电力电子设备谐波对配电网电压骤升的影响研究

分析了相关电力电子设备的结构特性、谐波产生原因与叠加机理,探讨了电力电子设备在配电网中谐波注入并引起配电网用户电压骤升的原因,构建了谐波对配电网电压影响的仿真模型;在配电网现场测量了多台电力电子设备的实际谐波含量,并以这些测量数据和实际农村低压配电网、IEEE 33节点中压配电网算例为基础,通过多个运行场景进行仿真对比,对用户电压大幅提升现象进行了验证,最后提出了治理这类电压骤升的措施。     

多判据融合的CVT谐波测量误差现场验证方法

随着电能质量监测和管理工作的持续深入,高压电网中广泛运行的电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)所造成的谐波测量误差问题已不可回避。文中首先基于CVT谐波等值模型研究了其谐波测量误差产生的根本原因,并构建了涵盖多电压等级CVT谐波测量误差高压智能试验平台,深入开展多项测量试验内容,以对比分析不同CVT谐波测量误差的差异性。其次,基于试验结果提出适用于变电站现场运行CVT谐波测量误差的多判据融合验证方法。最后,据此设计了某220kV变电站的监测方案,分析结果表明该方法能够有效地判断CVT谐波测量误差。     

电能变换领域中随机脉宽调制技术研究概况及展望

相较于传统的脉宽调制技术,随机脉宽调制具备有效的谐波频谱分散能力,从而实现机电负载噪声的削弱。随机脉宽调制技术包括起步的随机开关调制、后续的随机脉冲位置与随机开关频率等3个基本方法。随着电力电子技术的整体发展,随机脉宽调制已从传统的载波调制逐渐拓展到空间矢量调制之中,应用范围日趋广泛,谐波频谱分散与功率谱峰值抑制的效果不断提升。同时,新的优化方案不断被提出,对谐波频谱及功率谱的分散效果亦在不断提高。梳理了随机脉宽调制的研究历程,总结了数种典型的随机脉宽调制的基本原理,并对未来随机脉宽调制的研究方向作出展望,为随机脉宽调制技术的深入研究提供参考。     

正弦脉宽调制波通用谐波计算与分析方法

针对采样型正弦脉宽调制(SPWM)技术中几种传统实现方法各有优缺点的问题,特别是在谐波含量这一重要指标上的比较,提出了一种谐波通用计算与分析方法,可作为SPWM新技术研究的辅助工具。基于MATLAB数值计算和傅里叶级数,以不对称规则采样法SPWM波的生成及其谐波计算为例,详细分析了脉宽调制(PWM)波的各次谐波和总谐波系数(THD)的计算过程。通过该方法计算对称规则采样法与不对称规则采样法SPWM波的THD值,比较结果验证了该方法的可行性。同时通过以占空比为30%的方波的谐波计算,证明了该方法的通用性。     

不平衡电网下SVG和APF共母线联合运行系统

针对不平衡电网下并联混合有源电力滤波器APF(active power filter)和无功补偿装置体积过大和系统损耗的问题,提出一种在不平衡电网下的静止无功发生器SVG(static var generator)和APF并直流母线联合运行系统。其中,SVG主要用来快速补偿无功和电网不平衡,APF滤出电网和SVG的特定次谐波。该联合系统通过并直流母线减小了电容的体积,使系统总体积减小;降低SVG的开关频率使系统损耗减少。对系统环流抑制策略进行了分析,确定了在从模块上加入环流进行抑制环节,并解决了并联系统中出现的环流问题。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了该联合系统的可行性。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

基于傅里叶级数拟合实现的三电平SHEPWM

在大功率场合,三电平中点箝位NPC (neutral point clamped)型逆变器需运行在较低的开关频率,此时传统调制方式(载波调制和空间矢量调制)不再适用,需采用特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(specific harmonic elimination pulse width modulation)等其他调制方式。主要研究应用于三电平NPC的SHEPWM的实现方法,目前三电平SHEPWM的实现多采用多项式曲线拟合法,但当所需拟合的开关角曲线波动过大时,多项式曲线拟合法需进行分段拟合才可达到拟合精度的要求。为解决该问题,采用傅里叶级数拟合法来实现三电平SHEPWM的开关角曲线拟合。仿真结果表明,在满足拟合精度要求的同时,采用傅里叶级数拟合法,可降低曲线拟合的复杂性,且实现较为简便。最后,通过仿真及实验验证了傅里叶级数拟合法的可行性。     

一种MMC子模块电容电压波动最小化容值优化方法

模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)广泛应用于直流配电系统。MMC由多个子模块组成,减小子模块电容可以降低子模块成本,提高变换器功率密度。分析了共模电压、环流和调制比对电容电压波动的影响,利用电容电压波动的解析表达式,通过注入合适幅值和相位的三次共模电压和二、四次环流,选取最优调制比,使目标函数电容电压纹波达到最小化,从而在一定电容电压波动率下使其电容取值达到最小化。采用所提方法可以使子模块电容容值的需求降低至常规方法的22%,变换器功率损耗降低至常规方法的87%,而开关管电流应力与现有方法相比只增加0.5%。RT-LAB实时仿真结果验证了所提理论的正确性和可行性。     

基于H4结构逆变器在不同调制方式下的性能比较

针对传统双极性调制和单极性调制方式在效率、总谐波失真THD(total harmonic distortion)以及电磁干扰等方面的问题,提出上慢下快调制方式和半周期工频半周期高频调制方式2种新控制策略。上慢下快调制方式在较高电压和电流上升率的工况下,对于驱动电路以及主电路中的杂散电感、电容的电磁干扰影响,能够有效抑制。半周期工频半周期高频调制方式在调制波(正弦波)过零点处无SPWM突变,有效改善输出电压过零点振荡的问题。在Matlab/Simulink仿真平台验证了4种调制方式的可行性。最后通过实验研究,结合效率、THD这2个参数进行对比分析,比较4种调制方式的性能,通过实验数据得出所提控制策略较传统调制方式在效率、总谐波含量以及电磁干扰等方面均有改善,证明了所提控制策略的可行性与有效性。     

基于SHIBSS方法和数据优选的系统侧谐波阻抗估算方法

针对盲源分离类方法和传统数据筛选方法的不足,提出一种基于盲源分离的移位阻断(SHIBSS)方法和数据优选的系统谐波阻抗估计方法,对公共连接点处的谐波电压和谐波电流的采样数据采用SHIBSS方法分离出系统侧和用户侧谐波发射电流并计算谐波阻抗;针对谐波阻抗筛选步骤,证实了传统数据筛选方法具有失效率高的问题,提出依据数据优选法辨识系统侧谐波阻抗最优解的方法.仿真分析结果表明,与波动量法、线性回归类常用谐波阻抗估计方法及盲源分离类方法中应用较广泛的快速独立分量分析法相比,SHIBSS方法具有更高的估算精度,数据优选方法克服了传统数据筛选法存在的高失效率的问题,所提系统侧谐波阻抗估算方法具有较高的估计精度.