基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型

针对目前统一潮流控制器(UPFC)输出建模方法和拓扑建模方法的不足，通过引入正弦脉宽调制(SPWM)控制下的开关函数概念，建立可反映UPFC装置内部开关特性和运行机理的基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型。该模型清晰地指出了UPFC最终的输入控制量和输出量，并考虑了串、并联变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡，较原有输出模型更具一般性。     

基于PSCAD统一潮流控制器的建模与仿真

UPFC作为第三代FACTS元件的典型代表,综合了许多FACTS器件的灵活控制手段,具有重要的应用价值。仿真模型大体由三个模块组成,包括正弦脉宽调制(SPWM)信号产生模块、电压源变换器(VSC)控制模块和UPFC控制器的比例积分(PI)控制电路。通过采用三相桥式全控电路组成VSC,VSC的开关器件采用绝缘栅双极晶体管(IGBT),门极信号按SPWM的方式产生,信号的产生受控制器控制,从而构成完整的UPFC仿真模型。通过对UPFC的仿真分析,可以看出它的快速恢复能力。     

基于PSCAD/EMTDC的统一潮流控制器动态仿真模型

设计了组成统一潮流控制器(UPFC)的动态仿真模型的各个模块,包括正弦脉宽调制(SPWM)信号产生模块、电压源变换器(VSC)控制模块和UPFC控制器的比例积分(PI)控制电路.首先采用三相桥式全控电路组成VSC,VSC的开关器件采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT),门极信号按SPWM的方式产生.然后通过分析线路传输功率方程设计了一个简单的PI控制器,并构成完整的UPFC仿真模型.还基于该动态模型对UPFC在功率调节、电压控制和抑制振荡等方面的功能进行了仿真分析.仿真结果表明该UPFC仿真模型在线路功率发生较大变动时能使线路快速恢复;在系统发生三相短路时能有效减少系统的功率损失和减小母线电压的暂降幅度;在系统发生功率波动时还能大幅度减小振幅.     

UPFC控制方法研究

论文通过开关函数建模法确定统一潮流控制器(UPFC)的数学模型；在park变换的基础上，基于预测电流设计UPFC的d-q轴解耦控制方案。论文利用电压空间矢量脉宽调制法推导出UPFC各桥臂电力电子器件的开关状态。考虑到UPFC中间直流电容上电压控制的重要性，论文在传统PID控制的基础上，设计模糊自适应PID控制策略；MATLAB仿真结果表明，控制方案能有效地提高直流电容上电压的稳定性，改善功率波形，取得了类似扩大电容容量后的效果。系统可供同类设计参考。     

统一潮流控制器的动态相量建模与仿真

为适应系统快速、精确仿真和分析、控制的需要，运用一种新的建模方法——基于时变傅里叶级数的动态相量法对统一潮流控制器(UPFC)进行建模和仿真。该方法通过忽略系统状态变量所对应的傅里叶级数中那些不重要的项而对原系统进行简化，并且可以有效地将系统中的连续事件和离散开关事件结合起来。在建模过程中可以根据研究需要提取出UPFC暂态模型中的直流分量和需要考虑的各次交流谐波分量。通过与详细时域模型仿真计算结果的比较，证明了UPFC的动态相量模型是精确而有效的，并且可以大大节省计算时间。     

基于SHEPWM的级联五电平高频逆变器

高频逆变输出如超声换能器等应用场合,由于输出频率高,采用传统的正弦脉宽调制(SPWM)方式对开关频率的要求极高,单纯通过提高开关频率难以满足输出谐波要求.多电平技术可在低开关频率下获得更好的输出波形,在此将特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术应用到级联型高频逆变器的控制中.针对两路级联(五电平)电压型逆变器,提出一种计算相对简单的特定谐波消除模型,称为镜像剩余谐波消除模型.该模型分别对两路级联逆变器单元的输出谐波进行建模,利用第2路逆变器中的谐波作为第1路逆变器谐波的镜像谐波,实现谐波消除.通过仿真和实验验证了该模型的谐波消除效果.结果表明所提模型能够较好地实现特定谐波的消除,相比直接法多电平SHEPWM谐波消除方法具有建模简单、计算方便的优点.     

SPWM波形优化算法及其DSP实现

本文详细讨论了开关点预置SPWM控制方案的理论,采用13块波的开关点预置最优SPWM控制方案。采取此种控制方案在满足输出性能指标(如提高了输出电压质量)的前提下,还具有开关频率低、系统损耗小、系统效率高以及直流利用率高等优点。     

UPFC新型多指标控制设计

针对统一潮流控制器(UPFC)控制系统模型及其控制性能中动、静态品质协调不足的问题,提出一种基于微分代数系统控制理论下的UPFC新型控制系统模型。并结合非线性控制设计中多指标控制设计理念,选取多个目标状态量线性组合为输出函数,运用微分代数系统控制设计方法,设计了统一潮流控制器(UPFC)的新控制策略。最后在单机无穷大系统上对其进行暂态仿真。仿真结果表明,所设计的微分代数控制系统能够很好地解决接入点静态偏移的问题,并有效地控制节点电压和线路的潮流,改善了电力系统的暂态稳定性。     

统一潮流控制器多时间尺度混合实时数字仿真

结合上海220 k V电网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)示范工程,针对UPFC控制系统闭环测试,提出了UPFC装置多时间尺度混合的实时数字仿真试验方法,并在RTDS实验平台上进行了UPFC装置ns级开关暂态、ms级电磁暂态混合实时仿真。RTDS试验结果表明该UPFC装置具备良好的无功稳定输出能力,母线电压控制能力,并能独立控制线路有功和无功潮流,其阶跃响应时间小于30 ms。从而表明该UPFC控制系统具有良好的稳态控制及动态响应特性,验证了控制系统功能和性能的有效性。     

动态SPWM方法在统一潮流控制器中的应用

介绍了统一潮流控制器 (UPFC)的直流侧电容两端电压的波动影响逆变输出电压的精度 ,并针对这一问题 ,提出了一种动态的正弦脉宽调剂 (SPWM)方法。这种动态的SP WM方法根据直流侧电容电压的波动 ,动态地修正载波uc的频率 fc,从而动态地调整逆变输出脉冲的宽度。通过对仿真结果的对比分析 ,证明了这种动态的SPWM方法能够提高逆变输出的精度 ,抑制谐波     

死区对开环和闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响

在SPWM逆变器中,为防止同一桥臂的上下两个开关器件产生直通,必须将驱动信号注入若干微秒的死区时间,这会使逆变器输出电压产生谐波电压。通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析,建立了死区效应时SPWM逆变器控制模型,研究了逆变桥臂控制信号死区时间对开环与闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明,对于开环控制的SPWM逆变器,随着死区时间增加,逆变器输出基波电压有效值降低,输出电压谐波分量显著增加;对于单电压闭环控制的SPWM逆变器,死区时间对逆变器输出基波电压的影响与负载有关。通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

闭环SPWM逆变器死区时间对输出基波电压的影响

针对瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器逆变桥臂控制信号死区时间造成输出谐波电压问题，建立了考虑死区效应时的SPWM逆变器闭环控制模型，研究了逆变桥臂控制信号死区时间对闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。仿真和实验结果表明，对于采用瞬时输出电压反馈控制技术的SPWM逆变器，其输出电压在空载时随着死区时间的增加而增加，负载电流超过临界电流后其输出电压随死区时间增加而下降；其阻性负载时的外特性曲线是一条先下降后上升的曲线。     

死区对开环和闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响比较

在SPWM逆变器中,为了防止同一桥臂的上下两个开关器件产生直通,必须将驱动信号注入若干微秒的死区时间,这会使逆变器输出电压产生谐波电压.通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析,建立了考虑死区效应时的SPWM逆变器控制模型,研究了逆变桥臂控制信号死区时间对开环与闭环控制SPWM逆变器输...     

考虑死区效应单相逆变器开关频率分析

针对逆变器死区效应引起的输出波形畸变问题,以单相电压型双极性SPWM逆变器为研究对象,提出一种以输出电压THD值最小为指标的选取逆变器开关频率的方法。首先,利用双重傅里叶变换和贝塞尔函数,推导了考虑死区效应情况下输出SPWM的傅里叶级数展开式。通过对输出SPWM电压进行频谱分析,研究了THD值和不同开关频率的关系。经研究发现,存在最优开关频率使得输出电压的THD值最小。其次,采用分段线性拉格朗日插值法,拟合不同死区时间选取最优开关频率的公式。最后,以TMS320F28335为控制芯片,搭建了单相双极性全桥逆变器试验样机,验证了理论分析与所提方法的有效性。实验结果表明,所提出的逆变器开关频率选取方法在减小输出电压THD的同时,减小了开关损耗,提高了直流侧电压利用率。     

UPFC using multiconverter operated by phase-shifted trianglecarrier SPWM strategy

The acronym UPFC covers Ggugyi's unified power flow controller and Akagi and Fujita's unified power flow conditioner. This paper describes one method of meeting high MVA specifications by using multiple modules of two-level three-phase power converter modules controlled by the phase-shifted triangle carrier technique of the sinusoidal pulsewidth modulation (SPWM) strategy. Two conceptual designs are presented. The first is the gate-turn-off (GTO)-SPWM-UPFC at the lowest switching rate, f_c/f_m=3, to minimize GTO switching loss. The design is based on applying the fundamentals of SPWM theory to overcome unbalances arising from sideband harmonic interferences. The second is the insulated gate bipolar transistor (IGBT)-SPWM-UPFC, at f_c/f_m=12 or higher, in which SPWM theory assures that direct paralleling of the modules is free of current unbalance. A laboratory UPFC based on six modules of three-phase 5-kVA size IGBT power converters operating at the baseline condition of dual unity displacement factor at the sending end and the receiving end has been implemented     

闭环SPWM逆变器死区效应分析

本文通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析，建立了考虑死区效应时的SPWM逆变器闭环控制模型，研究了逆变桥臂死区时间对闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明，对于闭环SPWM逆变器，逆变器输出基波电压在空载时随着死区时间的增加而增加，其阻性负载时的外特性曲线是一条先下降后上升的曲线。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。     

单极性弱倍频SPWM逆变器控制技术

单极性倍频正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)驱动波半周内的矩形脉冲数为偶数(倍数)。该驱动方法在输出电压波形对应基波电压峰值的部分有一个最小的关断脉冲,当系统高功率因数时,会产生很大的损耗。针对这一问题,考虑取消在输出电压波形对应基波电压峰值处的最小关断脉冲,使驱动波半周内的矩形脉冲数为奇数,形成单极性弱倍频SPWM控制的新方法。根据现有的SPWM控制方法,建立了逆变器仿真模型,分析了单极性弱倍频控制下逆变器输出电压的谐波含量和开关器件的损耗。在理论和仿真分析的基础上搭建了硬件平台,实验验证该方法相比单极性倍频SPWM在保持谐波总含量基本不变的情况下,降低了开关损耗。实验的结果表明在新的控制方式下逆变器效率提升1.6%~2.0%。     

An Ideal Transformer UPFC Model, OPF First-Order Sensitivities, and Application to Screening for Optimal UPFC Locations

This paper presents a screening technique for greatly reducing the computation involved in determining the optimal location of a unified power flow controller (UPFC) in a power system. The first-order sensitivities of the generation cost with respect to UPFC control parameters are derived. This technique requires running only one optimal power flow (OPF) to obtain UPFC sensitivities for all possible transmission lines. To implement a sensitivity-based screening technique for guidance in optimally locating a single UPFC in a power system, we propose a new UPFC model, which consists of an ideal transformer with a complex turns ratio and a variable shunt admittance. In this model, the UPFC control variables do not depend explicitly on UPFC input and output currents and voltages. Accordingly, this model does not require adding extra buses for UPFC input and output terminals. IEEE five-, 14- and 30-bus systems were used to illustrate the technique     

统一潮流控制器的瞬时矢量控制算法

统一潮流控制器由于其功能的全面,控制过程中待处理变量多、计算工作量大,因而对控制器的运算能力和工作速度有很高的要求。针对这个问题,中提出了瞬时矢量的概念,并介绍了一种新的快捷有效的检测控制算法－－瞬时矢量控制算法。通过这种方法,可以由采样输入的系统变量瞬时值,直接求得控制输出参量的瞬时值,极大地提高系统的工作速度和效率。章还介绍了统一潮流控制器的基本结构和功能及实现各种基本功能时有关变量间所对