了系统在不平衡条件下的功率传输特性,改进了三相AC/DC变换器功率控制策略,同时利用超级电容快速充放电特性在直流母线接入一小容量的超级电容来平衡直流侧功率的二次波动。仿真和实验结果验证了所提策略的可行性。     

提升低压配电电能质量的H桥有源电力滤波器

将H桥结构的三电平逆变器作为有源电力滤波器(APF)应用于低压配电网络可有效提升系统电能质量,然而当负载电流三相不对称时,负载电流中的基波负序分量会影响直流母线电压的稳定控制。在这种场景下,首先探讨了H桥结构三电平逆变器与电网基波正负序分量对输入逆变器功率的影响,提出了基于正序电流的直流母线平均电压控制方法,和基于负序电流的直流母线相间电压平衡控制方法;最后通过搭建额定功率为30 kW的H桥结构三电平APF原理样机实验验证了所提控制方法在非线性负载,以及不平衡负载等各类工况下电能质量治理的有效性。     

双馈风电系统网侧变换器的优化补偿控制策略

针对不平衡电网电压下励磁变换器的直流母线电压振荡问题,在两相静止α,β坐标系下,提出一种基于滑模变结构直接功率控制(DPC)的网侧变换器(GSC)新型功率优化补偿控制策略,消除了不平衡电网电压下交流侧阻抗所引起的直流母线电压的振荡,改善了系统在不平衡电网电压下的运行性能。实验表明了该功率优化补偿控制策略的正确性和有效性。     

电网不平衡下星形级联STATCOM负序电压控制

电网电压不平衡下,星形级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)三相有功功率分配不相等,造成三相相间直流电压不均衡,影响系统稳定工作。基于负序电压注入的相间直流电压均衡控制具有功率调节能力强的优点,可使系统在电网电压严重不平衡的情况下正常工作。为提高电网不平衡下相间直流电压的动态性能,通常采用基于负序电压注入的前馈控制。传统前馈控制算法建立在三相静止a,b,c坐标系上,引入了大量的反三角函数和开根号运算,极其复杂。不仅如此,忽略了正序电流控制环与负序电压的关系,致使前馈控制输出的负序电压不够精确。这里提出一种新的前馈控制算法,该算法建立在两相旋转d,q坐标系上,由直流形式表示。同时,还考虑正序电流控制环与负序电压的关系,故所提前馈控制算法准确且简单易行。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提方法的可行性与有效性。     

三桥臂4线制PWM整流器控制策略研究

为实现三桥臂构成的4线制PWM整流器三相输入电流的平衡、正弦,以及直流母线两组电容电压的平衡,提出了一种基于三相静止坐标系下的三相输入电流独立控制策略,指出了电流控制器设计中要注意的问题,并分析了直流母线两组电容电压不平衡的原因,提出了一种简单的抑制方法.实验结果表明所采用的控制策略是有效的.