单相PWM整流器设计

针对目前非线性化负载大量使用引起电网谐波和无功污染日益严重的问题,设计对电网污染很小的单相PWM整流器。通过建立和分析单相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,给出了该系统的电压、电流双闭环控制方法。该方法采用构造虚拟电流的方法进行电流内环的解耦控制,并通过分析系统的瞬时有功、无功功率流以实现电压外环的线性化控制。对系统进行基于Matlab/SIMULINK的仿真分析,并进行硬件设计,搭建整流器实验模型,以进行实验验证。仿真和实验结果验证了该电压、电流双闭环控制方法的可行性,同时表明单相PWM整流器具有网侧单位功率因素运行、网侧电流正弦化、直流输出电压纹波小等优点,对电网的谐波和无功污染很小。     

模糊变结构控制的光伏并网功率调节系统

光伏并网功率调节系统(PVPCS)集并网发电、无功补偿和谐波抑制为一体,对改善电能质量、减少功率损耗和提高系统利用率有重要作用.在分析了系统工作原理、瞬时无功检测、并网电流合成以及并网电流跟踪控制的理论基础上,研究了基于模糊变结构控制的PVPCS的设计方法.针对含PVPCS的单机无穷大系统进行电力系统暂态仿真,与常规PI控制进行比较验证.研究结果表明:该系统在光伏并网发电的同时能够快速稳定直流侧电容电压,有效抑制电网谐波,很好地对无功进行补偿,具有较强的鲁棒性和适应性,提高了系统利用率.     

有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器综合补偿系统的研究

针对供、配电站需要对谐波和无功进行综合治理,提出一种新型的有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器构成的综合补偿系统。该系统中有源滤波器与无源滤波器构成新型的混合滤波器,能够同时补偿谐波电流并提供容性基波无功电流,而直流偏磁式静止无功补偿器采用新型的PWM整流器产生控制直流,可快速地提供感性无功电流。该系统采用新颖的拓扑结构,功率器件工作于低压侧,有效地降低有源滤波器和无功补偿器中功率器件的容量。文中介绍了该系统的结构和补偿原理,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行的仿真表明该综合补偿系统能同时补偿谐波与无功电流,并能抑制可能产生的谐振现象,具有较好的补偿效果。     

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。     

永磁风电系统网侧变流器低电压穿越控制策略

针对电网电压对称跌落时永磁直驱风电系统低电压穿越能力的问题,在网侧控制中提出使用电机侧与电网侧的功率差信号来稳定直流侧电压,并且根据电压跌落深度控制无功和有功功率的输出大小,构成功率外环与电流内环双环控制系统。仿真结果表明,在电网电压跌落20%以内且持续时间不大于0.2 s时,该控制策略保证了直流侧电压稳定,有助于提高无功功率注入电网及恢复电网电压。     

不对称电网电压下VSC-HVDC模型预测直接功率控制

不对称电网电压下采用传统定义的瞬时有功和无功实现直接功率控制时,会产生较多的电流谐波,导致交流电流波形发生严重的畸变。为此,引入新型无功代替传统无功。对比了分别采用传统无功和新型无功时的区别,并定性分析了采用传统无功产生电流谐波的原因。基于有功和新型无功建立了三电平电压源换流器高压直流输电(high voltage direct current transmission based on voltage source converter,VSC-HVDC)功率模型,提出模型预测直接功率控制策略(model predictive direct power control,MPDPC),实现了不对称电网电压下有功和新型无功波动的有效抑制和直流侧电容电压平衡,并保证了良好的电流波形质量。基于新型无功的MPDPC可以适应对称和不对称电网电压,实现了功率的直接控制,避免了电压、电流的正负序分解和功率补偿策略。在PSCAD/EMTDC中搭建两端三电平VSC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于DSP的三相光伏并网系统的研究

针对独立光伏系统的容量不易确定、储能环节充放电损耗大、调节能力有限及投资成本高等缺点,提出了将光伏阵列MPPT控制与基于瞬时无功理论的无功和谐波电流补偿控制有机结合在一起的新型光伏并网综合控制策略,使光伏并网系统既能一定程度上实现电网无功和谐波电流补偿,又能向电网提供一定的有功功率.以TMS320LF2407 DSP控制器为核心控制,并利用Matlab/Simulink软件进行仿真,并且通过实验验证了理论的正确性和实际的合理性.     

适用于单相负荷的SVG系统研究

针对单相负荷引起的无功、谐波等问题,提出采用新型单相SVG系统进行补偿的方案.该SVG系统采用瞬时无功功率检测实时监测负载电流,通过DSP分析计算负荷所产生的谐波和无功,最后采用变结构策略控制单相全桥电路产生需要的电流波形注入电网.该系统不仅能够完全补偿负荷产生的无功和谐波而且能够抑制电网的低频振荡问题.本文通过matlab软件对SVG系统的进行仿真,其仿真结果验证了该方案的正确性和有效性.     

单相半桥并联型APF研究

本文针对单相电力电子设备所带来的谐波和无功电流危害电网的问题,研究了一种基于半桥结构的单相并联型APF。首先分析了半桥拓扑结构的工作原理,推导了一种适用于单相电路的谐波和无功电流检测算法,采用该算法并结合三角波比较电流跟踪控制方法,实现了对APF补偿电流的控制。然后为了更好地输出补偿电流,在半桥逆变器的交流侧设计了LCL型滤波器。最后通过Matlab/Simulink仿真表明,单相半桥并联型APF对电网中的谐波和无功电流能够起到很好的补偿效果,验证了系统的可行性。     

一种新型动态无功补偿器的控制算法

针对无功动态补偿问题,通过分析单相系统结构原理,提出一种新型的基于直流侧电容电压控制和系统无功电流反馈控制的算法,直接对装置输出的电流进行控制.避开监测有功和无功电流分量的繁琐过程,简化了监测谐波的过程.所提出算法的控制目标是使补偿装置发出的电流为系统的无功电流,该算法包括电流和电压2个反馈环.电流环采用滞环比较的方式,将计算得到的目标电流和补偿装置实际输出的电流进行闭环比较;电压环采用周期控制思想.通过说明直流侧电压和变流器两侧功率传输的关系,推导出损耗电流与直流侧电压的变化关系公式;提出损耗有功电流和负荷无功电流的计算方法,以及直流侧电压的控制策略;数值仿真计算和动态模拟实验结果表明该算法无功补偿效果良好.     

并联型有源电力滤波器控制方法与仿真

随着国家坚强智能电网的发展,智能型电力电子设备及技术在智能电网中大量使用。由于电力电子器件具有非线性特性,其使用给智能电网带来了谐波污染等问题。并联型有源电力滤波器采用了应用广泛的谐波抑制和无功补偿技术,它能对智能电网中的谐波和无功进行较好地动态补偿。分析了并联型有源电力滤波器的补偿原理,利用包含直流侧电压环控制的ip-iq法进行智能电网指令电流的检测和定时滞环电流跟踪控制方法对并联型有源电力滤波器进行电流跟踪控制,使用Matlab/Simulink搭建仿真模型,并从不同的控制角进行实例仿真。仿真结果和快速傅里叶分析表明,对于非线性负载晶闸管的不同触发角,定时滞环电流跟踪控制都能有效地实时跟踪控制,仿真模型系统能够实时检测出系统中所含指令运算电流,并进行有效补偿,达到了理想的效果。     

Power Quality Enhancement Using Linear Quadratic Regulator Based Current-controlled Voltage Source Inverter for the Grid Integrated Renewable Energy System

This paper presents an optimal control strategy using linear quadratic regulator (LQR) applied in current-controlled voltage source inverter (CCVSI) to control the real and reactive power flow between the renewable energy system (RES) and the grid. It also compensates harmonic current components drawn by the load from the grid terminal. A simplified equivalent circuit is used to develop the reduced order state space model of the three-phase grid connected renewable energy system. This makes the analysis and design of control law simpler by reducing the number of weighing variables used in LQR. The extension real–reactive power (p–q) method implemented in a–b–c frame is used to generate the reference current for controlling the real and reactive power to the grid to minimize the total harmonic distortion (THD) and to achieve unity power factor (UPF) operation at the grid side. The stated technique makes the grid current sinusoidal even under unbalanced grid voltages and the harmonic distortion factors are well within the IEEE limits. The system is simulated under changes in the real power fed from RES to the grid for both balanced and unbalanced grid conditions. The simulation results are validated by the experimental results.     

具有谐波抑制功能的电网电能质量最优控制方法

电网运行过程中容易受谐波干扰,造成电压畸变、网损过度。为此,提出具有谐波抑制功能的电网电能质量最优控制方法,优化电网电能质量的同时有效抑制谐波干扰。采用分层控制策略,初级控制采用多目标电压无功谐波优化算法获取电压差异数据、电压不稳定性数据、网络损坏率数据、电网谐波数据优化电网电压输出,同时采用模糊PI控制器完成复合电流谐波补偿抑制;二级控制将电网输出电压和频率反馈至初级控制,电网电能输出再次达到平衡;二级控制采用谐波补偿器对电网进行谐波补偿,实现电网电能质量最优控制。实验结果表明,该方法能够有效抑制电网电流畸变率,同时提高电网输出有功功率、降低无功功率,实现电网电能质量最优控制。     

改进型的i_d-i_q谐波检测方法研究与仿真

准确、快速、易于实现的谐波检测方法对有源电力滤波器的控制十分重要。在总结现有谐波检测理论的基础上提出了一种谐波检测方法,该方法不受电源电压畸变影响。通过对三相电源电压的预处理分离出电压正序分量,进而利用d-q变换实现了电流基波正序有功分量的准确检测。研究结果表明,该算法在理想电网电压和畸变电网电压条件下,均能获得正确的基波正序有功和无功电流,为在有源电力滤波系统中实现对谐波电流、无功电流和不对称分量的综合补偿提供了合理的参考指令电流。     

基于瞬时电压矢量定向的有源电力滤波器补偿电流检测

结合电力系统无功补偿与谐波治理的基本原则,对基于瞬时无功功率理论的传统谐波电流检测方法在有源电力滤波器中的应用进行了简要分析,进而提出了以电网电压为参考基准,以实现各种非线性负载及阻感、阻容性负载向纯电阻性负载转换为目的的负载电流波形和相位治理原则,并详细阐述了基于瞬时电压矢量定向的补偿电流检测方法。该方法克服了传统方法在电网电压畸变时补偿后电流不能跟随电网电压波形的不足,避免了有源电力滤波器补偿电流过大及畸变无功功率倒送电网现象的出现,同时该方法具有频率自动跟踪、相序自适应等特点。最后,通过仿真和样机试验验证了该补偿电流检测方法的优越性。     

并联型有源电力滤波器设计及并网冲击电流的抑制

以LCL型三相三线制并联型有源电力滤波器为研究对象,分析和建立其在d-q坐标系下的数学模型,根据瞬时无功理论,设计了一套全数字化谐波提取及补偿算法.在推导了并网冲击电流和投入时刻关系的基础上,提出一种直流侧电压分段函数控制和装置最佳点投入电网补偿的柔性并网方案,并为确保算法能够实时运行,开发了一套基于浮点型DSP TMS320F28335和定点型DSP TMS320F2812的双CPU控制系统.经50 kVA样机实验结果验证:双CPU控制系统和全数字化补偿算法保障了装置的实时性和补偿效果,柔性并网方案有效地抑制了冲击电流.     

单相光伏并网逆变器瞬时电流检测与补偿控制

为拓展单相光伏并网无功补偿功能，实现单相并网系统无功和谐波电流的精确检测和补偿，提出一种改进的新型瞬时无功与谐波电流检测及补偿方法。该方法以瞬时无功理论为基础，推导出单相并网逆变器瞬时无功控制规律，可以简便、快速地分离所需电流分量;并结合无差拍理论，给出基于无差拍控制的单相并网逆变器的脉宽调制（PWM）算法，可以对瞬时谐波及无功电流进行补偿。将该控制策略应用于单相光伏并网系统，使光伏并网系统除提供有功功率外，同时兼备无功与谐波补偿功能，增强了光伏并网功能。     

注入式混合型有源滤波器研究

提供了一种大容量、低成本的注入式混合型有源滤波器以适用于高压系统同时进行谐波抑制和无功补偿,其中,利用大容量无源滤波器实现谐波抑制和无功补偿;采用有源滤波器改善系统滤波效果并阻尼无源滤波器与系统阻抗之间的串、并联谐振。讨论了采用检测电网电流的控制策略时,注入式混合型有源滤波器的工作原理,其基本思想是通过对有源部分进行适当控制来等效增大电网支路的谐波阻抗。从抑制电网阻抗与无源滤波器之间的串、并联谐振,改善无源滤波器的滤波效果以及提高整个系统的鲁棒性3个方面详尽分析了注入式混合型有源滤波器的稳态补偿特性。相关仿真结果及工程应用效果均证明了该混合型有源滤波器对于同时进行谐波抑制和无功补偿的可行性。     

模糊PI控制三相四开关并联型APF研究

提供一种低成本的三相四开关并联型有源滤波器(Three-phase Four-switch Shunt Active Power Filter,简称TFS-APF),将其用于中、低压系统,可同时实现谐波电流抑制和无功功率补偿.采用直接将期望得到的电网正序基波电流作为TFSAPF指令电流信号的控制方法.为进一步提高检测算法的响应速度和自适应能力,引入模糊PI控制器.仿真与实验结果均证明TFSAPF及其指令电流检测算法的可行性和有效性.     

Direct Lyapunov control (DLC) technique for distributed generation (DG) technology

In this paper, a control model based on direct Lyapunov control theory is proposed for integration of distributed generation (DG) sources into the power grid. As a first step, the proposed model will be elaborated in steady state, and then proper switching state functions will be defined for control of interfacing system between the DG sources and power grid. By setting appropriate compensation current references in the control loop of the proposed model, the active, reactive, and harmonic current components of loads will be compensated with a fast dynamic response, thereby achieving sinusoidal grid currents in phase with load voltages, while required power from grid-connected load is more than the maximum injected power from the DG sources to the grid. Using simulation, the effectiveness of the proposed control scheme is demonstrated under steady-state and dynamic operating conditions. The demonstration shows that the proposed control model aims to: (1) uphold a unity value for the power factor of the grid by injection of reactive power; and (2) reducing the harmonic current distortion of the grid current by injection of harmonic current components of loads, under continuous injection of maximum available active power from the DG source to the power grid.