基于功率转移的混合级联电压均衡控制策略

传统星形级联H桥(CHB)静止同步补偿器(STATCOM)补偿负序电流时会产生不平衡三相有功功率,造成相间直流电压不均衡。通常只能通过注入零序电压重新分配三相有功功率,来实现相间直流电压均衡。然而,零序电压注入将极大地增加STATCOM的输出电压,限制了负序电流补偿范围。以混合级联型STATCOM为研究对象,给出一种通过共直流母线单元来转移相间不平衡有功功率的方法,并以此提出相间均压控制策略。最后,在7.5 kvar的混合级联型STATCOM实验平台验证所提相间均压控制策略的可行性。     

一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略

星形级联H桥静止同步补偿器(SCHB STATCOM)补偿负序电流时会产生三相不平衡有功功率,造成相间直流电压不均衡.为了实现相间直流电压均衡,通常需注入零序电压以重新分配三相有功功率.然而,传统的零序电压注入算法普遍基于有功功率的代数模型,方程组求解复杂且无法直观地表明零序电压的产生机理.此外,零序电压的注入将极大地...     

基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM不平衡补偿研究EI北大核心CSCD

星形级联H桥静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)在中高压配电和输电网中应用广泛,但其负序电流补偿能力较弱,容易引起相间子模块直流电压的不平衡。为了实现任意不平衡度的负序电流补偿,文中提出一种基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM拓扑,该拓扑在传统星形结构基础上仅需增加两组相间RLC谐振器,并利用谐振频率分量实现相间功率的流动,且不影响工频补偿电流的输出。在分析拓扑工作原理的基础上进一步提出基于双频功率的控制策略,能够在相间重新分配三相不平衡功率,保证三相直流侧电压平衡,实现任意不平衡度的电流补偿。最后,针对所提出的拓扑及控制策略进行仿真及实验验证,证明所提方法的有效性与优势。     

电网不平衡下星形级联STATCOM负序电压控制

电网电压不平衡下,星形级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)三相有功功率分配不相等,造成三相相间直流电压不均衡,影响系统稳定工作。基于负序电压注入的相间直流电压均衡控制具有功率调节能力强的优点,可使系统在电网电压严重不平衡的情况下正常工作。为提高电网不平衡下相间直流电压的动态性能,通常采用基于负序电压注入的前馈控制。传统前馈控制算法建立在三相静止a,b,c坐标系上,引入了大量的反三角函数和开根号运算,极其复杂。不仅如此,忽略了正序电流控制环与负序电压的关系,致使前馈控制输出的负序电压不够精确。这里提出一种新的前馈控制算法,该算法建立在两相旋转d,q坐标系上,由直流形式表示。同时,还考虑正序电流控制环与负序电压的关系,故所提前馈控制算法准确且简单易行。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提方法的可行性与有效性。     

基于MMC的STATCOM直流侧电压均衡控制的研究

由于MMC特殊的拓扑结构,基于MMC的STATCOM有很多的优点,但这种拓扑也使得电容电压平衡控制成为难点。针对MMC STATCOM直流侧电容电压不平衡问题,通过分析MMC STATCOM的数学模型,基于解耦变换将有功和无功解耦分离,提出通过系统直流电压控制和基于排序的均压控制来平衡其直流侧电容电压的策略。系统直流电压控制用来确定电容电压稳定基准值和有功功率的交换,基于排序的均压策略用来平衡每个桥臂上所有子模块的电容电压。通过Matlab/Simulink仿真表明,该方法可以有效地稳定STATCOM直流侧电压。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

网压不对称H桥级联APF直流侧电压的控制

H桥级联的拓扑结构存在直流侧电容电压不平衡的问题,特别是在网压不对称的工况下,不平衡尤为严重,影响到系统的正常运行。针对级联H桥拓扑存在的直流侧电压不平衡问题,提出一种总体、相间和相内三层电压控制策略。通过建立并分析级联H桥APF功率交换模型,找到相间、相内直流侧电压不均衡的原因。通过基波有功电流保持总体电压的稳定;通过在交流侧加入负序电压实现了三相之间功率的重新分配以实现直流侧电压的平衡;在交流侧引入一个电压矢量以实现相内电压的均衡,使得装置可以在网压不平衡工况下正常运行。最后,通过仿真和实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

H桥级联STATCOM直流侧电压控制新方法

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)各模块不一致工作状态下容易导致直流侧电压不平衡的问题,提出了一种新的直流侧电压分级控制方法。分析H桥模块(HBI)级联电平叠加方式,建立起H桥级联STATCOM动态工作特性及电流内环前馈解耦控制策略的数学模型,深入研究了H桥级联STATCOM与电力系统的功率交换机理和正负序电流的特征,在此基础上,运用正序电流控制STATCOM总体电压平衡、负序电流实现STATCOM各相变流电路直流侧间的电压平衡控制,通过调节HBI的交流输出电压幅值和与电流的相位差使各HBI直流侧电容电压维持在设定值。仿真结果验证了所提方法的可行性与正确性。     

链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略

静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)普遍采用链式结构,换流链由若干结构相同的H桥链节级联组成。链节直流电压的稳定是保障装置可靠运行的必要条件。通过对换流链功率方程的分析,阐述实现换流链相间直流电压平衡控制的基本数学原理,提出一种基于负序电流的相间直流电压平衡控制思想,并考虑了系统电压不平衡的影响。仿真分析和工业样机实验表明,所提计及系统电压不平衡的链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略,具有稳态精度高、抗扰性好、暂态和动态性能优越的特点,能有效解决链式换流器直流电压平衡控制难题。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

电网电压跌落下基于零序电压注入的星形级联H桥STATCOM相间直流电压均衡控制策略

星形级联H桥STATCOM通常采用零序电压注入的方式实现相间直流电压均衡。不同于负序电流注入,基于零序电压注入的相间直流电压均衡控制在三相三线系统中不会产生零序电流,有利于系统的电能质量。在传统的控制算法中,零序电压通过不平衡的有功功率与电流计算得出。控制算法包含大量的复杂运算与矩阵运算,需要消耗控制器大量的资源,不利于系统设计与扩展。不仅如此,为了提高电网电压不平衡下的动态性能,在前馈控制中引入正负序分离,增加控制算法的复杂度。为了简化控制算法,该文提出采用PI调节器线性调节零序电压在dq坐标系上的直流分量。同时,通过理论分析,发现前馈控制中的零序电压与电网零序电压相等,故可去除正负序分离,进一步简化算法。最后,搭建400V/7.5kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提出的控制算法。     

级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法

直流侧各模块电容电压的稳定控制是保证级联H桥静止无功发生器(static var generator,SVG)正常运行的重要条件。推导了级联H桥SVG与电网交换的有功功率数学模型,得出了相间与相内各模块吸收有功功率的关系,总结了相内各模块直流侧电容电压不均衡的原因。为解决由脉冲延时造成的级联H桥SVG直流侧电容电压不平衡,提出了在全局调制信号的基础上叠加一个与补偿电流同向的有功电压来动态调节各模块有功功率的方法,并运用有功–无功解耦全局控制策略保证SVG设备实时无功补偿。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

级联型STATCOM不平衡故障穿越负序电流抑制

为了改善在电网不平衡故障穿越中,级联型H桥静止同步补偿器(CHB-STATCOM)输出电流对称度和谐波特性,首先建立了不平衡故障电网负序电压和STATCOM相直流侧电压的定量关系,揭示了分离直流侧电压可获得对应的交流负序电压分量机理,提出通过调节三相直流电压即可直接产生相应的交流负序电压分量,实现对输出负序电流抑制;其次,利用直流电压闭环调节进一步产生装置高调制比,以改善输出电流谐波特性,最后通过380 V/7 kVA级联型STATCOM动模原理样机验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

一种高压链式负序电流发生装置及其控制策略

由于不对称性负载的广泛存在,STATCOM的负序电流补偿能力得到越来越多的重视,但是目前还缺乏合适的高压负序电流测试装置对其性能进行准确测试。本文提出一种高压链式负序电流发生装置,并对负序电流输出下直流电压相间不均衡进行了分析,理论分析表明产生这一现象的原因是单相桥臂中负序电流与正序电压形成的有功功率,在此基础上本文提出根据相间压差通过PI控制获得零序电压从而实现负序电流输出的控制策略。最后,本文通过搭建的20 kvar链式负序电流发生装置试验平台对控制策略进行验证,试验结果证明了控制策略的有效性。     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

链式静止同步补偿装置控制策略研究

基于负序电流控制思想同时全面考虑系统电压不平衡对链式静止同步补偿装置的影响进行控制策略的研究.链节直流侧电容电压平衡控制是实现工程应用的关键问题,针对该问题设计了3级直流电压控制策略.第1级为全局平均直流电压控制,生成装置整体参考指令,解决装置整体直流侧电压稳定问题;第2级为换流链平均直流电压控制,对装置负序电流进行控制,实现相间直流侧电压平衡;第3级为链节直流电压控制,对每个链节分别进行控制,实现链节平衡.此处设计的控制策略通过实验证明具有良好的性能.     

基于模块化多电平变流器的STATCOM的研究

模块化多电平变流器(MMC)在高电压、大功率领域拥有诸多优点,提出一种MMC应用于静止无功补偿器(STATCOM)的控制策略。与H桥级联拓扑相比,MMC因具有正负直流母线,灵活性和适用性更广。设计了MMC子模块电容电压的分级式均压控制策略,包括相间电压均衡控制策略和独立电容电压均衡控制,减小子模块电容电压的波动,维持直流电压稳定。引入一种新的MMC拓扑结构来进行环流抑制,避免了进行负序二倍频坐标变换和相间解耦的复杂控制,实现对环流的有效抑制。基于Matlab/Simulink的仿真结果和实验结果共同表明了所提控制策略的有效性和可行性。     

SVG机间谐波交互对子模块直流电压的影响分析与抑制方法EI北大核心CSCD

为确保风电区域网内动态无功合理分布和电压达标,大量静止无功发生器(static var generator,SVG)被接入风场和风场汇流站,但由于SVG机间交互作用导致的设备负交互问题也开始显现。针对此类问题,首先分析H桥级联型SVG双机拓扑结构,针对双机载波异步条件下产生的机间高次谐波电压差进行数学推导,研究高次谐波环流对SVG内H桥子模块电容直流电压动态稳定性的影响。通过对各H桥子模块电容吸收有功功率差异的推导分析,发现非特征谐波与H桥子模块直流电压失衡之间的内在联系,指出当谐波环流导致非特征次谐波越限时,将会引发各H桥模块直流电压不平衡,并且提出一种直流电压均衡控制策略来解决SVG直流电压失衡的问题,实现各H桥子模块直流电压稳定,最后通过仿真验证了理论分析和所提控制策略的正确性。     

H桥链式STATCOM直流电容电压稳定与均衡控制

H桥链式静止同步补偿器(STATCOM)是目前高电压大容量无功补偿装置的首选.由于其直流侧各链节的电容存在充放电过程和无公共母线而相互独立,不可避免地会出现直流侧电容电压脉动与失衡问题,而保持直流侧电容电压稳定与均衡是实现STATCOM装置高效动态补偿的关键.为此,此处详细分析了 H桥链式STATCOM直流侧电容电压脉动与失衡的机理,提出了一种适用于其直流侧电容电压稳定与均衡的综合控制方法,采用零序电压注入法调节相内有功功率均衡来实现各相变流器直流侧电容电压间的均衡,通过控制相内子模块的有功分配实现各相内的H桥功率单元模块直流侧电容电压间均衡.最后,在实验装置中对该方法的可行性及有效性进行了验证.理论分析和实验结果显示,所提控制方法具有稳定性高、动态性能好的优点.     

不平衡下小容值级联STATCOM直流电压控制

为了降低成本、提高功率密度,星形级联H桥(CHB)静止同步补偿器(STATCOM)的直流侧电容通常采用小容值.在电网电压不平衡下,CHB STATCOM的直流电压纹波不再平衡,传统方法不再适用,直流侧容易产生过压保护,降低系统可靠性.为了解决该问题,首先通过建立有功功率模型,提出简化的零序电压注入方法实现电网电压不平衡下三相间有功功率平衡.为抑制直流电压纹波,避免直流过压保护,通过建立STATCOM直流电压与输出电压的关系,提出注入最优3次谐波电压降低直流峰值电压大小.最后,搭建了400 V/±7 kvar的CHB STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性.