空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

提高VSC无功功率支撑能力的直流电压补偿控制策略

传统矢量控制策略下，提高电压源换流器VSC(voltage source converter)的无功输出会使并网点电压升高。为充分发挥VSC参与交流系统无功支撑的能力，同时保证良好的电能质量，提出一种直流电压补偿控制策略。该策略根据VSC的期望无功输出自适应调整直流电压幅值，使VSC在输出大量无功功率的同时，避免因PWM过调制造成的谐波含量激增。通过状态空间模型得出了直流电压补偿控制参数的可行域。基于Matlab/Simulink详细开关模型的仿真结果验证了该策略的有效性。     

电网谐波对级联STATCOM运行影响分析及抑制

采用移相载波调制算法的链式静止同步补偿器(STATCOM)每相各链节之间交流输出电压中同频次谐波分量存在相位差,当电网中存在相应频次的电压谐波并使得STATCOM产生谐波电流时,会造成各链节与系统之间交换幅值不同的谐波有功。当STATCOM在低载输出工况时,由于链节直流电压均衡控制策略效果的弱化,使得谐波有功对链节直流电压的影响增大,这时差异化的谐波有功会使得链节间直流电压逐渐发散,并使得设备失稳。这里分析了采用移相载波调制算法的链式STATCOM在系统电压存在谐波情况下各链节谐波有功的差异,指出了链节直流电压均衡策略对此问题的缺陷,提出对应的解决策略,在PSCAD/EMTDC环境中进行了仿真验证,并在实际工程应用中有效解决了相关问题。     

直流电压不均衡的级联H桥多电平变频器载波移相PWM调制策略的设计

对于级联H桥多电平变频器,单元独立直流电源的参数差异及故障等多种因素均会导致各单元的直流电压不均衡。单元直流电压不均衡时,传统载波移相(PSC)PWM调制策略无法消除电压的低频边带谐波,导致变频器输出的电能质量明显降低。对单元载波相位、直流电压与变频器输出电压谐波的关系进行了研究,提出了按照单元直流电压调整单元载波相位的策略。该调制策略能够消除变频器输出电压的低频边带谐波,提高电能质量,增强变频器的容错能力。仿真与样机实验结果验证了所提出的调制策略的效果。     

一种三角波注入的三相四桥臂逆变器控制策略

基于三相四桥臂电压型PWM逆变器的工作原理,研究了双闭环控制策略,并在此基础上研究了利用三相半波整流器实现三角波注入的三相四桥臂逆变器控制策略。此方法采用双闭环控制方法控制前三桥臂,采用三相半波整流器对前三相调制信号进行处理以获得第四桥臂信号控制,系统结构简单、易于控制。系统可采用纯模拟器件实现,有效地避免了DSP处理能力有限对PWM开关频率的限制,有效提高系统的开关频率,具有动态响应速度快,输出电压波形谐波含量低等特点。此外,三角波注入提高了直流电压利用率,增强了系统带不平衡负载的能力。仿真结果进一步验证了该控制策略的正确性与可行性。     

电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

采用多DSP的级联型DSTATCOM分散控制策略

针对配电网级联型静止无功补偿器(DSTATCOM),提出了采用多数字信号处理器(DSP)的分散控制策略。该控制策略采用中央控制器和单链节控制器相结合的多DSP硬件结构。中央控制器用于实现电压、电流双闭环上层控制算法,单链节控制器用于实现各链节的直流电容电压均衡控制并产生脉冲宽度调制(PWM)信号。采用这种分散控制策略,可以充分发挥中央控制器和单链节控制器的作用,大大简化控制系统的软、硬件设计。仿真和实验结果表明,采用基于分散控制策略的DSTATCOM控制系统,能够使DSTATCOM快速精准地跟踪直流电容电压和输出电流指令,输出电流总谐波畸变率(THD)小于3%,同时可获得很好的链节直流电容均压效果。     

非正常工况下矩阵整流器的前馈模糊补偿控制

在分析了三相输入电压正常工况下矩阵整流器的输入电流空间矢量调制算法后,针对输入电压在非正常工况下将会对输出直流电压波形产生影响的问题,提出一种带前馈模糊补偿控制策略的输入电流空间矢量调制算法,通过检测和实时计算电压矢量的模并与正常值进行比较,采用模糊控制动态调整当前控制周期的调制系数,保证输出电压的稳定。详细介绍了该补偿策略的工作原理,建立仿真模型和研制试验样机,仿真和实验结果验证了补偿控制策略的可行性和有效性。     

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab／SimulinK环境下通过仿真,证实了理论的正确性。     

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理。以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab／Simulink环境下通过仿真,证实了理论的正确性。     

三相逆变器的无零矢量共模电压抑制技术研究

研究了三相逆变器的RSPWM、AZSPWM1、AZSPWM3和NSPWM无零矢量共模电压抑制技术。首先,分析了不同调制策略的调制因数和参考电压矢量的工作区间,说明了RSPWM的工作区间较小,适用于低调制比工作场合。再次,利用理论分析和仿真方法,研究了无零矢量调制策略的直流电压利用率和输出谐波特性,并与传统SVM调制策略比较。结果表明,AZSPWM1、AZSPWM3和NSPWM调制策略能够有效地抑制三相逆变器共模电压,同时保持了较高的直流电压利用率。但相对SVM调制策略,三相逆变器的输出谐波含量有所增大。研究结果为三相逆变器的无零矢量共模电压抑制技术的选用及进一步研究提供了理论依据和指导。     

向微网供电的直流系统控制模式无缝切换策略

在微电网中，不同控制模式之间的切换是不可避免的，如何在不同控制模式之间切换时减小频率电压等指标的波动，对保证用户的供电质量至关重要。首先对不同控制策略之间的误差进行了量化分析，并给出了一种优化的控制策略无缝切换方法，包括dq轴/参考相角校准环节和大扰动瞬时功率补偿环节，对不同控制环的输出调制波进行修正/补偿。然后以某混合直流系统为例，利用上述补偿策略设计了可实现控制模式无缝切换的微网直流供电策略，包括混合直流系统无缝接入微网策略和大扰动时控制模式无缝切换策略。相比传统的无缝切换，该策略考虑了直流输电系统的送受端协调问题和不同控制模式之间的参考相角误差，并可提供一定的瞬时功率支撑，从而可减小因微网结构变化产生的波动。仿真结果表明该策略能够实现混合直流系统在不同控制模式之间的无缝切换，并且在微网发生大扰动时能够有效支撑系统的频率和电压。     

Z源逆变器光伏并网系统光伏电池MPPT和逆变器并网的单级控制

Z源逆变器光伏发电系统是一种具有升/降压功能的单级系统。它可以通过调节直通占空比实现前级光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)控制,然后由逆变器调制因子M实现并网控制,简称为两级控制。两级控制策略虽然控制器设计简单,但是在逆变器额定电压输出的情况下,调制因子小、有源元件电压应力和输出电流谐波含量高。本文提出了一种基于统一电压空间矢量的单级控制策略,从系统的角度出发,整合直流链升压电路控制量B和逆变器并网电路控制量U为一个变量——统一电压空间矢量U′。通过控制统一电压空间矢量的长度,进而达到同时控制直通占空比和逆变器调制因子的功能。该策略充分利用了直通零矢量,使逆变器的调整因子M增大,直流电压利用率高,相应地有源器件的电压应力和逆变器输出电流谐波得到很大的改善,并发挥了单级电路整机效率高的优势。实验结果验证了理论分析的正确性与实用性。     

一种适用于少子模块MMC的混合调制策略

由于中低压配电网下电压等级较低,模块化多电平换流器(MMC)子模块数量也较少,因此少子模块MMC的调制方式对MMC系统的性能有重要影响。为改善少子模块MMC的输出质量与输出能力,文中提出一种工作在高调制度的基于电平阶跃点切换的少子模块MMC混合调制策略。在最近电平逼近调制(NLM)的基础上,控制MMC在输出电平阶跃点处进行NLM与载波移相脉宽调制模式之间的实时切换,同时结合环流控制和子模块电压均衡控制,进一步保证少子模块MMC在该混合调制下的正常运行。然后,建立子模块数为4的MMC混合调制的仿真模型,对该少子模块MMC混合调制策略进行仿真验证。结果表明：所提出的混合调制策略兼顾低输出谐波和低开关损耗的特点,提高了其输出质量;且其处于高调制度的工作情况,增大了直流电压利用率,提高了少子模块MMC的输出能力。     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

低功耗三相电压空间矢量调制的逆变器特性研究

为了提高直流电压利用率,减少谐波,在三相逆变器中采用电压空间矢量调制技术取代SPWM技术,合理放置零矢量,选择恰当的开关频率,降低开关损耗。采用双重傅里叶变换对输出谐波进行了定量分析,在Matlab环境下对空间电压矢量调制和SPWM进行频谱对比分析,结果表明,电压空间矢量调制下直流电压利用率提高了15%,谐波含量减小,谐波幅值也大大降低。     

基于H桥级联拓扑结构的中压电能质量扰动源研究

提出一种基于H桥级联拓扑结构的高压电能质量扰动源主电路拓扑方案,能够分别实现电压及电流的扰动输出。该拓扑在输出高次谐波时,采用叠波PWM调制,可以降低开关器件的等效开关频率,从而降低损耗。重点研究了该拓扑输出非整数倍谐波电流时直流电压波动的机理,针对该扰动源提出一种简单有效的直压控制策略,并通过仿真验证了相关算法。     

直流配电网的电压协调控制策略

为了使直流配电网在不同运行工况下均能保持电压稳定,对直流电压偏差控制与下降控制进行综合优化,提出了直流配电网的电压协调控制策略。通过潮流计算给出各换流器的控制参考值,使网络在恒压模式下能安全稳定运行,当系统出现分布式电源功率波动、负荷变化、换流站退出运行等工况时,各单元根据本地直流电压的变化实现分散自律控制,不依赖通信,可快速实现系统的平稳恢复。根据主换流站的工作状态将系统分为三种运行模式,并给出了系统运行于不同模式时各变流装置的控制策略。应用PSCAD/EMTDC仿真验证表明,该控制策略在各种工况下均能保持直流电压稳定,且储能装置的快速充放电可实现各器件控制策略的平滑切换,提高了系统的供电可靠性。     

注入3次谐波的SPWM调制算法的实现与验证

针对三相逆变器尤其是VSI型逆变器,传统方法采用通过三角载波对正弦参考电压信号进行调制的SPWM控制方法,其基波电压的幅值能够占直流电压约86.6%,该直流电压利用率较低,未能充分利用直流电压。为解决这一问题,对三相电压源型逆变器的相电压通过注入3次谐波的方法,该方法能够提高直流电压利用率。与此同时,由于三相逆变器的对称性,三相平衡,因而3次谐波并不会影响输出电流的谐波特性。最后借助Matlab/Simulink仿真软件对该调制方法的正确和可行性进行仿真和验证。     

电能质量扰动发生器控制策略及其实现

为了测试电力变压器、CVT、电力电容器、无功与谐波补偿装置等试验设备在电能质量扰动下的工况,设计了一种电能质量扰动发生器,能模拟实际电网输出各种形式电压与电流扰动。采用电压外环与电流内环的PWM整流控制实现了直流电压的稳定;利用电压前馈与重复学习相结合的控制策略实现了发生器较高精度输出;利用DSP+FPGA构建控制系统具有较好的实时性与可靠性。通过10 kV、2 MVA工业样机实验,证明了设计的正确性。