基于谐波频谱的LCL滤波器设计

此处研究了基于谐波频谱的LCL滤波器设计。针对LCL滤波三相并网逆变器,给出采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法控制的逆变桥桥臂电压输出谐波。依据EMI滤波器设计的方法,研究谐波频谱与谐振频率之间的关系,得出LCL滤波器的谐振频率。在此基础上,设计出满足并网要求且总电感量最小的LCL滤波器。最后通过三相并网逆变器的实验装置给出了LCL滤波器设计方案的实验效果。     

基于LCL滤波的400 Hz逆变器并联控制

LCL滤波器广泛应用于并联系统中,这种滤波器的结构有利于环流抑制和功率均分,但在非线性工况下容易在负载侧产生较大的谐波电压.针对环流抑制与电压质量控制的矛盾,对400 Hz逆变器等效阻抗进行了分析,揭示了输出电压闭环控制与引入输出电流前馈的电容电压闭环控制是等效的,可以减少谐波电压,但也削弱了负载侧电感的环流抑制作用.在此基础上,提出采用多比例谐振控制器和负载电流前馈构成虚拟负谐波阻抗,以重塑逆变器在低次谐波处的等效输出阻抗为小阻抗,从而减小谐波电压.通过采用不同基准的多比例谐振控制技术,实现了分频段阻抗重塑,使滤波器在基波和高次谐波频率处仍具有环流抑制功能.最后,使用下垂控制策略对两台逆变器进行了并联实验研究,实验结果验证了所提技术方案的有效性.     

400Hz逆变器动态问题与稳态问题

400 Hz逆变器,多用于航空与舰船领域,其动态性能与稳态性能要求高。逆变器动态性能由电路初始状态、逆变器输出电压和输出滤波器参数决定。通过分析指出:逆变器动态性能主要由输出滤波器参数决定,动态性能指标要求必须作为输出滤波器设计的重要约束条件。逆变器稳态性能主要包括稳态误差与输出电压正弦度。通过分析指出:稳态误差由系统开环基波增益决定,稳态误差精度可采用比例谐振(PR)控制器保证;输出电压正弦度受逆变器死区效应制约,其中奇次谐波含量较高且不能通过输出滤波器滤除;实施给出的死区补偿方法,较好地校正了死区引起的波形畸变,保证了输出电压正弦度。     

死区对开环和闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响

在SPWM逆变器中,为防止同一桥臂的上下两个开关器件产生直通,必须将驱动信号注入若干微秒的死区时间,这会使逆变器输出电压产生谐波电压。通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析,建立了死区效应时SPWM逆变器控制模型,研究了逆变桥臂控制信号死区时间对开环与闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明,对于开环控制的SPWM逆变器,随着死区时间增加,逆变器输出基波电压有效值降低,输出电压谐波分量显著增加;对于单电压闭环控制的SPWM逆变器,死区时间对逆变器输出基波电压的影响与负载有关。通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析

在基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(APF)中,由脉宽调制逆变器实现了一个受控基波电流源.串联变压器一次侧的系统电源与系统阻抗、无源滤波器和非线性负载共同作用,使串联变压器二次侧端口呈现一个谐波干扰电压,导致逆变器输出电流中含有一定谐波,影响了滤波器的滤波效果.文中以脉宽调制逆变器为核心,建立了滤波器的数学模型,并对其滤波特性进行了分析.提出了改善其滤波效果的3项有效措施,即适当增大逆变器输出滤波电感、合理选择串联变压器原副方变比、采用电压前馈控制技术.设计了一套基于数字控制的10 kVA APF样机,实验结果证明了原理分析的正确性.     

基于并联变压器的新型有源电力滤波器控制策略

提出了一种由并联变压器和电压源型逆变器组成的新型有源电力滤波器控制策略。具体方法：将变压器一次绕组与谐波源并联,检测变压器一次侧基波电压作为指令信号,控制电压源型逆变器的输出电压加在变压器的二次侧,当逆变器输出电压与变压器一次侧基波电压满足一定条件时,对基波分量而言,有源电力滤波器等效为一个可调电抗以补偿无功;对谐波分量而言,有源电力滤波器等效为变压器漏抗,从而疏导谐波流入变压器一次绕组。最后的仿真结果验证了该策略的可行性。     

串联混合有源电力滤波器的新型控制方法

带基波电流旁路通道的串联混合有源电力滤波器为电网电流中的基波成分提供了一个无源通道,因而可以大大降低有源部分的容量.然而,原有的基于Pq理论的控制方法在负载或电网不平衡时,基波旁路通道和逆变器之间会发生基波谐振,使得逆变器仍然会流过大量的基波电流.逐相dq变换法可以完整地将基波或谐波检测出来.文中提出了基于逐相dq变换的控制方法,使得不论电网电压和负载电流是否平衡,基波旁路通道和逆变器之间均不会发生基波谐振现象,逆变器只需承担电网谐波电流和提供谐波电压,提高了系统的性价比.5 kW的模型试验证明了新方法的可行性.     

SPWM逆变器死区影响分析

通过建立数学模型分析正弦脉宽调制(SPWM)逆变器死区对桥臂和输出电压基波和谐波含量的影响机理,首先在开环情况下分析死区对桥臂电压基波与低次谐波的影响;接着分析闭环情况下死区影响输出电压谐波含量的关系,提出在闭环情况下理论建模时将死区的影响等效为在桥臂电压上叠加了相应谐波频率次的误差电压的分析方法并证明其正确性,进一步提出闭环情况下由于死区引起的低次谐波的估算方法,并从参数设计的角度指出减小死区影响的方法.另外提出考虑死区对基波影响后的逆变器直流母线电压(调制比)优化选取方法.通过仿真和实验验证了以上结果的正确性,研究结果可用于指导SPWM逆变器的参数优化设计.     

谐波功率均分的改进分频下垂控制器

提出一种谐波功率均分的改进下垂控制器。改进后的下垂控制器功率控制环通过加入特定次谐波下垂控制器可以实现基波和谐波功率精确均分,电压环采用准谐振PR控制,实现在较宽频带内逆变器输出电压的零稳态误差控制,准谐振PR控制器截止频率可调以满足系统动态响应速度。基于Matlab/Simulink的仿真和基于DSP的样机试验均验证了所提出方法的正确性和可靠性。     

三相四桥臂逆变器输出滤波器的优化设计

三相四桥臂逆变器因其具有良好的带不平衡负载能力而受到各国学者的广泛研究.设计合理的相电感、输出滤波电容及中线电感能使三相四桥臂逆变器输出较好的波形.针对现有三相四桥臂逆变器输出滤波器体积大、滤波效果差等问题,基于谐波注入的控制方法,提出了输出滤波器优化设计的方法.采用理论分析并结合Saber软件仿真的方法对相电感、输出滤波电容和中线电感分别进行了设计.实验研制了一台原理样机验证了该设计方法的可行性.     

Variable frequency inverter with sinusoidal voltage outputs using rotating coordinate transformation

An ideal inverter should have sinusoidal voltage and current outputs. Generally, output voltages of a voltage-source PWM inverter contain high-level switching frequency harmonies due to the PWM operation, while output currents are kept nearly sinusoidal. High-level harmonics contained in output voltages of a voltage-source inverter cause acoustic noises, iron losses and electromagnetic interferences. An LC filter was used to suppress the switching frequency harmonics; however, there is a danger of resonance in the LC filter. Accordingly, to remove harmonics of the LC filter resonance frequency, the authors add a voltage feedback loop. A conventional system can operate without difficulty within 50 Hz. However, with accompanying increases in the output frequency, output voltages are largely delayed and reduced by a high-pass filter inserted in the feedback loop. These problems are caused by a high-pass filter inserted in the feedback loop. Accompanied by the inverter output frequency, a high-pass filter cannot remove the fundamental component perfectly. As a result, a small fundamental component is fed back, which causes a delay and decrease in output voltage. This paper proposes the application of coordinate transformation to a high-pass filter inserted in the feedback loop. As a result, the proposed system realizes an ideal filter which can suppress fundamental frequency components perfectly, and improves the characteristics of the inverter with sinusoidal voltage outputs greatly. Theoretical analyses, simulations and experiments showed satisfactory results. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (4): 94–102, 1997     

铜电解整流装置用并联混合型有源电力滤波器

为解决铜电解装置运行时产生的电网谐波污染和低功率因数问题,提出了在10kV侧安装并联混合型有源电力滤波器进行谐波抑制和无功补偿的综合补偿方案并介绍了混合滤波器的系统构成,混合型有源滤波器的无源部分由滤除11、13次谐波,同时补偿无功功率的11、13次两个无源支路构成。有源部分采用注入式拓扑结构,用来动态滤除11、13次以外的其它次谐波。有源部分对改善无源部分的滤波性能和抑制无源部分与系统等效阻抗之间的谐振发挥了重要作用。给出的现场运行结果表明:研制的并联混合型有源电力滤波器能有效的抑制谐波和进行无功补偿。     

基于全局同步脉宽调制的电容高次谐波电流抑制方法

随着微电网中逆变器渗透率的不断提高,由电力电子器件产生的高次谐波对微电网设备造成了不利影响,其中,当多台逆变器并联运行时,其产生的高次谐波除了注入逆变器自身的交流滤波电容外,还会注入其他并联逆变器的交流滤波电容产生高次谐波电流随机叠加现象,影响电容寿命。提出一种基于全局同步脉宽调制技术的逆变器电容电流谐波抑制方法。首先,对多并联运行逆变器的电流谐波注入电容机理进行了分析,并提出了利用全局同步脉宽调制方法抑制电容高次谐波电流的基本原理和方法。其次,推导出适用于各种运行状态下电容电流谐波和脉宽调制波相位差之间的数学表达式。然后,根据逆变器类型选择适当的数学模型,对数学模型进行求解并获得脉宽调制最佳相位差。通过仿真分析对所提方法进行了验证。     

高温超导储能变流器的LC阻尼滤波器设计

为了抑制高温超导储能电压型变流器的输出电压谐波,设计了带阻尼效应的LC低通滤波器。文中分析了滤波器的原理及传递特性,进行了正弦脉宽调制波的谐波分析,通过控制滤波网络的基波衰减因数确定了LC阻尼滤波器的参数,最后将其应用于高温超导SMES的电压跌落补偿试验。试验结果表明,LC阻尼滤波器在SMES变流器系统中能起到良好的滤波效果,提高了SMES系统的动态响应能力和稳态性能。     

基于多谱线插值法和复调制细化法的电力系统谐波分析

非同步采样时采用快速FFT会造成频谱泄露,为了降低频谱泄露的影响,提高谐波和间谐波检测精确度,本文提出了一种基于多谱线插值法和复调制细化法的组合分析方法。首先估算出基波和谐波的长范围泄露并将其消除,然后分析目标频点附近的几条谱线并利用谱线携带的信息,推导出多谱线的插值算法,并采用多项式拟合的方法得到其修正式。对于频率非常相近的电力系统信号,采用基于复解析带通滤波器的复调制细化法对其进行细化分析,得到其较精确的信号参数。仿真和实验结果验证了本文方法的有效性和高精度性。     

基于电感电压反馈和输入整形技术的LC滤波器混合阻尼控制

电流型PWM整流器采用LC环节来滤除谐波及帮助器件换流,LC型滤波器呈二阶特性,存在谐振尖峰,且电容阻尼较小,在控制系统存在扰动的情况下,容易引起电流波形畸变和振荡。提出了一种采用输入整形技术和电感电压反馈结合的控制策略,输入整形技术能够有效地抑制小阻尼系统的振荡,电感电压反馈控制能够在外部干扰抑制网侧电流波形畸变。结合两者的优点,可有效地解决电流型脉宽调制整流器网侧电流振荡和畸变。仿真验证了所提出的控制策略能够有效减少电流畸变,增加系统的稳定性,并具有一定工程实用性。     

电容电压反馈的电流型整流器有源阻尼控制研究

三相电流型PWM整流器在交流侧采用LC滤波器来滤除谐波,由于二阶LC滤波器的阻尼系数较小,容易引起网侧电流振荡。为此文中提出滤波电容电压反馈的有源阻尼控制,能够在不消耗有功功率的前提下,有效地滤除网侧电流谐波。通过仿真分析可知,提出的电容电压反馈能抑制网侧电流振荡。     

含LC低通滤波器的VSC-HVDC系统的新型控制策略

通过引入LC低通滤波器来滤除逆变器产生的高次电压谐波,以提高向无源网络供电的VSC-HVDC系统的供电质量.在同步旋转坐标系下,包含LC低通滤波器的VSC-HVDC系统表现出强耦合、非线性特性,不利于控制器设计.首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦成伪线性系统,再利用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器,既可以降低...     

基波磁势自平衡谐波抵消式串联有源滤波器

提出一种新型的基于基波磁势自平衡谐波抵消式串联有源电力滤波器.在变流器的二次侧接上一个LC基波串联谐振电路,便可使变流器对基波呈现低电抗,而对谐波呈现高阻抗.同时变流器检测绕组可直接检测出谐波电流波形,并通过变流器的谐波绕组反馈一个与一次侧谐波电流相位相反的电流去抵消系统中剩余的谐波电流.本文阐述了基波磁势自平衡谐波抵消式串联有源滤波器的结构和工作原理,分析了滤波器的谐波放大抑制原理,给出了滤波器的试验方法、结果及分析.试验结果表明此滤波器设计新颖、结构简单、可靠性高,并具有很好的滤波效果,电流畸变率由15.33%降为1.147%.     

基于MMC拓扑的有源滤波器控制策略研究

为提高大容量有源滤波器(APF)的耐压水平和等效开关频率,提出了一种基于模块化多电平(MMC)的有源滤波器控制方法。该控制方法对APF输出的基波电流采用间接电流方式实现有功和无功的解耦控制,采用基于正序基波提取器的预测谐波电流控制实现对谐波电流的补偿,然后将间接电流方式和预测谐波电流控制方式产生的电压信号作为有APF输出电压的参考值。同时,为克服传统载波相移脉宽调制方式均压控制环节PI控制器繁多的缺点,对载波相移脉宽调制方式做了改进,采用载波相移脉宽调制和电容电压排序均压控制相结合的调制方式。通过Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,该控制方法是正确可行的。