一种精确检测三相不对称系统中各次谐波的新方法及其实现

提出一种精确检测不对称系统中各次谐波正、负、零序分量的新方法。该方法不直接采用对称分量法,而通过广义d_k-q_k旋转坐标变换,分别对三相电流按照相序a-b-c和a- c-b进行两次低通滤波得到三相电流的正、负序分量,同时分解零序分量并通过适当变换,之后通过低通滤波得到任意次谐波电流的零序分量,最终将对应分量求和得到检测结果。实验结果表明,无论三相电路电压是否畸变,通过该方法都能够得到精确的检测结果。对于三相不对称系统(包括缺相),仍然可以精确检测出任意次谐波电流,并可用于基波有功和无功电流的检测。利用本文提出的电流检测方法原理,研制出一台以微机为上位机的动态谐波电流检测仪,目前该装置已应用于某变电站的谐波电流检测中,运行情况良好。     

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.     

不平衡负载下并联有源电力滤波器的补偿性能

实际工业现场存在谐波、负序及无功等问题需予抑制以满足其他用户的用电要求,而有源电力滤波器(APF)是一种新型电力电子装置,除抑制谐波外,对于不平衡三相电路,还可同时抑制基波负序电流。为准确检测出不平衡负载的谐波与基波负序分量,APF的低通滤波器采用移动平均滑窗算法并在研制的66 kVA的APF基础上对不平衡三相电路进行了补偿。仿真和实验结果证明了所研制的APF可以快速、准确地检测出基波负序及各次谐波电流,补偿后的系统侧电流畸变率从28.5%降至2.79%,充分达到了谐波抑制的国际标准。     

Testing the performance of three-phase induction watthour meters inthe presence of harmonic distortion

Computer-based testing of a three-phase induction watthour meter in the presence of harmonic distortion is reported. Two three-phase harmonic generators produce the distorted current and voltage waveforms. Each waveform consists of prespecified harmonic magnitude and phase. Therefore, balanced or unbalanced conditions can be simulated in the testing. A fiber optic sensor is designed to convert the rotation of the disk of the meter into digital signals to be stored in an IBM PC/AT. A data acquisition system transfers the samples of current and voltage waveforms to compute the power and energy for comparison. Presented are: the computer-based harmonic generator facilities for testing, the testing procedure, and the impact of the different harmonics magnitude and phase angle on the meter's registration error     

改善微网电能质量的有源电能质量调节器研究

提出在微网交流母线和低压配网公共连接点之间并入有源电能质量调节器,可改善微网电能质量,减小微网接入对低压配网电能质量的影响.提出了基于瞬时无功理论的同步锁相方法,准确分解出公共连接点电压基波正序分量,进而求得其相位.由补偿电流控制策略计算得到参考电流,控制有源电能质量调节器实时向微网补偿谐波电流和无功电流,即使在三相负载不平衡时,使公共连接点三相电流平衡且为正弦波,从而平衡公共耦合点的三相电压.Matlab/Simulink 仿真结果证明了所提同步锁相方法和补偿电流控制策略的有效性     

一种精确检测三相不对称系统中各次谐波的新方法

本文提出一种精确检测不对称系统中各次谐波正负零序分量的新方法。该方法不直接采用对称分量法,而通过广义d_k-q_k旋转坐标变换,分别对三相电流按照相序a-b-c和a-c-b进行两次低通滤波得到三相电流的正、负序分量,同时分解零序分量,并通过低通滤波得到任意次谐波电流的零序分量。最终将对应分量求和得到检测结果。仿真分析表明,该方法无论三相电路电压是否畸变,都能够得到精确的检测结果。对于三相不对称系统(包括缺相),仍然可以精确检测出任意次谐波电流,并可用于基波有功和无功电流的检测。因此,它可应用于电力系统故障检测、保护和电力有源滤波器谐波电流检测中。     

基于同步坐标的有源电力滤波器检测策略

针对有源电力滤波器(APF)谐波抑制效果在很大程度上取决于对电网中无功、谐波和负序电流快速而准确监测的问题,提出一种用于无功、谐波和负序电流检测的改进的同步参考坐标法.将采样得到的三相电网电压变换到α-β坐标系,由相关分量合成所得矢量就是电网正序基波分量和负序基波分量的叠加,进而得到理想的基波电压,可计算出cos θ、sin θ.所提出的方法通过对电网正序基波电压矢量的同步旋转跟踪,可以省去锁相环及三角函数的计算.采用Matlab软件仿真及实验模拟三相不平衡负载的检测,结果均证明了采用所提方法的APF具有良好的补偿性能.     

基于双自适应滤波的谐波电流综合检测法

针对在电压畸变及不对称时,自适应滤波的参考输入较难获得问题,提出一种基于双自适应滤波的负载电流中谐波、无功及负序电流的综合检测方法。该方法先对系统电压进行序分解,得到其中的正序分量,再通过自适应滤波器得到其中的正序分量中的基波成分,将其作为电流自适应检测的参考输入。利用Matlab对提出的检测方法进行仿真研究,结果表明该检测方法能够有效地进行负载电流中谐波、无功及负序电流的综合检测,而且电网电压的波形畸变及不对称对检测结果没有影响。     

含非线性及不平衡负荷的微电网控制策略

微电网中非线性不平衡负荷将增加电压不平衡度、增大总谐波崎变率,影响微电网电能质量.文中提出一种基于dq坐标瞬时功率理论的补偿算法,根据测量的非线性不平衡负荷瞬时电流和通过滤波算法得到或设定的其他电源提供的电流,计算分布式电源电压源逆变器(VSI)的参考电流.在补偿算法中增加倒下垂控制,实现微电网不同运行模式间的平滑转换...     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

基于主从控制的微电网电压质量改善策略

针对非线性不平衡混合负载易导致微电网母线电压畸变和不平衡的问题,目前大多采用增加额外的电能质量治理装置来提高母线电压质量。鉴于逆变器具有与电能质量治理装置相同的拓扑结构,本文将微电网母线电压质量治理问题转化为连接在微电网母线上的多逆变器输出侧电压质量治理问题,提出利用并联在微电网母线上的多逆变器系统对母线质量进行治理的策略,即将电能质量治理功能嵌入到从逆变器中,利用从逆变器实现逆变后的剩余可用容量抑制微电网母线电压谐波和不平衡。本文首先以单台逆变器为例,对非线性不平衡混合负载造成逆变器输出电压质量下降的原因进行分析,在此基础上,提出利用从逆变器剩余可用容量来补偿负载中的谐波、负序电流分量,而负载中的基波电流和零序电流分量则有主从逆变器共同分担。该控制策略有效的降低了逆变器输出侧电压的畸变率和不平衡度,避免了增加额外的电能质量治理装置,降低了系统成本。最后通过在PSCAD仿真环境下搭建仿真模型验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

基于LabVIEW的电能质量新型监测系统

为提高电能质量监测系统的准确度及有效性,针对低压电网设计一个基于Lab VIEW的电能质量新型监测平台,对电压/电流偏差、频率偏差、电压/电流有效值、谐波畸变率和三相不平衡度5项稳态电能质量指标进行测量,其中谐波畸变率采用改进的五阶收敛Fast-ICA算法进行测量,通过Lab VIEW实现对电能质量的评定。实验表明,新型的测量系统在检测精度和速度上都有很大的提高。     

一种间谐波背景下的基波检测方法

提出了一种间谐波背景下的基波检测对称分量法。该方法将三相含有间谐波分量的谐波电流信号在基波周期内对系统工频投影,获得基波分量和谐波分量,然后进行正、负、零序对称变换,从而实现基波分量和谐波分量的解耦, 并使用低通滤波器获得基波部分,最后再使用正、负、零序逆变换求得基波分量的瞬时值。该方法不受三相电流幅值及初相位不平衡、电压畸变、频率偏移的影响,具有各相独立的较好的抗干扰性能。仿真结果表明了该方法的有效性。     

低压配电网三相不平衡度计算方法与应用

低压配电网三相不平衡已成为广泛关注的共性问题,分析、评估及治理工作均需要准确的算法来保证。为了了解不平衡度估算算法在三相不平衡系统计算中产生的误差,研究电流序分量相角的变化对三种电流不平衡度算法的影响,进而选择一种最有效的、误差最小的估算方法。文中首先介绍了标准中电压和电流不平衡度的几种算法,理论推导了不平衡电压的产生的原因,并给出了不平衡电流的几种计算方法。在此基础上,通过MATLAB仿真实验研究了影响三种电流不平衡度估算方法的因素,并提出了可行性建议。文章最后通过实测数据的分析,验证了以上结论。文中对四种电流不平衡度估算算法的研究,对工程实践有很大的指导意义,对三相不平衡系统的治理与补偿提供一定的借鉴。     

基于瞬时对称分量法的三相四线制D-STATCOM控制研究

配电网中三相负载不对称,会导致三相电流电压不对称。基于瞬时对称分量法对三相电压和电流量进行分解,提出了一种新的正序、负序和零序电流直接控制方法,应用于三相四线制配电网并联型D-STATCOM(配电网静止同步无功发生器)。正序电流控制使D-STATCOM发出电网中需要补偿的无功电流和谐波电流;负序、零序电流由abc坐标系转换到dq0同步旋转坐标系与期望值0做差进行控制,用以补偿三相负荷不平衡。仿真结果表明,所提出的控制方法可以使D-STATCOM有效补偿配电网三相负荷不平衡,提高配电网功率因数,同时消除非线性负荷引起的电流畸变。     

基于p-q-r理论的UPQC直接控制策略

阐述了p-q-r瞬时功率理论的原理,提出了基于该理论的统一电能质量控制器(UPQC)的直接控制策略,探讨了将其用于三相四线非线性及不平衡系统中的实现方法。着重介绍了p-q-r参考波形的产生方法,以及串联补偿电流和并联补偿电压的计算方法,并将其应用于非线性不平衡负载在电源电压不平衡及电压跌落情况下UPQC直接控制策略中。分析了控制策略的原理,推导出相关运算公式,给出了详细的控制框图。Matlab/Simulink仿真结果表明,采用该方法可以有效地消除非线性及不平衡负载对电网的影响,使电网输入功率因数为1,同时,串联补偿器隔离了电网电压对负载电压的扰动,并联补偿器给负载提供三相平衡及正弦的额定电压,不受电网电压变化的影响。     

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。     

电力机车在电力系统中形成谐波的潮流计算与分析

电气化铁路的投运使得山西电网谐波问题愈加严重,本文以丰沙大铁路为研究对象,分析了Y/Δ-11牵引变换相接线输入系统的谐波源相位关系,建立了考虑系统电压相位和电压畸变的韶山Ⅰ型电力机车谐波模型,应用电流注入法研究了三相不平衡系统的谐波及负序分布问题,用所编程序计算了山西雁同电网在电力机车不同运行方式下的谐波和负序。     

A novel control method for series hybrid active power filter working under unbalanced supply conditions

In this paper a new control algorithm for a Series Hybrid Active Power Filter (SHAPF) is proposed. With the proposed control algorithm, the series active power filter simultaneously compensates for source voltage unbalance and source current harmonics generated by non-linear loads. The proposed control algorithm is based on the generalised instantaneous power theory where the instantaneous inactive power is represented as a second order tensor. The reference voltage is directly associated with three-phase instantaneous voltages and currents and are separated in three-phase co-ordinate systems. Therefore, the calculation of the compensation reference voltage is much simpler than the other available control algorithms. It can be applied for both voltage and current harmonic generating loads connected across balanced and unbalanced source voltages. The mathematical formulation of the proposed control algorithm with its applications to SHAPF is presented. The validity of the proposed control algorithm is verified with extensive experimental study and results are reported.     

电网不平衡下SMES变流器动态演化控制策略研究

针对超导磁储能(SMES)变流器在电网电压不平衡下的工作情况,提出一种新型非线性控制策略,即动态演化控制(DEC)。该控制方法相较于传统PI控制能有效地减小SMES因电网电压不平衡而产生的三相电流畸变以及有功、无功功率产生的二次谐波。文中根据电网不平衡下SMES变流器的工作情况设置三个工作目标;建立了基于DEC的不平衡控制方程,并在Simulink中搭建模型进行仿真分析。通过与传统PI控制作对比,DEC控制具有更强的鲁棒性,更快速的响应能力,理论分析和仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。