电力电子并网变流器非线性行为机理与安全运行边界研究综述

在电网故障、功率波动等扰动工况下,并网变流器大幅偏离其设计工作点,威胁设备自身和电力系统安全。针对以上稳定运行问题,综述了电网同步、功率传输和开关调制环节的非线性行为机理,给出了常用的研究方法和结论。在此基础上,提出了并网变流器层次化安全边界,梳理了当前安全边界研究结果和应用方法,分析了各层边界的嵌套影响关系。最后对未来并网变流器的设计运行技术进行了展望。     

光伏发电实验系统的设计

针对光伏发电及并网的基本原理进行了深入的分析,设计了相关的实验系统.系统中关键设备为并网变流器,结合各项实验的原理利用该设备进行了MPPT、低电压穿越等实验,符合国际相关规定及我国并网技术规范要求,结果表明:所提出的光伏发电实验系统理论可行,实际硬件设计可以满足各项相关的常规光伏并网实验,可以通过本系统针对光伏池板电压功率特性、光伏并网变流器三相PWM控制、电网波动时控制策略等多方面展开研究,根据实验数据及结果寻求改进方法,使所设计的实验系统的性能得到进一步优化,提高发电效率.     

Crowbar电路在低电压穿越技术中的研究

电力系统风电并网中,风机需要具备低电压穿越性能,即电网电压波动时风机可以不脱离运行并向电网回馈能量,通过对三电平整流器的SVPWM的控制算法、二极管钳位型三电平变流器和电网跌落对风电变流器的影响三方面的研究,针对大功率直驱变流器提出一种基于耗能型的Crowbar电路,相比于传统保护电路和控制策略,所提出的方案增加了制动单元,并设计了其中开关管的控制方法,来实现低电压穿越的能力,并通过1.5MW的直驱风电机组及并网变流器构成并网系统验证设计的合理性.     

直驱式风力发电系统并网变流器研究

直驱永磁风力发电系统中,变流器是将发电机所发的电能输送至电网的设备.建立了永磁直驱风力发电系统并网变流器数学模型,在同步旋转坐标系下,将输入功率因数改善到单位功因.同时,在三相全桥全控型直流-交流变流器电网并网下,提出了交-直轴电流闭回路控制,使永磁式同步发电机向电网提供电能.利用MATLAB/Simulink建模仿真,仿真表明设计的交-直轴电流闭回路控制,发电机能向电网稳定输送功率,其并网电流和电网电压同相位,并实现单位功率因数传递电能,验证了控制系统的可行性与有效性.     

电网谐波畸变下LCL型并网变流器的有源阻尼控制

在dq同步旋转坐标系下建立LCL型并网变流器的模型,并分析了电容电流反馈有源阻尼法削弱LCL型并网变流器内部谐振尖峰的原理。在此基础上,提出基于PIR调节器的有源阻尼控制策略,有效解决了电网背景谐波电压畸变对LCL型并网变流器并网电流的影响,具体为由PI调节器和6k倍频谐振控制器组成的PIR调节器可以起到抑制电网基波电压和6k±1次背景谐波电压的作用。最后采用根轨迹法和频域分析法对PIR控制器的参数进行设计,并通过仿真验证了该控制策略的有效性。     

三电平双模块并联协同特定谐波消除脉宽调制

针对中压大功率并网变流器开关频率低、并网电流谐波大等问题,提出适于中性点钳位型（NPC）三电平双模块并联网侧变流器特定谐波消除脉宽调制（SHEPWM）分频段协同控制策略. 通过在低频段控制双模块各自输出谐波为零,在高频段控制并网双模块输出总的谐波为零,有效地提高双模块并联系统电流谐波性能. 为了抑制器件死区引起的并网电流中5次、7次谐波,引入频率自适应广义积分控制器. 该控制器在离散域直接设计参数,避免数字化过程导致控制器性能偏差. 仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性、优越性.     

直驱式风力发电系统全功率并网变流器拓扑结构研究

在主流的变速恒频风力发电机组中,由于直驱式风机具有结构简单、效率高、维护费用低、并网控制灵活以及优良的低电压穿越性能等优势,所以愈加受到关注.对比分析了目前直驱式变速恒频风力发电系统全功率并网变流器主电路拓扑结构,并得出了结论,双PWM变流器具有较广泛的应用价值.     

基于自适应锁相环的并网变流器暂态稳定提升策略研究

在弱电网发生故障下,并网变流器的锁相环容易与电网失去同步.因此,文中基于暂态能量函数模型提出一种自适应锁相环的控制策略,以提升变流器在弱电网下的暂态稳定性.首先,通过首次积分法建立了并网变流器的暂态能量函数模型,分析了变流器的暂态稳定性,并发现了由负阻尼带来的不利影响;然后,基于暂态稳定判据提出一种自适应锁相环控制策略,通过改变阻尼分布,从而扩大变流器的稳定域,实现提升变流器暂态稳定性的目的;最后,在MATLAB/Simulink不同工况下的仿真验证了所提暂态稳定性分析方法的正确性和所提改进锁相环的有效性.     

永磁外转子风力发电机的逆变并网特性

为了提高风力发电机并网运行性能,提出一种符合大功率直驱并网永磁风力发电机要求的变流器电路拓扑结构.针对现有永磁直驱风力发电系统并网方案,设计了不可控整流、升压斩波、正弦脉宽调制SPWM逆变电路的控制方案,并对电路中升压斩波电路和SPWM逆变控制系统结构进行了重点分析.采用Matlab/Simulink软件进行系统并网仿真,结果表明,该控制方法可满足风力发电机运行的需要,证明了该方法的可行性和正确性.     

大功率直驱风机并网技术的研究

直驱型风力发电系统主要由风力机、永磁同步发电机、电力电子变流系统以及控制系统等模块组成。变流器可以使发电机发出的能量更好并网,因此在直驱风力发电系统中占据重要地位。针对变流器主电路的设计进行了研究,首先,分别对机侧滤波器和网侧滤波器进行设计和计算,其次,选择传统的加Y电容的方法来抑制共模电压。最后,利用M ATLAB软件并结合傅里叶FFT加以分析,仿真结果中频率2 k Hz为谐波存在频率段,此频率段满足风机并网的技术条件,验证了设计方案的可行性。     

四象限变流器中新型SVPWM控制策略的研究

针对传统SVPWM控制策略运算复杂的特点,基于四象限变流器平台,介绍了一种无需坐标变换、三角函数计算、扇区判断的新型控制策略.建立数学模型进行了仿真分析,搭建了6kW三相变流器小型平台,对理论分析进行了验证.实验结果与理论分析结果能够很好地吻合,验证了该算法的可行性与有效性.相关思路可推广到多电平逆变器模型,进而应用到电动汽车、新能源发电等领域.     

大功率IGCT高压变流器的研究

通过对大功率集成门极换向晶闸管（IGCT）高压变流器的结构、控制系统、保护系统的研究，设计出一套7.5 MVA的基于集成门极换向晶闸管的高压三电平中点箝位（NPC）变流器.通过对几种常见的三电平NPC变流器的拓扑结构进行研究，选取了采用分散的缓冲吸收电路的结构方式.控制系统采用基于VME总线的VMIC核心系统，利用信号数字处理（DSP）控制板生成三电平电压空间矢量PWM调制脉冲.保护系统可以对变流器运行中的过压、过流等各种故障采取快速有效的保护措施.在变流器系统的性能试验中，最大直流母线电压达到5 000 V ，最大输出电流达到2 500 A.试验结果表明，该变流器达到了7.5 MVA的设计要求.     

双馈异步风力发电机矢量控制研究

根据交流励磁变速恒频风力发电系统的运行特性,将矢量控制技术应用于双馈异步风力发电机的控制.机侧变流器采用定子磁链定向矢量控制,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制,2个控制器共同作用,其工作状态根据双馈异步风力发电机的运行状态自由切换.试验结果表明:本控制方法能实现功率的双向流动,保证了双馈异步风力发电机稳定的并网运行.     

小型水电站的并网及操作

文章分析了接入地区电网的小型水电站的特点,介绍了小型水电站的正常并网和故障解列后并网恢复的操作方法。     

基于双派克变换的单相数字锁相环设计

针对单相并网变流器的同步问题,为了消除传统正交虚拟信号生成中的延迟环节,结合坐标变换,提出了一种基于双派克变换的无正交虚拟信号的同步单相锁相环设计方法。将单相信号作为派克变换的一相输入,另一相为零,通过两个派克变换,最终获得单相信号的频率和相位,并验证了算法的正确性。分析了基于双派克变换的数字锁相环系统结构;解决了数字系统初值优化的问题;设计了相应的压控振荡器和滤波器及双派克变换的程序结构,实现了系统的数字化设计。仿真和实验结果表明,所设计的基于双派克变换的数字锁相环可准确快速地实现锁相功能。     

适用于宽输入电压范围的变拓扑变流器

针对宽输入电压范围应用场合下的全电压范围内效率优化问题,提出变拓扑变流器的思想方法及其基本概念和主要性质,该变拓扑变流器不但兼顾了各种应用环境下变流器的综合性能,而且有效减小了变流器元器件总数、降低了成本并节省设计流程,从而达到电源模块标准化的既定要求.通过对拓扑对偶和同构性质的研究,提出变拓扑变流器的子电路寻求方式,并研究了最简切换实现电路的数学模型和切换策略.以2个应用在宽输入电压范围场合的变拓扑变流器样机为例,说明了变拓扑变流器概念和理论的正确性和有效性,验证了变拓扑变流器在宽输入电压范围下的性能提升以及在器件、控制策略兼容等方面所拥有的诸多实际益处.     

直驱型变速恒频风力发电系统建模及仿真分析

在PSCAD/EMTDC中建立了包含风速、风力机、直驱同步发电机、轴系扭振模块、变流器及其控制部分的并网直驱变速恒频风力发电系统模型,提出了基于最大风能跟踪控制结合变桨距控制的策略,研究了在变风速输入和网侧出现单相短路故障时直驱型变速恒频风力发电系统的动念响应特性,仿真结果表明了并网直驱风力发电系统模型及其控制策略的正确性和可行性.     

用USB接口为接入设备供电的解决方案及设计分析

为小型仪器提供接入方便、运行可靠的工作电源是小型仪器设计中很关键的一个环节.本文介绍了利用LTC4055专用模块设计一款利用USB接口为一些小型仪器设备提供工作电源的解决方案,并对该方案中,工作电源相互切换;充电电流优化控制;温度保护等几个主要环节从原理上进行了分析,对利用USB接口供电方案的多样化设计有一定的借鉴作用.     

并联谐振变流器电流断续模式的应用

 针对高压高频大功率应用场合高压变压器寄生参数对变流器工作过程的重要影响,变流器采用了谐振式工作方式,利用高压变压器的漏感和寄生电容组成了并联谐振网络.为了减小高频大功率条件下功率器件的开关损耗,采用断续电流模式,实现了功率器件的零电流开通和零电压零电流关断.通过对容性滤波并联谐振变流器断续电流模式的分析和数学描述,推导得到了变流器特性的解析表达式,详细分析了变流器的稳压和调压特性,分析结果为高压高频大功率应用场合变流器的设计提供了理论依据.构建了一台50 kV/22 kW的实验样机,通过实验验证了理论分析的正确性.     

扩散硅液位变送器测量系统的可靠性设计

以系统的可靠性为目标对扩散硅液位变送器测量系统进行综合设计和技术改进.通过对系统的软、硬件功能的合理分配和对关键技术难点解决方案的选择,以及兼容设计、降额设计、抗干扰设计等可靠性保障技术的应用提高了扩散硅液位变送器测量系统的测量精度和可靠性指标.这种方法成本低,仪器安装方便.同时,本文也为其他小型智能化仪表的可靠性保障设计提供了一种思路和方法.