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。     

一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略

星形级联H桥静止同步补偿器（SCHBSTATCOM）补偿负序电流时会产生三相不平衡有功功率,造成相间直流电压不均衡。为了实现相间直流电压均衡,通常需注入零序电压以重新分配三相有功功率。然而,传统的零序电压注入算法普遍基于有功功率的代数模型,方程组求解复杂且无法直观地表明零序电压的产生机理。此外,零序电压的注入将极大地增加STATCOM的输出电压,限制了负序电流的补偿范围。该文借助几何分析方法,构造零序电压相量在三相电流方向上的投影三角形,推导零序电压相量与该三角形外心的几何关系,揭示零序电压的产生机理,从而提出一种新的零序电压计算方法。在此基础上,进一步将零序电压以方波形式注入,提高了STATCOM的直流电压利用率,从而拓宽了负序电流补偿范围。最后,分别在SCHB STATCOM结构10kV/±1Mvar仿真和400V/±7.5kvar实验平台验证该文提出的零序电压注入算法的可行性。     

电网故障下的电能路由器直流电容电压平衡控制策略

针对传统方法无法实现电网故障下的电能路由器直流电容电压平衡问题,文中提出了三层结构的直流电容电压平衡控制策略。在对不平衡的功率进行理论分析的基础上,通过动态调整定义的加权系数,来灵活控制注入的零序电压和负序电流各自承担的相间移动功率,提高系统控制自由度。在MATLAB/Simulink环境下搭建电能路由器仿真平台,仿真结果表明:当某一相电网故障(电网电压跌落95%)时,采用单一的零序电压、零序电压和负序电流加权组合、单一的负序电流的注入均可实现电能路由器直流电容电压平衡控制目标。     

电网不平衡情况下级联星接STATCOM的控制策略

STATCOM能否承受电网不平衡的冲击,在电网不平衡时持续稳定运行并提供有效的动态无功支撑,是其性能好坏的直接体现。本文从抑制负序电流和有功功率平衡的角度出发,利用叠加原理,提出级联星接STATCOM的负序电压前馈和零序电压稳压的控制方法。通过在逆变端口电压中叠加负序分量来抑制负序电流,在逆变端口电压中叠加零序分量将正序无功电流与逆变端口电压负序分量作用产生的有功功率予以抵消,从而实现了三相直流电压的稳定。该方法可以应对电网故障时负序电压对装置的影响,避免了装置在电网故障时直流电压失稳,同时能够准确地补偿动态无功。本文所提策略最终经过Matlab/Simulink完整仿真测试及RTDS试验测试。     

一种高压链式负序电流发生装置及其控制策略

由于不对称性负载的广泛存在,STATCOM的负序电流补偿能力得到越来越多的重视,但是目前还缺乏合适的高压负序电流测试装置对其性能进行准确测试。本文提出一种高压链式负序电流发生装置,并对负序电流输出下直流电压相间不均衡进行了分析,理论分析表明产生这一现象的原因是单相桥臂中负序电流与正序电压形成的有功功率,在此基础上本文提出根据相间压差通过PI控制获得零序电压从而实现负序电流输出的控制策略。最后,本文通过搭建的20 kvar链式负序电流发生装置试验平台对控制策略进行验证,试验结果证明了控制策略的有效性。     

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。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

级联STATCOM负载不平衡校正能力分析

针对星形级联静止同步补偿器(STATCOM)校正不平衡负载过程中出现的相间电容电压失衡问题,分析计算补偿装置各相吸收的有功功率与其输出电流正负序分量之间的关系,指出负序电流的注入会在级联STATCOM三相之间产生不平衡功率,由此造成相间直流侧电容电压失衡。引入零序电压注入法来解决由负序电流注入校正不平衡负载带来的相间电容电压失衡的问题,从控制系统不发生过调制的限制条件,提出了级联型补偿装置输出不平衡电流能力的计算方法。最后,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,验证了该控制算法的有效性。     

电网电压跌落下基于零序电压注入的星形级联H桥STATCOM相间直流电压均衡控制策略

星形级联H桥STATCOM通常采用零序电压注入的方式实现相间直流电压均衡。不同于负序电流注入,基于零序电压注入的相间直流电压均衡控制在三相三线系统中不会产生零序电流,有利于系统的电能质量。在传统的控制算法中,零序电压通过不平衡的有功功率与电流计算得出。控制算法包含大量的复杂运算与矩阵运算,需要消耗控制器大量的资源,不利于系统设计与扩展。不仅如此,为了提高电网电压不平衡下的动态性能,在前馈控制中引入正负序分离,增加控制算法的复杂度。为了简化控制算法,该文提出采用PI调节器线性调节零序电压在dq坐标系上的直流分量。同时,通过理论分析,发现前馈控制中的零序电压与电网零序电压相等,故可去除正负序分离,进一步简化算法。最后,搭建400V/7.5kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提出的控制算法。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

T型三电平逆变器的中点平衡建模与控制

T型三电平电路是一种新颖的钳位型拓扑,它通过双向开关实现直流侧中性点与负载的连接;与传统二极管钳位(NPC)相比,该电路器件少、器件损耗均匀、运行效率高,因此在光伏等新能源发电中得到大量应用。中性点电压平衡问题是该类电路的固有问题,需妥善解决。文中首先分析了T型三电平中点电位的产生机理和影响因素,接着建立了中点电位的数学模型,提出了一种基于调制波电压指令分区的分析方法,得到零序电压对中点电位的解析表达式,据此建立了中点电位的平衡控制策略,并对控制器进行了设计。最后通过仿真分析,验证了理论分析的正确性。     

基于AVC的IGBT直接串联技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在高压大功率场合的应用要求促进了IGBT的串联应用研究,而有源电压控制(AVC)技术能实现IGBT串联应用时的同步工作及电压均衡,已被证明是一种的控制IGBT开关性能的方案。基于此,从AVC的基本原理出发,提出了不同的参考电平及设计要求,设计了基于AVC的门极驱动及保护单元(GDU)板及实验电路。通过6个IGBT串联的10 kV/300 A的脉冲实验,验证了AVC的电压均衡效果。     

串联型电压暂变补偿新拓扑及其控制方法研究

提出了一种简化的无变压器无储能电容的串联型电压暂变补偿主电路拓扑,并分析了其控制策略。新拓扑可使电路体积减小,成本更低;通过微调指令电压与负载电流的夹角可以达到控制母线电压幅值的目的;通过给指令电压施加一个微小的直流偏移电压,可以达到控制直流上、下母线电压的平衡的目的。介绍了改进的简化主电路拓扑,详细分析了其工作原理和控制方法。仿真结果验证了该方案的可行性和分析的正确性。     

基于单星MMC的新型STATCOM及其控制策略

通过分析基于级联半桥子模块双星形结构的模块化多电平变换器(MMC)拓扑,提出了一种基于单星形MMC的静止同步补偿器(STATCOM)拓扑结构,并与级联H桥STATCOM等拓扑进行了比较。该拓扑只采用双星MMC的一半,比级联H桥星形STATCOM节省13.4%的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。采用电流直接控制策略,给出了单星MMC-STATCOM的电容电压多层次控制方案及一种相间电容电压平衡控制改进方案,该方案不需要对零序电压注入量进行复杂计算。此外,还搭建了10kVA实验样机。仿真和实验结果表明,所提的单星MMC-STATCOM具有优良的动静态特性,验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

一种新型半桥逆变器电容均压控制策略

传统半桥逆变电路中直流分压电容存在电压偏差,会引起输出电压和电流波形畸变,电路性能恶化,甚至导致系统失控。本文在不改变电路结构的基础上,提出了基于调制波反馈控制的电容均压控制策略,仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性,将该控制策略运用到EPS(EmergencyPowerSupply)系统中,有效地消除了直流分压电容电压偏差。     

级联H桥整流电路电压滑模控制策略

针对级联H桥整流器的非线性和非最小相位系统特性,通过分析单相两级联H桥整流器的拓扑结构,对级联多电平整流器直流侧电压的平衡和动态性能方面的问题进行了研究。采用滑模控制理论,通过选取合适的切换面使系统状态轨迹在设定的滑模面上运动,从而提高系统直流侧电压的响应速度和系统的动态性能指标。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于RT-lab的半实物实时仿真实验平台,仿真和实验验证了该控制算法的可行性和有效性。     

三电平并网变流器中点电压平衡控制技术研究

在将可再生能源转变的电能并入电网的过程中,必须满足单位功率因数、较小的电压开关应力,较小的电流谐波,及高压并网的要求。该文在二极管箝位型三电平并网变流器的双环控制系统基础上,通过有效选择冗余开关状态,解决了三电平变流器固有的中点电压不平衡问题。仿真结果验证了控制方案的正确性和可行性。     

特高压交直流背景下的江苏电网无功电压控制分析

当前,特高压交直流建设步伐加快,对受端电网而言,扩大区外来电规模已经成为各方共识。分析了江苏电网规划发展与无功电压运行情况,探讨了特高压交直流背景下开展无功电压控制研究的重大意义,分析了特高压交直流背景下电网的静态无功电压控制策略和无功补偿配置方案,并对电网动态无功电压裕度进行了仿真分析,开展了电网严重故障下的电压稳定校核。为提高特高压直流近区电网的电压稳定裕度水平,提出了安装适当动态无功补偿装置等措施,仿真计算结论显示效果良好。     

瞬时电压补偿装置的零序电压控制

分析了瞬时电压补偿装置（DVR）产生零序电压及其放大机理。分析表明，即使系统不存在零序回路，DVR都会在补偿控制中向系统注入微小的零序分量，该零序分量会对无零序回路系统侧电压造成不良影响。为此，提出了新的控制策略，该控制策略通过检测并消除指令中的零序分量，以破坏无零序电流回路系统的零序电压正反馈条件，消除DVR注入零序电压的不良影响。仿真结果表明，所提出控制策略是正确有效的。     

地区电网自动电压控制系统设计及应用

分析地区电网运行特点选择电压无功分层分区综合协调控制的方案,通过区域电压控制和变电站电压校正控制协调控制保证全网电压合格,将各分区关口功率因数维持在较高水平,实现区域无功合理分布.根据经济压差原理,比较Q*X的大小,确定并联电容器的投切次序.开发自动电压控制系统并投入各地调运行,现场运行情况表明该系统调节效果明显优于人工调节,并且减少了人员投入,有较大的经济意义.