NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制策略

针对线性控制器依赖局部线性化方法的缺点,提出并联型有源滤波器(SAPF)非线性无源控制策略。根据被控对象二极管钳位(NPC)型三电平三相四线制SAPF在dq0坐标系下的欧拉(EL)数学模型分析其无源性;从能量角度出发构造能量存储函数,得到能使被控量收敛至期望值的无源控制规律;以使内环电流解耦为目的,采用阻尼注入法对其简化,提高系统的动态性能;对所设计的NPC型三电平SAPF的非线性无源控制方法进行了仿真及硬件实验。结果表明,所设计的基于非线性无源控制策略的NPC型三电平SAPF能够实现电网平衡/不平衡情况下的电流低谐波、直流侧电压稳定及中点电压平衡;与传统的双环PI控制策略相比,具有较好的补偿效果。     

基于Lyapunov函数的NPC型三电平SAPF非线性控制策略

传统并联型有源滤波器(SAPF)的控制方法只能实现电网平衡时的控制,且在负载发生变化时补偿效果不理想。针对这些问题,选取三相四线制系统下中性点钳位(NPC)型三电平SAPF作为研究对象,提出了基于Lyapunov函数的非线性控制方法。首先,建立了被控对象在dq0坐标系下的数学模型;针对电流内环提出了基于Lyapunov函数的非线性控制策略。同时,从稳定性的角度出发,选取合适的控制参数,保证线路参数变化时平衡/不平衡电网下系统的稳态和动态性能;其次,针对直流侧电压不平衡问题,采用基于电荷平衡原理改变空间矢量脉宽调制算法中正负小矢量作用时间的控制方法,维持直流侧电容电压的稳定和平衡。最后,利用Simulink软件仿真和实验验证将所提出的基于Lyapunov函数的非线性控制器用于NPC型三电平SAPF的可行性和优越性。与传统的比例—积分控制相比,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

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。     

基于重复控制的三相4线制有源电力滤波器研究

采用三相4线制有源电力滤波器解决电网中谐波、无功功率和三相不平衡等电能质量问题.介绍了三相4桥臂有源电力滤波器主电路结构,以及基于瞬时无功功率理论中的ip-iq谐波检测方法.采用重复控制策略进行补偿电流控制,并通过Matlab仿真设计重复控制器的参数.采用这种方案可以有效补偿三相4线制系统中的谐波、负序和零序电流,实验结果证明了所提方法的有效性.     

四桥臂并联型有源电力滤波器控制研究

针对三相四线制电力系统谐波治理,提出了一种四桥臂并联型有源电力滤波器(SAPF)谐波补偿改进控制方案。谐波电流跟踪控制采用三维空间矢量调制算法,SVPWM具有直流电压利用率高、电流畸变率小等优点;直流侧总电压稳定,采用模糊PI自适应控制,直流侧电压动态响应快,超调小。对SAPF直流侧上下电容电压值平衡控制进行了研究。通过仿真验证了该控制方案的正确性与可行性。     

基于无谐波检测控制的三相四线制APF的研究

针对三相四线制低压配电网中存在的谐波污染严重、中性线电流较大的问题,提出了一种基于无谐波检测的三相四线制有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)控制策略。建立了电容中点型三相四线制APF的数学模型,并给出了其中电感、电容主要参数的设计方法。在对比分析谐波检测和无谐波检测控制方法的基础上,选取了更有优势的无谐波检测控制策略,并针对系统中存在的负序以及零序电流分量分别设计了比例谐振(Proportional Resonant,简称PR)控制器。通过Matlab/Simulink软件搭建了三相四线制APF的仿真模型,并对谐波补偿和抑制中性线电流进行了仿真测试,效果显著。最后,以某公司的TMS320F28377为控制器单元核心搭建了实验平台,证实了所提控制策略的可行性。     

组合开关状态的NPC三电平模型预测不平衡治理策略

三相四线制中点钳位(NPC)三电平不平衡补偿装置中点电压均衡会导致零序电流补偿不足,影响不平衡治理效果。为解决这一问题,提出组合开关状态的三电平模型预测不平衡治理策略,分析不同类电压矢量开关状态零序电流补偿与中点电压均衡的关系。并根据各类开关状态补偿零序电流能力,组合全零矢量、短矢量和中矢量13种开关状态进行模型预测不平衡治理。仿真对比不同组合开关状态在中点电压均衡前提下零序电流补偿能力,并采用所提出的开关状态进行不平衡治理。结果验证了组合开关状态控制的有效性和准确性。     

三相四线制SAPF在不平衡负载下的补偿特性

介绍了三相四线制并联型有源电力滤波器(SAPF)在不平衡负载下谐波的补偿特性.基于瞬时无功功率理论检测谐波电流的方法可检测电流基波正序和负序分量,通过控制使补偿后的电源侧电流三相平衡,其中应用平均值滤波器相比传统低通滤波器(LPF)效率更高.在原理上分析了不平衡负载下的补偿特性,利用Matlab/Simulink进行了仿真,实验室在一台60 kVA的三相四线制SAPF上对不平衡非线性负载进行补偿.仿真和实验结果验证了电流检测方法的正确性和补偿的有效性.     

基于电源电流和负载电流检测的前馈加反馈的三相四线制APF控制策略

三相四线制有源电力滤波器(APF)可以补偿非线性负载产生的各次谐波、三相不平衡电流、零序电流及无功电流。提出一种新型谐波电流检测法,可以检测三相四线制系统各次谐波的正、负、零序分量及无功分量。提出一种同时检测负载电流和电源电流的前馈加反馈控制策略,检测负载电流进行前馈控制,检测电源电流进行反馈控制,既保证了谐波补偿效果又具有良好的动态性能,可以用于快速变化的非线性负载的谐波补偿。由于各次谐波分量在其相应的同步旋转坐标系下为直流量,反馈控制采用多个同步旋转坐标系下的积分控制,可以实现几乎100%补偿各次谐波分量。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

混杂负载条件下串联型微电网输出电压控制

不平衡/非线性混合负载是微电网易于遇到的一种复杂运行条件,它对系统输出电压控制提出了更高的要求。针对一种串联结构的新型微电网,研究了其在不平衡/非线性混合负载条件下的电压控制方法。给出了组合式三相串联型微网结构及其逆变环节等效电路;建立了被控对象的数学模型,并进行了电容电流内环比例调节、电容电压外环多准比例-谐振调节的双闭环控制器设计;通过仿真分析验证了双闭环控制作用下三相串联型微电网对不平衡/非线性混合负载条件的适应性。     

Three-phase four-wire shunt active power filter based on the SOGI filter and Lyapunov function for DC bus control

The three-phase four-wire shunt active power filter (SAPF) was developed to suppress the harmonic currents generated by nonlinear loads, and for the compensation of unbalanced nonlinear load currents, reactive power, and the harmonic neutral current. In this work, we consider instantaneous reactive power theory (PQ theory) for reference current identification based on the following two algorithms: the classic low-pass filter (LPF) and the second-order generalized integrator (SOGI) filter. Furthermore, since an important process in SAPF control is the regulation of the DC bus voltage at the capacitor, a new controller based on the Lyapunov function is also proposed. A complete simulation of the resultant active filtering system confirms its validity, which uses the SOGI filter to extract the reference currents from the distorted line currents, compared with the traditional PQ theory based on LPF. In addition, the simulation performed also demonstrates the superiority of the proposed approach, for DC bus voltage control based on the Lyapunov function, compared with the traditional proportional-integral (PI) controller. Both novel approaches contribute towards an improvement in the overall performance of the system, which consists of a small rise and settling time, a very low or nonexistent overshoot, and the minimization of the total harmonic distortion (THD).     

Novel schemes used for estimation of power system harmonics and their elimination in a three-phase distribution system

Estimation of power system harmonics and their elimination is an interdisciplinary area of interest for many researchers. This paper presents Variable Step Size Least Mean Square (VSS-LMS) approach for harmonics estimation and Shunt Active Power Filter (SAPF) with two-level Hysteresis Current Control (HCC) technique for their elimination in a three-phase distribution system. In the estimation process, the weight is updated using VSS-LMS algorithm. Harmonics components are estimated from the updated weights. In order to mitigate harmonics produced by the nonlinear load connected in a three-phase distribution system, SAPF with two-level HCC is proposed. A three-phase insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter (CC VSI) with a dc bus capacitor is used as an active power filter. The first step is to calculate SAPF reference currents from the sensed nonlinear load currents by applying the synchronous detection method and then the reference currents are fed to the proposed controller for generation of switching signals. The nonlinear load consists of one three-phase and one single-phase diode rectifier feeding R–L load, so that the effectiveness of the two-level HCC scheme to compensate for unbalanced nonlinear load can be tested. Various simulation results are presented to verify the good behavior of the SAPF with proposed two levels HCC.     

基于无源化方法的三相四线制APF控制器策略

电流跟踪控制是并联型有源电力滤波器(APF)的控制器设计的关键问题之一,利用APF的无源特性来实现电流跟踪控制可以取得较常规的线性和非线性控制器更好的控制效果.首先建立了三相四线制下四桥臂APF的状态空间模型;在此基础上利用无源控制方法构造电流跟踪动态控制器,然后基于APF的工作机理分析给出了实现渐近跟踪和内部稳定的充分条件;最后利用PSCAD软件包对所提出的控制算法进行了仿真测试,证明了新算法的有效性.     

一种新型混合有源滤波器及其复合控制策略设计

混合有源滤波器是一种有效的谐波抑制方式。电力系统中谐波源负载种类繁多，特性各异，针对目前应用最为广泛的三相整流桥负载，在以往混合滤波器研究的基础上，提出了一种新型单调谐混合滤波器，对其无源滤波部分依据有源部分容量最小的原则进行了设计，并对其工作原理进行了详细的分析研究。针对所设计的混合滤波器的特有结构，设计了其复合控制策略。该复合控制策略在不影响系统稳定性的基础上，提高了系统的滤波性能，保证了有源滤波器小容量下良好的运行性能。对所设计的复合控制器在频域和时域内进行了稳定性分析。仿真和实验结果验证了所提出的拓扑结构和复合控制策略的有效性。     

100kVA三相四线有源电力滤波器的研制

三相四线配电网的谐波电流、三相不平衡和中性线电流过大问题比较普遍,三相四线SAPF是解决这些问题的理想方案。基于改进的FBD法的三相四线SAPF指令电流检测算法,能够将负载电流分解成基波各相序和单次谐波电流。应用该算法设计并实现了基于4桥臂主电路结构,容量为100kVA(输出电流150A)的SAPF样机,搭建了大容量实验环境,对该装置性能进行了实验验证并给出了结果。实验结果证明装置原理的可行性,对谐波电流、负序电流和零序电流补偿效果非常明显。     

三相四线制有源电力滤波器的研究

为了实现三相不平衡谐波的补偿,采用3个单相有源滤波器的星形连接组合成1个三相四线制有源滤波器.采用数字移相方法由单相电流虚拟出两相电流,进而利用瞬时无功功率理论实现了单相系统谐波电流的检测;建立了三相四线有源电力滤波器的仿真模型,研究了不同接线方式下三相四线有源滤波器的应用特点.开发了有源滤波器实验系统,结果表明三相四线有源滤波器能有效滤除系统中的不平衡谐波.