H桥级联型APF直流侧电压平衡三级控制

H桥级联型有源电力滤波器能够稳定工作的前提是各个直流侧电容电压均衡。由于各H桥单元的差异等原因,直流侧电压的不平衡不仅影响APF的谐波电流补偿效果,而且影响其安全运行。针对级联APF与电网之间的功率交换模型和补偿谐波电流的特征,通过控制APF输出五次零序电压来实现三相之间电压均衡、输出基波正序有功电流实现全局稳压。通过在相内每个H桥交流侧叠加有功电压矢量实现相内电压均衡,最终实现每一个直流母线电压的均衡稳定。同时H桥级联APF补偿谐波电流,降低网侧电流畸变率,低压环境下的仿真和实验结果验证了控制策略的有效性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制的研究

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)直流侧单电容电压波动引起相内及总体电压不平衡的问题,提出采用3种控制器协调控制的策略。直流侧单电容电压控制器为电压内环,单电容电压与参考电压作比较经过PI调节实现H桥单元电容电压平衡控制。直流侧总电压和无功电流控制器为电压、电流双环控制,总电容电压平方和与参考电压作比较经过PI调节实现总电容电压的平衡控制。同时提出一种获取无功参考电流的方法,该方法计算简单可有效提高系统运行的可靠性。H桥级联七电平STATCOM的仿真与实验表明,所提控制策略在系统稳态和负载突变时直流侧电容电压在允许范围内波动,具有良好的动态性,网侧电压与电流基本同相位,最终实现了直流侧电容电压的平衡控制,验证了所提控制策略的有效性。     

单相级联H桥APF载波相移梯形波脉宽调制与电容电压平衡控制方法

针对电气化铁路谐波污染的电能质量问题,将载波相移梯形波脉宽调制CPS-TPWM(carrier phase-shifted trapezoidal wave pulse width modulation)策略引入到单相级联H桥多电平有源电力滤波器APF(active power filter)中,同时在单相级联多电平有源电力滤波器直流侧电容电压控制上采用内外层控制策略,以提高直流侧电压的均衡性和稳定性。结合数学分析,搭建3个单元模块的单相级联H桥多电平APF主电路和控制系统进行仿真验证。结果表明:所提方法能够有效抑制电气化铁路中的谐波电流,并且能提高各单元模块直流侧电容电压的稳定性和均衡性。     

一种高动态性能的级联型有源电力滤波器

基于级联H桥多电平拓扑的有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的研究越来越广泛。本文针对级联型APF系统的动态性能进行了研究。首先分析了电网电流反馈控制动态响应慢的原因和理想情况时的动态响应,在此基础上提出了一种提高系统动态性能的方法,该方法的特点是:稳态时,系统的控制策略为电网电流反馈控制,负载突变时,系统采用复合控制策略。文中进一步详细阐述了其实现方法,并对级联APF直流侧电容电压均衡控制的原理及其硬件实现进行了描述。仿真和实验结果表明,采用该方法的级联APF具有较高的稳态和动态补偿性能。     

级联H桥APF软启动方式的研究

针对级联H桥多电平有源滤波器APF(active power filter)在投入电网启动过程直流侧电容电压上升对级联APF的冲击问题,在不改变级联拓扑结构的前提下,提出一种适用于级联APF的软启动方式。整个软启动过程包括预充电阶段、升压充电阶段和切除充电电阻阶段,可以有效地将级联APF的电容电压充电至设定值,不会对APF造成冲击。级联H桥七电平仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。     

改进的STATCOM相内直流电容电压平衡控制策略

在三角形接线方式下,分析级联H桥变流器静止同步补偿器(STATCOM)直流侧电容电压稳态数学模型,重点研究电压内环对直流侧电容电压控制的影响。同时,分析不加电压内环与传统电压内环的控制策略。在此基础上,提出利用变流侧电流反馈来叠加误差信号,以实现每个H桥调制波微小的移相,省去了锁相环,算法简单易行。仿真实验证明:在STATCOM补偿无功与谐波电流时,该策略都能使各H桥直流侧电容电压达到很好的平衡,稳态误差小。最后,搭建了电压660V、容量300kvar的试验样机进行补偿特性分析,试验结果表明该策略的正确性与有效性。     

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。     

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。     

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。     

基于CPS-SPWM级联型DSTATCOM直流侧稳态分析及电容容量设计

基于四象限双H桥变流器级联型的主电路结构以及CPS-SPWM的调制策略,在建立SPWM-H桥变流器数学模型的基础上,详细分析了对应于三相不对称畸变补偿电流分量(无功、负序及谐波电流)时DSTATCOM各级联功率单元H桥逆变器直流侧电流变化规律,以及基于单位功率因数的H桥整流器直流侧电流变化规律,并据此建立了功率单元直流侧各电流数学模型.结论显示,稳态条件下,直流整流侧电流包含2次交流分量和直流分量irdc-.而直流逆变侧电流不仅包含与无功和负序补偿电流分量对应的2次交流分量,以及等于irdc-对应于整流器与逆变器之间有功功率传递的直流分量,还包含与谐波补偿分量对应的4,6,…偶次交流分量.最后,根据所建立的直流侧电容电压、电流数学模型,结合电容电压控制的稳态和动态性能指标要求,给出了直流电容容量的设计方法.仿真结果表明,基于该主电路拓扑及电容参数设计方法的DSTATCOM,其直流电压稳定、均衡控制简单可靠、动态响应速度快,对非线性、不平衡冲击性负荷的补偿效果较好.     

载波调换调制技术在级联多电平SAPF中的应用

电容电压不平衡是影响级联H桥多电平并联有源电力滤波器(SAPF)安全可靠运行的关键问题。通过分析载波相移调制技术(CPS-SPWM)对直流侧电容电压的影响,提出了一种基于控制直流侧电容电压平衡的载波调换调制技术,确立了双电压环与电流环结合的三闭环SAPF控制策略。这种调制方式算法简单、易实现,能在较小开关频率下实现较好的补偿效果的同时,有效地解决级联H桥多电平SAPF直流侧电压平衡问题。仿真和实验证明,该载波调换调制技术是有效、实用的,能对直流侧电容电压平衡起到良好的控制效果。     

H桥级联STATCOM的分散控制策略

H桥级联静止无功补偿器(STATCOM)具有电压等级高、设备容量大、等效开关频率高等优点,但直流侧相间电压以及各模块电容电压难以实现平衡控制严重影响其运行性能的发挥。针对此问题提出一种分散控制策略,并将其运用到H桥级联无功补偿器当中。该控制策略采用上位机与下位机相结合的硬件结构,上位机实现交流侧电压、电流双闭环控制,下位机实现直流侧各模块电容电压的均衡控制。仿真及实验结果均验证了该控制策略的有效性。     

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。     

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。     

并联型级联多电平逆变器直流电容电压控制方法

对电容独立的并联型H桥级联多电平逆变器电压内外环加电流环的3环控制方法进行研究,重点研究电压环的控制,即直流侧电容电压的平衡稳定控制策略,提出了将误差量化为正弦函数叠加于各H桥调制波上的电压移相控制方法,在跟踪输出补偿电流的同时,实现了直流侧电容电压的平衡与稳定控制。仿真实验结果表明:采用该控制策略,各H桥的直流电容电压稳定,各桥之间直流电压平衡,并联装置补偿效果良好。     

一种星接H桥级联型SVG直流侧电压均衡控制方法研究

对星接H桥级联型静止无功发生器(SVG)直流侧电压均衡控制进行了深入研究,建立了三层直流侧电压均衡控制系统。第一层为总直流侧电压控制,通过产生基波正序有功电流维持三相所有H桥模块直流侧电压之和恒定。第二层为三相之间均衡控制,通过在变流器指令电压中注入零序电压实现三相功率的再分配,从而实现三相均衡;在该方法中,通过对H桥级联型SVG的输出电压和输出电流产生的功率进行前馈,以达到快速地动态调节。第三层为每相内部各模块均衡控制,通过沿电流方向微调每相各模块指令电压,使各H桥模块吸收的功率重新分配,进而保证相内所有H桥模块直流侧电压值等于给定值。最后通过实验验证了该控制方法的正确性和可靠性。     

级联型有源电力滤波器控制技术研究

在高压大容量场合,传统的级联型有源电力滤波器(APF)需要对谐波和无功电流进行检测,算法复杂,且检测精度影响APF的电流补偿效果.提出一种直接电流控制(DCC)和倍频载波相移SPWM(FDCPS-SP-WM)相结合的级联型APF控制技术,具有易于实现、谐波补偿效果好等优点.首先构建了直流侧电压、网侧电流双闭环控制方案;然后对双闭环控制系统的具体实现进行了分析;最后通过一台1kV·A,10 kHz两H桥级联APF的原理样机进行了实验验证.     

一种级联H桥光伏并网逆变器控制策略

级联H桥(CHB)光伏逆变器应用了典型的多电平技术,具有输出电流谐波含量低、效率高及易于模块化等优点。但与传统逆变器不同,CHB光伏逆变器需要同时实现对每个H桥模块直流侧电容电压的独立控制,以保证直流侧的光伏组件都工作在最大功率点。为此,提出一种基于d,q坐标系的单相CHB光伏逆变器控制策略,不仅能实现每个H桥模块直流侧电容电压独立控制,而且可实现电网电流的单位功率因数控制。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。     

单相H桥级联型APF模型预测控制方法研究

针对单相H桥级联型有源电力滤波器(active power filter,APF),提出一种基于模型预测控制的单目标预测控制法。通过建立电流跟踪误差的指标函数,将输出电平作为控制变量,选取使指标函数值最小的输出电平,实现对参考电流的跟踪。结合改进的电压排序法,采用子模块电容电压的改进平衡控制策略,实现子模块电容电压平衡,并降低了器件的平均开关频率。对输出电流模型预测控制的稳态误差进行理论分析,探索了系统参数与系统补偿性能的关系。与传统控制方法相比,该方法无需考虑复杂的参数整定与权重系数设计,且具有计算量少与易于数字化实现等优点。搭建了H桥级联型APF仿真平台,仿真结果表明,APF系统可快速补偿中压大容量系统中的谐波电流,具有优越的动、静态性能。