基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。     

不平衡和非线性负载条件下柔性多状态开关控制技术研究

配电网中连接在两条或多条馈线间的电力电子变流器统称为柔性多状态开关,可作为理想的补偿装置,用来补偿频率和大小变化的谐波、负序和无功。文中建立了不平衡和非线性负载条件下柔性多状态开关的数学模型,根据不平衡系统的控制目标,确定以瞬时无功功率理论为基础的参考电流检测方法,变流器的输出电流采用PI控制器进行调节,从而达到补偿负载电流中的谐波、负序和无功电流,实现电能质量改善。在MATLAB/Simulink环境下,建立了不平衡和非线性负载条件下三端口柔性多状态开关系统的仿真模型,研究结果表明了所采用的方法能够有效地补偿不平衡负载电流中的谐波、负序和无功电流,并表现出了良好的动态性能。     

LCL型有源滤波器电流指令补偿方法

虚拟电阻技术广泛的应用于变流器的控制中,可以有效抑制LCL型变流器输出电流的放大。现有的虚拟电阻阻尼技术主要是针对变流器只需要控制输出电流基波成分的应用场合。变流器输出的谐波电流会受到虚拟电阻阻尼控制的影响。当变流器用于补偿负载谐波电流时,其输出的谐波电流成分难以得到有效的控制,使得负载谐波电流的补偿效果变差。首先建立了虚拟电阻阻尼控制下变流器的模型,通过与二阶低通滤波器模型的近似关系,得到虚拟电阻的优化取值。随后,基于变流器的二阶低通滤波模型,通过对指令电流进行预调制,保证输出谐波电流的控制效果。最后,仿真和实验结果证明了建模及指令电流补偿方法的有效性,实现了对有源滤波器滤波性能的改善。     

带谐波补偿的并网变流器统一控制策略

依据三相电压型PWM变流器系统工作特性,提出一种具有谐波补偿功能的并网变流器统一控制策略。变流器可以补偿非线性负载所引起的网侧电流畸变;同时,保证并网变流器的4象限运行,实现有功电流与无功电流的独立控制。在自然坐标下,将网侧指令电流与检测所得非线性负载电流作差得到统一控制所需电流指令,利用所测网侧电压信号按照对指令电流进行定向。最后,通过实验证明了所提策略的正确性与有效性。     

单相电流型多电平变流器自均流特性

单相电流型多电平变流器拓扑一般都利用分流电感产生各级中间电平电流,为使各级中间电平电流保持平衡,必须研究电流型多电平变流器的均流特性。根据分流电感的连接方式,以一类最简单的单相电流型多电平变流器拓扑为例,通过建立其分流电感电压平均值的数学表达式,从理论上对该类变流器的自均流特性进行了详细分析,仿真实验获得了与理论分析相一致的结论。为改善不同负载特性下输出电流的谐波特性,提出了一种基于直流侧电流反馈、自动选择冗余开关组合的均流控制方法,实验结果验证了控制方法的正确性与有效性。     

一种双向储能变流器并网控制策略研究

介绍了一种双向储能变流器(PCS)主电路拓扑结构。针对变流器并网电流谐波问题,提出一种基于复合控制技术的电流谐波抑制策略。由于受到电网谐波及调制的影响,双向储能变流器的并网电流中含有一定谐波,降低了装置输出电能质量。采用结合比例积分(PI)和重复控制的复合控制策略,能有效抑制双向PCS并网电流的谐波含量,并保证了系统双向控制的动态响应速度。在此基础上,研制了一台100 kW双向PCS样机。实验结果验证了所提变流器并网控制方法的有效性和可行性。     

基于光纤同步技术的大功率并联变流器设计

针对三相变流器直接并联运行时存在高次短路谐波电流和零序环流的问题,提出一种基于光纤同步的环流抑制技术。通过分析两台逆变器直接并联电流,发现其干扰主要由高次谐波电流和零序环流构成。而高次谐波电流主要由开关周期不一致造成,但这种谐波电流由于频率太高无法通过谐振控制进行抑制,对此利用TMS320F28377D芯片EPWM模块特有的同步引脚,实现两台变流器开关周期同步。此外引入多级并联准比例谐振控制器实现对零序环流抑制。实验结果表明,该方法可有效保证系统高效、稳定运行。     

三相电流型多电平变流器的自均流特性

为研究三相电流型多电平变流器的自均流特性,以一种简化的三相电流型5电平变流器拓扑为例,通过建立分流电感平均电压的数学表达式,详细讨论了该类变流器的自均流特性。为进一步改善不同负载特性下输出电流的谐波特性,采用载波相移SPWM技术作为调制策略,提出了一种基于直流侧电流反馈、自动选择冗余开关组合的均流控制方法,并对均流控制方法的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的均流方法可实现中间电平电流的完全可控,改善了5电平电流波形的谐波特性,同时也提高了变流器的电流响应速度。     

基于谐波观测器的永磁同步电机谐波电流抑制策略研究

针对传统基于谐波注入的抑制策略只对特定的次电流谐波有效,而对其他幅值较高的低次谐波抑制效果不够理想的问题,在推导出与永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)、变流器及负载非线性等因素有关的电压、电流谐波解析表达式的基础上,提出一种新颖的基于谐波观测器的电流谐波抑制策略,通过对电压谐波的控制实现对PMSM/变流器系统中全频次低频电流谐波的有效抑制。所设计的谐波电流调节器通过与电流内环的基波电流调节器的并联,实现了对电流的基波分量和谐波分量的解耦控制,在不影响基波电流控制目标的前提下,实现了对于低频各次电流谐波的有效的抑制。为验证算法的有效性,在实验室搭建PMSM/变流器系统测试平台,进行电流谐波抑制策略的实验验证工作。动静态实验结果表明,该方法运算量小、实现方式简单,对各次低频电流谐波均有较为明显的抑制效果,可以有效的改善电流波形。     

航空静止变流器的输入纹波电流特性研究

航空静止变流器(aviation static inverter,ASI)作为飞机电源系统的典型负载,其脉动的输入电流严重影响着直流电网的电能质量。针对航空静止变流器的输入电流特性进行研究。基于双重傅里叶开关函数法给出逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量、载波次谐波和载波的边频谐波等表达式,为定量计算各电流分量提供了精确依据。推导二次谐波电流向高压直流电网侧传播的等效电路模型,从而揭示航空静止变流器输入端低频纹波电流的产生、传导及其影响因素。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。     

转移函数应用于变流器的谐波分析

运用转移函数法分析变流器两侧的谐波,考虑了晶闸管的换相过程以及触发角由于某种控制需要而受到余弦信号的调制过程,为工程实际中谐波的估算提供了方便和较为精确的方法.本文对转移函数作了简明的论述和推导;运用转移函数得到的谐波分析模型,对变流器端的谐波构成及其含量进行了分析;最后用仿真计算验证了公式的有效性和精确性.     

大功率整流电路直流侧非特征谐波的分析

当前大功率高稳定度电源仍然采用晶闸管相控整流技术,但是在实际运行中总是存在一定的低次谐波分量,给滤波器的选择以及谐波抑制造成一定的困难。因此有必要对谐波产生的机理及其含量有一个准确的认识。利用用于对整流设备稳态工作进行谐波分析的开关函数法对整流器在几种非理想情况下的直流侧非特征谐波进行了分析,从而得出了在各种不同运行情况下直流侧非特征谐波的具体表达式。推导的结论为以后的谐波抑制提供理论依据和计算基础。同时对于高压直流输电谐波分析也具有参考意义。     

含滤波器的多换流站谐波阻抗模型与谐波交互影响研究

当多个换流站位于相邻交流电网时,换流站之间电气距离较小,一些特定的交流滤波器组合投切方式可能会引发换流站之间谐波电流的交互影响。基于谐波阻抗方法定义了换流站谐波电流影响系数,用于计算换流站之间谐波电流的交互影响程度。以银川东站与灵州站构成的多换流站系统为例,搭建含有交流滤波器的谐波阻抗模型,针对特征谐波,计算谐波电流影响系数,分析了交流滤波器组合投切对银川东站、灵州站谐波电流交互作用的影响。结果显示11、13次谐波电流的交互影响较小,23、25次谐波电流的交互影响较大,且特定滤波器的投切会造成各换流站交流母线谐波电流的明显变化。最后,建立PSCAD电磁暂态仿真模型,对上述分析结果进行了验证。     

Steady-State Characteristics of the Six-Pulse Bridge Rectifier with Input Filter

A systematic and accurate method is described for the calculation of the harmonic content of the six-pulse bridge rectifier with input filter. Both the converter output ripple and input distortion are included in the calculations. The accuracy of the results is verified by experiment. It is shown that, under certain conditions, the output ripple can be neglected, leading to derivation of simple and explicit formulas for the converter harmonics. Based on the approximate formulas thus developed, major effects of the input filter on the converter characteristics are discussed and graphically shown. It is found that the control range and the firing angle need to be redefined compatible with the characteristics tics of the rectifier in the presence of the input filter. In addition, the maximum active power delivered to the load is determined by the filter rather than the load.     

考虑牵引网谐波耦合的动车组辅助变流器启动特性分析

动车组辅助变流器运行在谐波含量较高的线路时频繁出现启动失败故障,线路试验结果表明牵引网高次谐波含量与启动失败存在相关性。为研究牵引网谐波电压对交直交型辅助变流器启动过程的影响,首先建立了车载单相变压器谐波模型,分析了牵引网谐波对车载牵引变压器辅助绕组的渗透特性。建立辅助变流器滤波电路谐波模型,对其串联谐振进行理论分析。建立单相不控桥式整流电路的数学模型,理论分析了交流侧谐波对不控整流电路的影响。对发生辅助变流器启动故障的CRH某型动车组的进行测试,对电压进行了谐波分析。根据实测数据对交直交型辅助变流器预充电过程进行仿真分析,与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,牵引网谐波会明显渗透到车载牵引变压器辅助绕组,当滤波电路参数与牵引网谐波不匹配时,将激发滤波电路串联谐振,使滤波电容电压严重畸变,会使变流器不控整流阶段的直流侧电压升高,导致辅助变流器出现预充电启动失败故障。对深入研究谐波环境下动车组辅助变流器特性及滤波电路元件参数选取具有一定的指导意义。     

±800kV特高压直流输电工程换流器谐波特性分析

直流输电工程中的换流器工作时能产生大量谐波,对电力系统稳定和通信线路等造成不良影响.为了有效降低换流器谐波的危害、提高系统运行的可靠性,分析了±800 kV特高压直流输电工程中换流器谐波的时频域特性,以换流器谐波电流与系统运行功率、输送直流电流大小之间的关系作为切入点,将谐波电流畸变率作为判断换流器谐波特性的特征量.根...     

An Investigation into Thyristor-based Seven-level Multi-level Current Reinjection Current Source Converter

This article presents a comprehensive analysis of the thyristor based seven-level multi-level current reinjection current source converter. The seven-level multi-level current reinjection current source converter increases the pulse number from 12 to 72, thereby producing high-quality AC current and DC voltage waveforms, thus lowering harmonics on both sides. The ability to switch thyristors with a negative firing angle using auxiliary bridge reinjection insulated-gate bipolar transistors enables the converter to have a leading power factor. This article also details the design of the firing angle controller for the seven-level multi-level current reinjection current source converter, which enables the converter to have a negative firing angle. A wide range of PSCAD/EMTDC simulation results are presented to evaluate the performance of this converter, especially the effect of RC snubbers across the reinjection insulated-gate bipolar transistors.     

DC Side Harmonic Measurement of ±500kV Converter Station

Abstract

There are various nonlinear components in the HVDC transmission system to cause harmonic generation and the converter station is the main harmonic source of the HVDC transmission system. Harmonics have varying degrees of impact and hazards on various electrical equipment, power lines and communication systems. Therefore, a reasonable analysis of the harmonic characteristics of the converter station is of great significance for the research and development of HVDC transmission technology. In this paper, the ±500kV converter station in Yunnan is taken as the research object. The Fourier analysis method is used to analyze the DC side harmonics of the converter station. And the Narda electric field measuring instrument is used for harmonic measurement. Proposing the suppression method of each harmonic is based on the DC side harmonic measurement results. 12/24/36 three-tuned filter are used to filter out characteristic harmonics. It has the advantages of small installation capacity and low fundamental wave loss while ensuring the filtering effect. And using the single-tuned filter to filter 2/3/6/11 harmonic orders unless the characteristic harmonics which structure is simple.     

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.     

Methods of Evaluation of Harmonic Levels in Industrial Plant Distribution Systems

Techniques for analyzing and evaluating the harmonic levels in an industrial facility's electrical distribution system are presented. The various system models and types of harmonic source representation are described. A harmonic evaluation should be performed when a new industrial facility will include sources of harmonics or when the addition of harmonics injecting equipment is being considered. Cogenerators and variable-speed ac induction motor drives are examples of sources of harmonics that are growing in size and number. The methods described utilize a harmonics load flow program based on the direct solution of the impedance matrix at each harmonic frequency. The program includes detailed models of transformers, lines, loads, and generators. It also allows the specification of the harmonic sources by either ac/dc converter parameters or by sampled data of the current or voltage waveform. Results from the analysis of two typical distribution systems in large industrial plants are presented. This analysis illustrates some of the problems that may be encountered and gives recommendations for solutions to these problems.