直流电网阻抗建模与振荡机理及稳定控制方法

维持直流母线电压稳定是直流电网高效、安全、稳定运行的前提。多个电压源变换器(Voltage Source Converter,VSC)经下垂控制接入直流电网,下垂控制等效于在VSC直流端口增加虚拟电阻,实现多VSC之间的功率分配的同时增加了系统阻尼。但研究发现,采用直流电压下垂控制的VSC,其输出阻抗会在电压控制带宽外呈现负阻性,该负阻抗会与线路阻抗、负载输入电容及恒功率负载(Constant Power Load, CPL)相互作用,引起直流系统振荡。针对此问题,建立了典型的单母线直流电网系统小信号模型,分析了直流系统的稳定性。提出一种虚拟阻容性阻抗的稳定控制方法,使得VSC输出阻抗在电压控制带宽外保持较大的正阻性,抑制直流系统的振荡。同时所提方法能够增大VSC直流端口的容性阻抗,增强直流系统的惯性,提升母线电压抗负载波动的能力。最后,仿真验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

角形级联型STATCOM不平衡工况下的无功功率控制策略

针对电压不对称工况下级联静止同步补偿器(STATCOM)的无功功率控制问题,提出一种适用于角形级联型STATCOM的柔性无功控制策略,通过改变正序和负序无功功率指令值的比例,能够在电压不对称工况下柔性地调节输出的正序和负序无功功率,改善公共连接点电压。结合应用于常规两电平的柔性无功控制策略与角形STATCOM电流控制指令求解方法,利用相量分解法,推导了电压不对称工况下的零序电流和相电流解析表达式,所提策略利用电压和电流瞬时值实时计算电流指令,具有较好的动态性能,同时根据推导的相电流表达式可以实时限制相电流幅值最大值,在提供无功功率的同时可以确保STATCOM运行在安全范围以内,提高了STATCOM的工程实用性。最后,仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

开关电容型ISOP变换器电压解耦控制

传统的双环控制输入均压环和输出电压环之间存在着耦合关系,输入均压环和输出电压环控制器参数调节会相互影响。通过引入耦合因子分析了输入均压控制与输出电压控制之间的耦合特性,提出了开关电容(SC)型输入串联输出并联(ISOP)直流变换器的电压解耦控制策略,消除了输入均压环与输出电压环相互之间的影响,有利于控制器参数的优化设计,同时采用交错移相调制方法,大大减少了输出电流纹波。最后,搭建了3模块的ISOP直流变换器的仿真模型验证了所提方法的有效性。     

两相正交逆变电源直流侧电压控制方法

针对两相正交逆变电源,提出一种直流侧电压控制方法,通过负载功率前馈,抑制由于电磁搅拌器功率不断变化造成的直流侧电压波动,减少因直流侧电压波动产生的电能变换损耗,并设计了后级两相正交逆变器的控制器,实现输出电流快速与准确跟踪。最后通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

角形链式SVG零序环流推导及电流指令获取

在已知线电流负序分量的前提下,对角形链式静止无功发生器(SVG)零序环流进行了推导,进而提出基于瞬时功率理论的零序环流计算方法。针对角形链式SVG相电流指令信号获取难题,提出一种由零序环流与线电流指令叠加产生相电流指令的方法,所需零序环流和线电流指令根据瞬时功率理论分别计算获得。该方法可与现有的单相链式SVG控制策略结合,实现角形链式SVG综合补偿功能。在PSIM仿真环境下搭建了链式SVG仿真模型,仿真结果表明,采用所提相电流指令获取方法可实现角形链式SVG综合补偿功能,且在负载变化时具有较快的响应速度。     

MMC-STATCOM的2N+1单载波调制方法

合理的多电平调制策略及模块电容电压平衡控制是保证MMC-STATCOM安全可靠运行的基础。针对MMC-STATCOM无直流侧功率传输的特点,提出一种适用于MMC-STATCOM的单载波调制策略,其特征在于上、下桥臂调制波与同一载波进行比较,得到移相的上、下桥臂的模块投入数,实现2N+1电平的输出电压,从而提高补偿电流波形质量。同时,为保证变换器的稳定运行,提出一种基于功率模块开关状态反馈的电容电压平衡控制方法,无需模块电容电压排序,而且避免繁复的功率模块开关状态判断,有效降低控制系统复杂度。最后通过实验验证了所提调制策略的有效性。     

双有源桥直流变换器相平面分析与优化

双有源桥DAB(dual active bridge)直流变换器的优化研究广泛,调制方法众多,然而,DAB的优化过程有2个困难:第1个是受制于传输功率的等式约束条件,使得可行域存在非凸的可能性,常规的凸优化方法可能会失效;第2个是常用的优化目标表达式过于复杂,所求得的控制坐标难以获得解析表达式。为了解决这些问题,采用了相对偏导增益法,从而避免了可行域非凸的问题。同时,基于相平面分析方法得到了以电感电压有效值最小化的控制坐标解析表达式,相比于以电感电流有效值最小化调制方法,电感电压有效值最小化调制方法的效率与以电感电流有效值最小化调制方法的效率相当,而且,简单的控制坐标便于该调制方法的数字实现。最终,实验结果证实了相平面分析的正确性以及所提调制方法的可实现性。     

模块化多电平交交变频电源负序补偿控制方法

为了满足高压场合的需求,研究了一种具有负序补偿功能的模块化多电平交交变频电源(MMC-VFPS)。对于负载不平衡造成电网电流存在负序分量,在MMC-VFPS电路满足高压大功率负载供电的前提下,提出了基于该电路拓扑实现负序补偿的模型预测控制方法。根据MMCVFPS电路的拓扑结构建立数学模型,得到了简化等效电路。在此基础上,采用上、下桥臂状态寻优策略的预测控制方法,利用电压排序策略并通过修正输入电流指令和环流指令既满足了负载需求又实现了负序补偿,通过仿真验证了该拓扑结构用于负序补偿和控制策略的有效性。     

多电平铁路功率调节器的无源控制方法

为了治理铁路系统的电能质量问题,研究了一种多电平铁路功率调节器(MRPC),其采用多电平级联型H桥链,只需要通过一个隔离变压器与牵引供电臂连接。若采用同相供电方式,MRPC可直接与牵引供电臂连接,不再需要隔离变压器。根据MRPC的拓扑结构推出了其等效电路图,并对其进行了数学建模。在此基础上,通过Park(αβ/dq)变换建立了dq坐标系下的欧拉—拉格朗日(EL)模型,分析了系统的无源性,提出了一种无源性控制方法,并设计了无源控制器。仿真和实验结果表明,该控制方法能提高MRPC对控制参数扰动的鲁棒性,改善牵引网电能质量。     

一种基于MRPC的电气化铁道电能质量补偿装置

针对电气化铁路中负序、谐波及无功的治理现状,研究了一种适用于高速电气化铁路的混合型电能质量补偿装置。该装置包括由模块化多电平变换器(MMC)为主要拓扑结构的多电平铁路功率调节器(MRPC)、晶闸管控制电抗器(TCR)和3次滤波器组成。从补偿器的结构特点出发,分析了补偿器的工作原理,并在此基础上提出了其控制策略;为改善补偿电流跟踪效果,电流内环采用复合式重复控制,从而有效减小补偿后电网的负序电流和无功电流。仿真和实验结果验证了该系统的可行性。