基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。     

共直流母线开绕组异步电机零序环流抑制策略研究

相比于传统的单逆变器驱动异步电机调速系统,双逆变器供电开绕组异步电机(open-end winding induction motor,OEW-IM)系统具有容错性高、拓扑结构灵活、直流侧电压等级低等优点。但是,当双逆变器采用共直流母线接线方式时,共模电压会通过直流母线形成环流,产生额外损耗,影响系统效率和带载能力,加剧系统的老化。逆变器非理想因素和电机零序反电动势是产生零序环流的主要原因。该文针对共直流母线OEW-IM中零序环流抑制问题,提出了一种共模电压可控的空间矢量PWM调制方案。通过对单台逆变器共模电压的主动控制,实现对零序环流的抑制。同时,该空间矢量调制方案能够较好地抑制逆变器对地共模电压,进而有益于电机轴电流的抑制。通过构建共直流母线OEW-IM仿真和实验平台,对所提零序环流抑制策略的可行性和有效性进行了仿真和实验验证。     

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。     

地铁直流母线电压振荡现象及其抑制策略

由于牵引逆变器呈现负阻抗特性,当地铁车辆牵引功率加大时,系统的阻尼特性变差,此时任何小的激励源都可能引起直流侧母线电压的剧烈振荡。针对这一问题,首先建立了地铁永磁牵引系统在额定工作点处的小信号等效电路模型,研究主电路参数与系统稳定性之间的关系。然后在转子磁场定向的矢量控制基础上增加了基于转矩电流补偿的直流侧母线电压振荡抑制策略。最后经过仿真和现场试验验证可得,该策略对直流侧母线电压振荡有较好的抑制效果。     

地铁牵引变流器-电机系统稳定性控制

牵引变流器-电机系统是地铁车辆传动的主要组成部分,供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡,继而造成电机输出转矩脉动,降低系统稳定性。本文通过建立异步电机形等效电路以及转子磁场定向矢量控制近似线性化模型,推导出牵引变流器的输入导纳方程,进而阐释了车辆运行过程中滤波器-牵引变流器-电机系统的振荡机理,并在此基础上提出了一种通过在线修正电机定子电流转矩分量给定值以调整牵引变流器输入导纳的新型稳定性控制器,模型仿真和实验结果验证了所述理论的正确性和有效性。     

三相PWM整流器启动冲击电流的抑制方法

针对三相PWM整流器在启动时刻三相电网侧电流存在冲击,会造成功率器件的烧毁问题,提出了一种启动冲击电流的抑制方法.通过动态地调整参考直流母线电压的斜率,可以有效控制网侧电流冲击峰值,并且直流母线侧的电压也实现了稳定上升到参考指令值.最后搭建了实验样机系统,进行了不同参考电压模式下的对比实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性.     

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

一种单相无隔离变压器UPQC的控制策略研究

本文针对直流母线中点接入交流电网的单相半桥结构无隔离变压器统一电能质量调节器(UPQC)拓扑,分析了其系统功率流动和直流母线工频纹波产生机理,提出了一种改进的串并联协同控制策略。通过解耦控制,使得该拓扑串联侧补偿电压暂降,并联侧补偿电流谐波同时抑制直流母线电压工频脉动。并给出了该拓扑直流母线电容设计选型依据。最后通过仿真和实验,验证了所提设计和控制策略的有效性。     

基于电压补偿原理的高压直流输电系统故障控制策略

当高压直流输电系统交流侧发生不对称故障时,交流系统会产生负序电压和负序电流,从而引起换流站与交流系统之间的有功功率产生波动,使得直流系统的直流电压产生波动。这种波动的有功功率和直流电压会通过直流线路传输到系统的另两侧,影响其他两侧交流系统运行的稳定性。采用电压补偿控制的方法有效地抑制了负序电流,在PSCAD/EMTDC环境中建立基于MMC的多电平换流器的3端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和正确性,提高系统的稳定性。     

动车组静调试验中直流母线电压振荡分析与抑制

为解决厂内静调试验中高速动车组牵引变流器模拟牵引工况下,其中间直流环节发生电压大幅振荡的问题,该文针对源侧整流器提出引入补偿环节的虚拟电阻控制方法。在单相PWM整流器dq坐标系数学模型的基础上,建立源侧整流器与二次谐振电路并联的等效输出阻抗模型以及牵引逆变单元和辅助变流器的等效输入阻抗模型,并基于上述模型,结合Bode图和Nyquist曲线分析直流环节电压出现振荡的主要原因,即二次谐振电路与恒功率负载间的交互作用会引发中间直流环节电压振荡。所提振荡抑制方法利用虚拟电阻等效增加了负载侧输入阻抗,使得系统开环增益满足禁区稳定判据,可提升系统的稳定裕度。最后,通过仿真和实验验证了该文分析的正确性和所提控制方法的有效性。     

基于前馈电压补偿的地铁牵引变流器直流侧振荡抑制方法

恒功率控制在负载侧引入的负阻抗、主电路滤波参数选值受限及供电网谐波等因素易引发地铁牵引传动系统直流网侧电压、电流的持续振荡,影响供电系统与牵引传动系统的稳定运行。该文提出一种基于前馈电压补偿的振荡抑制方法,通过对前馈电压的动态调节,确保了直流网侧电压的稳定。同时考虑到电压补偿引起的过调制情况,采用一种功率平衡的控制方法,确保了在过调制情况下振荡抑制方法的有效性。该方法不受电流控制环带宽的限制,改善了负载侧输入阻抗特性,提升了系统稳定性。仿真和实验结果证明了控制方法的可行性和正确性。     

拍频抑制算法在200km/h动车组中的应用

在动车牵引系统中,由于采用单相四象限整流器,会在中间直流电压中产生频率为100 Hz的二次脉动谐波分量,由此引发逆变器拍频现象,从而影响牵引系统的稳定性。为此,在分析了拍频现象产生机制及对电流影响的基础上,提出基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法,然后将其应用于牵引异步电机的控制系统中。通过Simulink仿真及试验进行验证,结果表明,基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法应用在牵引异步电机控制系统中具有较好的性能,定子频率为100 Hz附近的低频谐波含量明显降低,低频振荡得到有效抑制,拍频电流较小。     

双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进

在传统的矢量控制策略下,当电网电压发生三相对称短路故障时双馈感应发电机(DFIG)变流器直流母线电压会产生剧烈波动,从而影响整个风电系统的稳定运行。为此,需要对DFIG网侧变流器控制策略进行改进。分析了电网电压三相对称跌落时引起直流母线电压波动的原因,并在此基础上提出了新型的前馈控制方法。当电网电压跌落时对网侧变流器电流参考值做必要修正,从而达到减小直流母线电压波动的目的。为了验证该控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC软件环境下建立了容量为2MW的DFIG风电系统模型,并在此模型下进行系统仿真。仿真结果显示,提出的前馈控制策略能够有效的减小直流母线电压的波动。     

柔性多状态开关直流侧电压纹波的抑制策略

柔性多状态开关是由多端共直流母线变流器组成的新型馈线互联电力装置,而电网电压不平衡时柔性多状态开关直流母线电压产生的波动,会严重影响其正常运行和设备的使用寿命。为此,分析了直流侧电压波动原理,提出了一种新的正负序双环直流侧电压控制策略。正序采用功率前馈控制稳定直流电压稳态误差,负序采用单正弦信号谐振反馈控制以抑制直流电压周期性波动。最后搭建了仿真平台,对不同情况下的直流侧电压波动进行了仿真实验,仿真结果验证了所提方案的有效性。该策略能有效地抑制柔性多状态开关在多端口同时不平衡下的直流侧电压的纹波,输出电流无谐波电流且电流峰值被限定在额定范围内。     

单相光伏逆变器直流母线电压二次波动对系统影响的分析与抑制

基于传统双闭环控制策略的单相光伏并网逆变器会造成直流母线电压的二次波动,导致并网电流中含有三次谐波,影响输出电能质量。针对上述问题,在分析直流母线电压二次波动产生机理的基础上,文中提出一种在直流母线电压采样前加入周期积分器的双闭环控制策略。该控制策略能够消除因直流侧二次波动导致的并网电流三次谐波,有效抑制直流母线电压二次波动对系统输出电能质量造成的影响。仿真和实验验证了该方法的正确性与有效性。     

利用DBVC构造虚拟电阻的级联功率变换器稳定控制技术

针对在级联功率变换器系统中由于高带宽控制的负载侧变换器具有一定的恒功率负阻抗特性,因而可能导致级联系统直流母线电压振荡,并严重影响到整个系统的控制性能和稳定运行的问题,从通过增强级联侧直流母线阻尼来抑制电压振荡的角度出发,提出一种将并联于级联侧直流母线的母线电压补偿装置(DBVC)控制为电阻性的虚拟负载的控制策略及其设计方法。利用级联变换器系统中前后级变换器的输出/输入阻抗,分析和比较了引入所述控制策略前后级联侧直流母线电压稳定性的变化情况。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法能够有效抑制级联侧直流母线电压的振荡,可以显著改善整个级联系统的控制性能。     

三相电力电子负载谐波分析与抑制

三相电力电子负载在系统不平衡或模拟不平衡负载、非线性负载的工况下,直流母线会包含丰富的谐波电压,这些谐波分量通过PWM调制过程和电压外环控制器会引入到并网指令电流中,导致馈网电流质量的下降。针对这一问题,根据瞬时功率理论,建立了三相电力电子负载功率平衡方程,推导出三相电力电子负载在不同工况下直流母线谐波电压的表达式,揭示了负载模拟变换器和并网变换器对直流母线电压的影响机理,并提出一种基于滞环控制的直流电压控制方案,以抑制直流母线谐波电压对并网输出电流的影响,改善馈网电流的质量。仿真和实验都验证了理论分析的准确性以及谐波抑制方法的有效性和可靠性。     

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题。为解决这些问题,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了"防火墙"的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

改进型解耦控制的牵引网低频振荡抑制研究

鉴于电气化铁路中采用基于双闭环瞬态直接电流控制的网侧整流器在发生牵引网低频振荡时通过调节 PI 控制器参数来抑制振荡的局限性,文中提出一种基于dq解耦控制的主动阻尼补偿的新方法,实现了网侧变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制,将直流侧电压信号反馈至电压环控制器,再通过反馈环节进行阻尼补偿。仿真对比不同控制策略下网侧整流器应用于车网系统仿真模型的工作特性,结果表明,基于dq解耦控制的主动阻尼补偿方法能够实现实时无静差跟踪并具有良好的抗干扰性能,能够较好地抑制高速铁路牵引网低频振荡。