电网电压不平衡下串联型12脉波整流装置的频域谐波建模

针对高压直流输电和大功率工业整流采用的串联型12脉波整流装置,在分析其整流等效电路工作原理的基础上,计及电压不平衡时相控整流电路的触发角偏移和换相重叠角,推导了正序和负序电压作用下12脉波整流的谐波耦合导纳矩阵,将两者整合建立电压不平衡下12脉波整流的频域谐波耦合导纳模型。该模型能解析计算整流装置产生的电流谐波,无需迭代。搭建整流装置实验测试平台,探讨12脉波整流的谐波耦合导纳矩阵元素分布特点,分析电压畸变率、不平衡度和触发角变化对模型准确度的影响,通过计算与实验对比,验证所提频域谐波模型的有效性。     

电动汽车三相不控整流充电机频域谐波模型

电动汽车充电站的谐波污染主要来自充电机前级的不控或相控整流电路,针对采用无源功率因数校正的三相不控整流充电机,分析其在充电电流连续和断续模式的工作原理,根据充电过程中电压和电流平衡方程,推导充电机的频域谐波耦合导纳矩阵,并由充电等效电路得到不同模式下的谐波导纳矩阵参数,由此建立电动汽车充电机频域谐波解析模型。该模型将充电机时域非线性特征转换成频域线性导纳矩阵,以表征其各次谐波电流与机端各次谐波电压的耦合关系。最后,通过仿真和实验分析验证了该模型的正确性。     

三相不控整流负荷的谐波功率实测建模

以三相不控整流负荷为研究对象,分析负荷功率变化导致整流电流断续和连续的工作模式,利用交流侧电压电流实测特征数据,结合整流器导通过程的电路约束,提出三相不控整流负荷等效电路的参数估算方法;在此基础上,根据整流器导通区间内的电压电流平衡方程,推导其谐波耦合导纳矩阵,建立三相不控整流谐波功率模型,并根据谐波功率导纳矩阵元素的分布特征,给出该谐波功率模型的简化形式。最后,通过仿真和实验的方式验证电路参数估计方法和谐波模型的正确性。     

整流器的谐波分析方法

提出了分析整流器谐波产生机制的新方法,可克服传统的电流源注入分析法无法考虑整流器产生的谐波与系统之间的相互影响的缺点.基于调制理论和傅里叶变换理论,在频域中求解整流器的交流侧和直流侧各变量的相互关系,推导发现整流器的交流侧端口电压和端口电流的各次谐波分量可用一谐波耦合导纳矩阵来关联.该谐波导纳矩阵的各元素与整流器交流供电端的谐波电压各分量无关,是独立于系统谐波状况的定常矩阵.该方法将整流器时域的非线性特征转化为频域的线性矩阵,直观地体现了整流器的交流侧电流和电压谐波各分量之间的耦合关系.用所提方法分析整流器产生的谐波不需迭代求解,且具有较高的精度.时域仿真算例结果验证了该方法的有效性和精确度.     

应用非线性元件耦合矩阵模型的谐波潮流算法

基于非线性元件的线性耦合导纳矩阵模型提出一种谐波潮流的新算法,并以晶闸管控制电抗器(thyristor controlled reactor,TCR)为例来阐述潮流算法的思路。由于谐波耦合导纳矩阵是非线性元件TCR线性化后的模型,将该数学模型与系统方程联立,通过求解一系列线性方程即可获得系统谐波潮流结果。在供电电压严重畸变的情况下,提出用谐波电压积分求得TCR开关函数的关断角,由此对耦合导纳矩阵模型进行修正,再用修正后的模型迭代求解谐波潮流。时域仿真法验证修正后TCR谐波导纳矩阵模型的精确度和谐波潮流算法的有效性。     

三相整流装置谐波产生机理分析及简化模型

基于三相整流装置的谐波耦合矩阵模型,深入分析了此装置的谐波产生特性。整流装置供电电压对其谐波电流的影响可分为3个方面:基波电压的影响、与谐波电流次数相同的谐波电压的影响,以及由不同次数的谐波电压及其共轭相量产生的影响。根据整流装置谐波耦合矩阵模型的解析公式,对矩阵元素的取值规律进行了研究,分析了供电电压各部分影响的重要性,推导得出了经典的恒流源模型和诺顿等值电路模型的解析计算公式,并提出了忽略谐波电压共轭影响的简化模型。将各谐波模型应用于谐波潮流分析中,对模型的精度进行了评估,为谐波分析中三相整流装置谐波源模型的合理选择提供了理论参考。     

基于变压器延边三角形接法的36脉波整流系统研究

在大功率整流领域,通常采用多脉波整流技术来降低整流系统谐波含量,提高功率因数。提出了一种基于移相变压器延边三角形接法的36脉波整流系统结构,分析了整流系统的工作原理、系统网侧输入电流特性及直流输出电压特性,给出了移相变压器绕组参数计算方法,并推导了平衡电抗器选择条件。利用MATLAB/Simulink建立了36脉波整流系统模型,对理论分析进行了仿真验证,观测了传统6脉波整流系统和36脉波整流系统的输出电压波形及网侧电流谐波含量。对比了不同程度电网不平衡情况下,36脉波整流系统与传统6脉波整流系统输出电压波形、网侧电压总谐波含量(THD)和电流谐波含量。实验结果表明,36脉波整流系统整流电压波形和网侧电流谐波含量与理论分析一致,能够有效降低网侧电流谐波含量和输出电压脉动,且具有较好的抵抗电网不平衡的能力,较6脉波整流系统有很大的优越性。     

单相不可控桥式整流滤波电路容性特性

针对单相桥式整流电容滤波电路对外表现的特性问题,基于频域谐波耦合导纳矩阵模型,分别推导出单相桥式整流电容滤波电路在理想电压和畸变电压下的谐波等值电路。结合等值电路,分析了在不同电压条件下该电路产生容性特性的机理。计算和仿真研究表明,在不同电压或负载参数情况下该电路会对外表现出容性或感性特性。提出了在一定电压条件下,确定单相桥式整流电容滤波电路在某次谐波处呈现容性特性电路参数范围的方法,从而能为有效防止电路与系统电抗产生的非线性容性谐振提供依据。     

基于Matlab/Simulink的12脉波整流电路谐波分析

分析了12脉波整流电路的工作原理,在Matlab/Simulink下搭建了仿真模型,并与6脉波整流电路进行对比,阐述了12脉波整流电路的谐波消除原理,证明了其谐波消除的有效性.     

基于自耦变压器的24脉波整流系统电网不平衡状态仿真研究

多相整流技术常用于降低大功率整流电路谐波含量,提高功率因数。电网电压不平衡对电力电子装置有着十分重要的影响。研究了一种新型24脉波整流系统,给出了电压电流输出特性,利用Matlab对比分析了不同程度电网不平衡对多脉波整流电路输出波形的影响,分析了各情况下整流系统输出电压、电流的谐波含量,结果表明24脉波整流系统具有更好的抗电网不平衡干扰的能力,应用前景更为广阔。     

阻基波滤波器对12脉波整流机组、电能质量的改善

大功率整流装置在城市轨道交通供电系统中广泛运用,其产生的谐波会对公共电网以及城轨牵引供电系统造成危害.24脉波整流机组网侧、直流侧谐波含量比12脉波整流机组少很多,但设备成本高.如果采用在12脉波整流机组网侧与直流侧分别连接滤波器的方法,能取得24脉波整流机组相近的效果,会节省大量的投资.分析了12、24脉波整流机组工作原理,24脉波谐波相消及滤波器设计原理.利用MATLAB/Simulink搭建24脉波整流机组和网侧、直流侧分别添加阻基波滤波器和单调谐滤波器的12脉波整流机组仿真模型,并对电流谐波进行傅里叶级数分析.结果表明,改善后的12脉波整流机组有效地减少了网侧、直流侧谐波含量,达到了24脉波整流机组相近的消谐效果,对城市轨道交通牵引供电系统具有重要的参考意义.     

一种适用于HVDC带双无源谐波注入的串联型36脉波整流器

为了提升海上风电并网HVDC系统中的串联型二极管多脉波整流器的谐波抑制能力,提出一种基于直流回路双无源注入电路的串联型36脉波整流器。该整流器采用两个辅助无源注入电路,通过电流调制后产生电压注入谐波,最终可将交流侧输入相电压由12阶梯波倍增至36阶梯波。分析了双无源注入电路工作原理及特性。在此基础上,推导了整流器交流侧输入电压表达式。并以电压谐波畸变率最小为目标,设计了注入变压器的匝比参数。最后结合工程应用,讨论了辅助无源电路中二极管开路故障时系统的容错能力。理论分析及仿真结果表明,所提出的整流器具有谐波抑制能力强、结构简单、可靠性高和鲁棒性强等优点,更适用于高电压大功率场合。     

地铁直流牵引供电系统整流机组的仿真分析

地铁列车牵引直流电动机广泛使用24脉波整流机组提供的直流电源。本文分析了24脉波整流机组的工作原理,并利用MATLAB中的SIMULINK对24脉波整流机组进行了仿真分析,用傅里叶级数分析了交直流侧电流谐波。结果表明：采用24脉波整流机组,电流谐波含量大大降低,减少了对电网的污染,同时输出直流电压的纹波系数较小,从而体现了在地铁直流牵引供电系统中采用24脉波整流机组的优越性。     

输入侧断相对自耦型12脉波整流器的影响

分析了输入侧断相对使用升压型三角形联结自耦变压器的12脉波整流器的影响,给出正常工作和断相运行时整流器各处的电压和电流特征。理论分析和实验结果表明,两整流桥输出电压的瞬时差是形成12脉波整流的关键;断相时,12脉波整流器等效为两个具有相同输入电压的单相全桥整流电路的并联,两整流桥输出电压瞬时差等于零,导致负载电压为2脉波,直流侧电能质量显著降低;所断相的输入电流等于零,整流器工作于严重的不对称状态。     

多脉波整流器直流侧无源谐波抑制机理研究

为提高多脉波整流器的直流侧无源谐波抑制能力,研究了基于两抽头变换器的24脉波整流器直流侧谐波抑制机理。根据抽头变换器的结构及安匝平衡原理,分析了抽头变换器的功能及工作模式,研究了抽头变换器的工作模式对整流桥输出电流、整流器输入电流及负载电压的影响,给出了抽头变换器变比的理论最优值。理论分析及实验结果表明,抽头变换器的端电压会使其所接的两个二极管交替导通,对整流桥输出电流进行调制,进而产生环流,该环流流经交流侧时会抵消原输入电流中的12k±1(k为奇数)次谐波。另外,抽头变换器所接的两个二极管的交替导通,会在负载上产生附加电压,附加电压的存在可以显著降低负载电压的纹波系数。相应的实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种直流侧带混合谐波抑制电路的24脉波整流器

常规12脉波整流器会对电网造成大量谐波污染。为同时提高整流器交、直流侧电能质量,提出了一种直流侧带混合谐波抑制电路(Hybrid Harmonic Suppression Circuit, HHSC)的24脉波整流器。所提整流器由常规12脉波整流器、抽头变换器(Tapped Inter-Phase Converter, TIPC)和补偿电路(Compensation Circuit, CC)组成。TIPC的输出端与负载串联,直接调制整流桥的输出电流和电压。CC与负载并联,间接调制整流桥的输出电流,然后根据交、直流两侧电流关系和直流侧电压关系,最终使整流器输入电流接近正弦波,输出电压由12脉波倍增至24脉波。该方法仅需小容量(仅为输出功率的2.65%)的HHSC即可有效降低输入电流谐波和输出电压纹波,具有高谐波抑制性能、低谐波抑制代价等优点。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

地铁牵引供电系统中有源滤波器谐波控制研究

地铁牵引供电系统中多采用的是24脉波整流机组,是由两组12脉波整流机组并联组成。如果两组12脉波整流机组工作不稳定会产生大量的谐波,对地铁安全运行产生威胁。因此从整流机组的整流特性进行谐波分析,针对24脉波整流机组加入三电平有源滤波器进行谐波控制。主要对三电平有源滤波器的拓扑结构及控制算法进行深入分析和研究。最后通过仿真与实验结合说明该有源滤波器对地铁24脉波整流牵引供电系统非特征次谐波控制有一定的补偿作用。     

AC/DC变换器的谐波分析简化方法

以6脉波AC/DC变换器为例,采用调制理论法对其进行了谐波分析,针对变换器输入电压以及开关函数,分别对它们进行了序量分解以及序特性分析,并在此基础上利用三相序量乘积特性对变换器的谐波计算进行了有效简化。利用简化方法对变换器直流侧电压以及交流侧电流进行了谐波分析,并且与仿真结果进行比较,分析情况包括:电压无畸变、输入电压不平衡、电压畸变以及开关函数不平衡。结果表明当存在电压谐波畸变时会根据畸变次数不同产生不同次谐波电流,而当系统出现电源不对称或者开关不对称情况时,都会在其交流侧产生3、9、15等次谐波。该方法适用的范围广,简单易行,可推广到12脉波或更高脉波变换器中,但是对单相电路并不适用。     

基于谐波状态空间理论的LCL型并网逆变器谐波交互及稳定性分析

电网的逐渐电力电子化引发了谐波谐振、系统不稳定。为获得系统详细的谐波交互情况和不稳定模式,针对三相LCL型并网逆变器,首先基于谐波状态空间(HSS)理论建立其双电流环控制下的数学模型;其次深入研究公共连接点处电网背景谐波电压对逆变器直流侧电压和交流侧电流的影响,以及直流侧电压扰动对交流侧的影响;同时推导出谐波交互的耦合系数矩阵,并分析耦合特性;然后在HSS数学模型的基础上,利用阻抗分析法揭示了弱电网情况下逆变器谐波振荡产生的机理;最后将实验、仿真模型结果与数学模型结果进行了对比,验证了数学模型的有效性以及理论分析结果的正确性。