一种高性价比并联混合有源电力滤波器

分析了传统的并联混合型有源电力滤波器的优缺点，在此基础上提出一种新型的并联混合有源电力滤波器，其有源部分不承受基波电压和不流过基波无功电流，进一步减小了有源滤波部分的容量和逆变器直流侧电压，并兼具较大容量的无功静补偿能力。同时提出一种新的控制方法和控制器结构，控制系统由5个控制环组成。在控制电路中，5个反馈信号，即负载电流、电源电流、逆变器输出电流、电源电压和直流母线电压，计算逆变器的参考电压信号。为了证明提出的有源滤波器的性能，利用PSCAD/EMTDC进行了仿真验证，仿真和实验结果表明该装置滤波和无功补偿效果较好，而且这种混合有源电力滤波器的性能价格比较高，因而具有良好的工程推广应用价值。     

采用级联多电平逆变器的混合型有源电力滤波器

针对高电压、大容量有源电力滤波器所存在的投资大、技术实现较为困难等问题，提出一种采用单相全桥逆变器和三相逆变器构成的多电平混合型有源电力滤波器方案。在所提方案中，单相和三相逆变器采用不同的电力电子器件实现，不需要与逆变器级联的变压器，从而可降低装置的体积与成本。对多电平逆变器的控制策略、逆变器直流侧电容器电压选取等进行了分析，并以10kV系统为例进行了参数计算和仿真研究。仿真结果表明所提方案具有结构简单、补偿效果好及适合应用于高电压、大容量的谐波滤波场合等特点。     

并联型有源电力滤波器电源电流控制方法研究

有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波和无功的电力电子装置,以并联型有源电力滤波器为研究对象,从APF补偿电流的控制和直流侧电容电压角度出发,分析了电源电流控制方式,实现补偿电流的检测及双闭环反馈控制,提高系统的补偿精确度和动态响应性能。另外,直流侧电压的指令值都是根据电网电压的工作范围、APF的直流侧电容、额定输出电流、PWM逆变器输出侧电感、电流电压调节器以及调制策略等参数设计的,在考虑直流侧电压与APF功率损耗和补偿性能关系的基础上,提出了采用下垂调节器设计逆变器直流侧电压的控制参考值,使其兼顾APF的功率损耗及补偿性能综合平衡的优点。仿真结果验证了该APF控制系统的正确性和有效性。     

直流侧APF主电路参数与补偿性能的关系

直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，对整流类负载进行谐波治理有很大的技术优势。主电路参数不仅决定系统能否正常工作，影响系统的补偿性能，还影响整个系统的成本。文中讨论了直流侧有源电力滤波器主电路的主要参数(电感L、直流侧储能电容C)以及电容电压Uc与补偿性能之间的关系，并给出了参数选取标准。为直流侧有源电力滤波器主电路参数设计提供了理论依据。用文中提出的参数设计标准，设计并调试了一台试验样机，试验结果证明了文中理论分析的正确性。     

有源电力滤波器直流侧电容的选择方法

针对有源电力滤波器在应用中直流侧电容值的选择问题,详细分析了有源电力滤波器在正常工作时的能量流动,并基于能量守恒原理和瞬时功率理论建立了能量平衡方程,给出了直流侧电容值的选择方法。在直流侧电压参考值确定后,直流侧电容值由APF的补偿容量、直流电压允许波动幅值共同决定。仿真结果证明了理论分析的可行性和正确性。     

三相整流桥直流侧和交流侧并联型有源电力滤波器比较研究

三相直流侧和交流侧有源电力滤波器均可用于三相不可控整流桥的谐波治理。从谐波补偿效果、有源滤波器的补偿容量、开关应力三个方面对二者进行了分析和对比。分析结果表明，由于直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，在换相处的负载电流变化率比交流侧小得多，因此直流侧有源电力滤波器的补偿性能优于交流侧有源电力滤波器。同时由于直流侧有源电力滤波器工作在电压电流两个象限，因此其补偿容量和开关应力远小于交流侧有源电力滤波器。     

直流侧APF主电路参数与补偿性能的关系

直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，对整流类负载的谐波治理有很大的技术优势。主电路参数不仅决定系统能否正常工作，影响系统的补偿性能，还影响整个系统的成本。文中讨论了直流侧有源电力滤波器主电路的主要参数(电感L、直流侧储能电容C)以及电容电压Uc与补偿性能之间的关系，并给出了参数选取标准。为直流侧有源电力滤波器主电路参数设计提供了理论依据。用文中提出的参数设计标准，设计并调试了一台试验样机，试验结果证明了文中理论分析的正确性。     

有源电力滤波器直流母线电压控制实验研究

有源电力滤波器的直流侧电压值对其补偿效果有很大的影响,主要针对有源电力滤波器直流侧电压的取值与控制进行研究。设计了有源电力滤波器实验系统,在此基础上,理论分析了直流侧电压与补偿电流之间的数学关系;通过不同条件下的实验深入分析了直流侧电压值与补偿特性之间的关系;根据有源电力滤波器的启动特性,设计了相应的PI算法,消除了启动阶段电容电压超调大的不利因素。实现了直流侧电压的合理选择与有效控制。     

单相有源电力滤波器直流侧电容与电压波动关系分析及设计

并联型有源电力滤波器(PAPF)直流侧电容是其正常运行所必需的能量储存设备,其大小直接影响到PAPF的谐波补偿效果。针对单相PAPF直流侧电容与电压波动关系这一问题,通过瞬时功率流分析得到对直流侧电压波动有影响的功率分量,并在特定的负载条件下对该功率分量进行积分得到电容能量波动精确值,推导出在一定补偿容量和电容电压波动幅值下电容容量的数值。仿真和实验结果证实了该方法的正确性和可行性。     

并联型有源电力滤波器直流侧电压分析

为了解决并联型有源电力滤波器(SAPF)直流侧电压传统控制存在超调量静差较大的问题,针对并联型电力有源滤波器直流电容平均电压与纹波电压的变化规律进行了深入分析.提出了一种基于电流分解的有源电力滤波器的直流侧电容电压波动算法,导出了相应的电压纹波估算的表达式,进而导出直流侧电容容量与电压纹波的关系.同时通过由能量PI控制取代传统的简单PI控制,经过PI参数校正,将原来非线性较强的控制系统进行线性化,减少了非线性因数的影响.仿真结果证明系统具有良好的控制效果.说明了直流侧电容电压纹波取决于被补偿电流的谐波分布以及电容值,按照整定的PI控制器参数,扩大了PI控制对于系统运行状态变化的适用范围,同时超调量和静差也有很大的改善.     

Investigation of performance of UPFC without DC link capacitor

This paper presents an analysis of the dynamic operation of unified power flow controller without DC link capacitor. In this scheme of UPFC the shunt converter present in the static synchronous compensator is operated as a current source rectifier, which maintains a fixed DC voltage and DC current on the DC link without capacitor. The capacitor in the DC link is replaced by an AC filter on the line side with a very small value to reduce higher order harmonics. The voltage source inverter present in the series compensator is operated with space vector modulation technique. The proposed scheme is fully validated through digital simulation. The simulated results show that the DC link voltage is maintained constant without DC link capacitor; STATCOM provides good voltage regulation and static synchronous series compensator influences power flow over the transmission line. Transient responses of single machine infinite bus power system have also been presented.     

New DC Hybrid Filter for Attenuating Low-Frequency Ripple of AC-DC Power Converter

In this article, a new DC hybrid power filter is proposed to attenuate the low–frequency ripple of AC-DC power converter. The proposed DC hybrid power filter is connected between the DC bus of AC-DC power converter and the load, and it composes of a passive power filter and a single-arm power converter. The passive power filter can reduce the voltage rating of single-arm power converter, and the operation of single-arm power converter generates a virtual harmonic resistor connected to the load in series. The DC hybrid power filter can suppress the twice-utility-frequency ripple for eliminating the use of electrolytic capacitor. The salient feature is that the control circuit of the proposed DC hybrid power filter is simplified because only a feedforward control is used. A hardware prototype is developed to validate the performance of the proposed DC hybrid power filter. The experimental results are as expected.     

A new method of damping harmonic resonance at the DC link in a large‐capacity rectifier‐inverter system

This paper proposes a new method of damping harmonic resonance in the DC link of a large‐capacity rectifier‐inverter system, such as in rapid‐transit railways. A voltage‐source PWM converter is connected in series to the DC capacitor of the rectifier through a matching transformer, acting as a damping resistor to the DC capacitor current. No filters are needed to extract harmonic components from the DC capacitor current. This results in a quick response and highly stable damping. The relationship between the control gain of the PWM converter and the required rating is theoretically discussed. We show that the required rating is less than one‐thousandth of that previously proposed. In particular, regenerating the power consumed by the PWM converter is very important because of the large power in practical systems. Normally, an additional PWM inverter is connected to the DC bus of the PWM converter to regenerate the consumed power. The additional inverter regenerates the DC power to the AC source through a transformer. This method, however, makes the damping circuit complex, thus the proposed method for the DC‐link harmonic resonance is less practicable. In this paper, a simple and novel scheme that utilizes the DC‐link voltage of the rectifier as a DC source for the PWM converter is proposed. The excellent practicability of the proposed damping method with the novel regenerating scheme is confirmed using digital computer simulation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(2): 53–62, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10172     

有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器综合补偿系统的研究

针对供、配电站需要对谐波和无功进行综合治理,提出一种新型的有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器构成的综合补偿系统。该系统中有源滤波器与无源滤波器构成新型的混合滤波器,能够同时补偿谐波电流并提供容性基波无功电流,而直流偏磁式静止无功补偿器采用新型的PWM整流器产生控制直流,可快速地提供感性无功电流。该系统采用新颖的拓扑结构,功率器件工作于低压侧,有效地降低有源滤波器和无功补偿器中功率器件的容量。文中介绍了该系统的结构和补偿原理,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行的仿真表明该综合补偿系统能同时补偿谐波与无功电流,并能抑制可能产生的谐振现象,具有较好的补偿效果。     

储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制

针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题,提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧,以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率;在发生低电压故障时,根据超级电容投入情况,对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压;同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制,满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。     

Novel configuration for three-phase hybrid power filter

A novel configuration for the power converter of a three-phase hybrid power filter is proposed in this paper. This power converter uses only a two-arm bridge structure and a DC capacitor. The hybrid power filter is configured by the proposed power converter serially connected with a passive power filter set. The salient feature of this hybrid power filter is that it permits one of the power lines of the utility connected directly to the negative terminal of the DC capacitor located in the DC side of the power converter through the passive power filter set. Consequently, the power converter uses less number of power electronic switches to reduce the manufacturing cost. A three-phase prototype is developed and tested to verify the performance of the hybrid power filter using the proposed power converter. The experimental results show that the hybrid power filter using the proposed power converter can reach the expected performance.     

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制策略

直流侧电容电压平衡是链式静止同步补偿器安全稳定运行的前提。针对直流电容电压不平衡现象做出分析,提出了一种叠加有功电压矢量的直流电容电压平衡控制策略。通过上下层分层控制和叠加有功电压矢量调整控制信号,使得有功功率能按需分配以弥补各级联模块间损耗的差异。上层控制通过解耦实现总体有功、无功功率控制,下层控制通过叠加有功电压矢量实现电容电压平衡控制。该策略物理意义明确、算法简洁、与其他控制量无耦合。通过基于Matlab的时域仿真和实验证明了该策略的正确性、有效性和可行性。     

一种改进的混合静止同步补偿器

作者设计了一种改进混合静止同步补偿器,该补偿器由一个三相电压源型逆变器和补偿电容组成,通过控制三相逆变器输出电压相对于系统电压的相位差间接控制补偿器的输出无功功率。该补偿器能进行补偿功率双向连续调节,控制简单,动态响应速度快,输出电流不含低次谐波,特别是在补偿感性无功功率时,该补偿器直流侧电容电压低,可减小开关器件的应力,降低补偿器损耗,提高装置的运行效率。在理想情况下,上述逆变器容量仅为最大补偿容性无功功率的1/4。文中分析了补偿器的工作原理,推导了补偿器和逆变器的功率公式,并分析了二者的关系。最后通过实验验证了该补偿器的可行性和有效性。     

UPFC动态模型在电力系统动态分析中的实现

在计及直流电容器动态的UPFC动态模型的基础上,引入交替迭代法实现 了UPFC动态模型与电力系统的接口。应用这种接口处理方法,对含UPFC的电力系统进行了动 态仿真分析。仿真过程中,UPFC的并联侧控制为定端电压控制和定直流电容电压控制,而串 联侧为定线路功率控制或定串联补偿控制。仿真结果表明在UPFC动态模型中计及电容器充 放电动态的必要性,以及接口算法的有效性。并且可以看出不同的控制系统下UPFC的控制性 能差别很大,反映了UPFC在系统中的应用效果对其控制系统的依赖性     

基于二阶锥规划的交直流混合配电网优化调度

针对交直流混合配电网优化调度中控制变量多样化的趋势,以网损费用和弃光费用之和最小作为目标函数,综合考虑分布式电源、储能装置、电压源换流器、电容器组和静止无功补偿装置等控制变量集合,建立交直流混合主动配电网有功-无功多时段协同优化新模型,解决电压越限问题,实现功率快速补偿。针对变量维数增加引起的模型最优解精确性问题,采用二阶锥规划对非凸非线性问题松弛凸化,利用Cplex算法求得模型最优解。最后,通过拓展的49节点系统算例测试结果验证所提模型的有效性。