电网电压不平衡下链式STATCOM控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在电网电压不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在电网电压不平衡时正序和负序环境下的非线性解耦控制方程,提出一种不平衡环境下链式STATCOM的反馈线性化滑模控制方法,通过引入精确反馈线性化方法实现正负序完全解耦,为降低滑动模态上的抖动,引入一种新的指数趋近律完成滑模控制器设计,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流。仿真和实验表明,该方法能有效地解决链式STATCOM在不平衡环境下的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

负载不平衡条件下MMC-STATCOM补偿策略研究

文中介绍了静止同步补偿器(STATCOM)在电网中的无功补偿原理及电压补偿原理,针对传统STATCOM拓扑电平数提升困难问题,采用了模块化多电平换流器(MMC)拓扑的STATCOM补偿负载不平衡条件下的电压。针对传统平衡条件下的控制策略在负载不平衡时控制效果较差的问题,在正负序模型下对此无功补偿器进行分析并提出了采用将电压和电流分成正序和负序分别控制的分序控制策略,用解耦双同步参考坐标系的锁相环技术锁住公共连接点处电压,同时对MMC子模块电容电压平衡采用分布式控制,最后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建五电平静止无功补偿器,通过仿真验证了分序控制策略和子模块电容电压分布式控制策略的有效性。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器控制

在直驱风力发电系统控制中,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制策略,因此快速而准确地检测电网基波电压的大小和相位在网侧变流器同步化设计中是很关键的。介绍基于对称分量法的同步坐标系锁相方法和双同步坐标系解耦锁相方法;研究在不平衡电网电压下变流器中使用的2种不同电流控制器的性能,这2种控制器是基于正参考坐标系和负序分量前馈控制(VCCF)的电流控制器和基于正负序参考坐标系(DVCC)的双电流控制器。仿真和实验结果表明:在电网电压出现不平衡时,精确地检测电网电压基波的正、负序分量并且使用正负序旋转坐标系下双电流控制策略,在网侧变流器控制中起到了一个很关键的作用。     

负载不平衡环境下链式STATCOM的控制方法

正针对负载不平衡环境下链式静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,建立了其不平衡条件下正序、负序数学模型,构建了正序及负序环境下链式STATCOM的神经元解耦控制模型,提出一种基于神经元解耦的负载不平衡下链式STATCOM的正序-负序双环控制方法,正序控制环控制STATCOM装置补偿负载所需无功,负序控制环补偿负载不平衡情况下的负序电流,引入神经网络提高系统响应速度及控制准确度。采用主从控制方案实现控制要求,主控制器用于实现负载不平衡下正序-负序双环控制算法;从控制器利用有功电压均等分配的控制方法来实现各模块直流侧电容电压平衡。仿真与实验表明:该方法可以有效地解决链式STATCOM对不平衡负载的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略

在电网不平衡条件下,三相Vienna整流器多数采用网侧电压延迟90°或正负序分离法实现对正负序分量进行控制,而对正负序分量分别控制会增加控制系统复杂性并降低控制效果。为此提出了一种电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略,通过对网侧电压进行重构,使输入至内环的参考电压为平衡电压,实现Vienna整流器的稳定运行。电流内环采用将多个准比例谐振控制器级联,可实现电流控制器的无静差跟踪并抑制多次谐波分量,提高网侧输入电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)。直流侧电压外环采用滑模变控制,克服了PI控制器参数整定复杂与高超调量等问题。同时,在电网不平衡条件下也具有良好的暂态、稳态性能。最后,在Simulink中进行仿真分析并搭建实验平台进行验证。结果表明,该控制策略减小了网侧输入电流的谐波含量,且提高了Vienna整流器的抗干扰性能,具有良好的鲁棒性与稳定性。     

电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构,因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动,设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离,然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中,通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律,有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

无功和三相负荷不平衡的序分量法补偿控制

将静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)并入电网来补偿无功功率和配电网三相负荷不平衡。通过对称分量法和叠加原理,对配电网三相负荷不平衡情况下正序、负序等效电路进行分析,提出一种新的正、负序补偿电流叠加补偿控制方法。正序控制环采用δ-θ控制,实现配电网无功功率补偿和保持STATCOM直流侧电压稳定;负序控制环采用φ-θ控制,实现STATCOM补偿三相负荷不平衡产生的负序电流,使电网侧三相负荷保持平衡。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地补偿电网无功功率和三相负荷不平衡。     

负载不平衡下链式STATCOM的控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在负载不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在负载不平衡时正序和负序环境下的反馈线性化解耦控制方程,提出一种基于反馈线性化与重复控制相结合的负载不平衡下链式STATCOM双环叠加控制方法,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流,引入重复控制抑制装置本身产生低次谐波和扰动。采用主从控制方案实现控制要求,主控制器用于实现系统不平衡下双环叠加控制算法;从控制器利用有功电流均等分配来控制直流侧电容电压平衡。仿真和实验表明:该方法可以有效地解决链式STATCOM对不平衡负载的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

不平衡电压下利用降阶谐振控制器的新型VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)在电网电压不平衡条件下逆变器输出电流存在严重畸变和有功、无功功率存在振荡等问题,利用比例积分降阶谐振(PI-ROR)控制器对传统不平衡电压下VSG控制策略进行改进。PI-ROR控制器不需进行电流、电压正负序分离计算就可实现对负序分量的无差控制,因而可将正序、负序电流放到同一dq轴上进行统一控制,与传统的正负序分别控制相比,不仅降低了电流环控制结构的复杂程度还避免了大量正负分离计算带来的控制延时。通过仿真证明PI-ROR控制器与恒有功、恒无功及电流平衡3种控制目标结合,可改善VSG在不平衡电压条件下的稳态、暂态性能。     

改善电能质量的电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略

基于两相静止(αβ)坐标设计交流电网不平衡条件下电压源换流器高压直流输电(voltage source convener based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的双矢量电流及谐波补偿控制(αβ-dual vector current & harmonic compensation controller,αβ-DVCC&HC)方案,实现抑制直流电压2倍频波动及减小交流电流谐波的控制目标.在电流控制环中无须电流及电压正负序分解,改善了传统dq坐标双矢量电流控制(dq-dual vector current controller,dq-DVCC)策略因正负序分解带来的稳定及动态性能方面的问题,避免了电流控制环中引入3次交流谐波的可能性,显著降低了不平衡电网交流谐波电流.同时为了减小功率脉动对另一侧正常运行电网电能质量的影响,在电流控制环中加入3次谐波补偿,提高了电能质量.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC模型及αβ-DVCC&HC控制器,仿真结论表明本文控制策略的有效性.     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分析结果表明,交流侧电压扰动经交流侧输入导纳产生扰动电流,直流电压控制环对直流侧电压扰动的闭环控制也会产生扰动电流,2个扰动电流共同经直流侧输入阻抗形成直流侧电压扰动.采用经低通滤波的系统电压全前馈控制以及系统电压部分前馈控制策略进行实验验证,实验结果表明所提方法可以准确地分析交流系统故障下直流侧电压扰动水平.     

三相电压不平衡下级联STATCOM的控制方法

针对三相电压不平衡下级联静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,分析了级联STATCOM在三相电压不平衡时的工作特性,指出可以通过让级联STATCOM输出负序电压的办法来保证接入点的电压平衡。详细推导了系统在正序和负序环境下的解耦控制方程,提出一种新的正序—负序解耦脉宽调制的控制方法,分析了其两种工作模式:无功功率补偿模式和电压控制模式。级联STATCOM上层采用正序—负序解耦控制;下层采用能量平衡的控制策略保证各模块直流侧电容电压平衡。仿真和实验表明,该方法可以有效地解决级联STATCOM在三相电压不平衡下的安全运行问题,使得其在抵御一定的不平衡电压的同时具有较快的无功功率补偿特性,实现其最大化利用。     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

三相电压型PWM整流器不平衡控制虚拟导纳法

输入电压不平衡会导致三相电压型PWM整流器谐波增加、损耗增大,严重时可以烧坏整流器。针对传统的解决方案结构较复杂、运算量大,提出虚拟导纳控制法。根据三相电压型PWM整流器不平衡时瞬时功率平衡理论,找到虚拟导纳这一核心控制量,引入可实现电流无静差控制的广义积分器,形成两相静止坐标系下电流控制简化方法,由此设计了虚拟导纳控制系统。通过Matlab仿真和实验验证表明该控制方法不仅性能稳定,实现三相电压不平衡时电压无波纹控制和实时可控的功率因数,而且不需要对正负序电流进行独立检测,提高了系统的快速性。引入的广义积分器具有的简单离散迭代算法也大幅减少了计算量。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

负载不平衡下D-STATCOM控制策略的仿真研究

通过分析建立配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)在负载不平衡时各序等效电路中的数学模型,提出了将反馈线性化同时应用于正序、负序模型的控制策略。针对三相三线制下负载不平衡时电流可分解为正、负序分量的特点,分别在正、负序同步旋转坐标下进行补偿。其中,正序控制使装置发出负载需要的无功电流,提高功率因数;负序控制用于补偿由于负载不平衡出现的负序电流,从而使电网侧电流平衡达到国标要求。最后在PSCAD中搭建了10 Mvar/10 kV D-STATCOM系统进行仿真验证,证明了该控制策略补偿负载不平衡的同时能发出满足要求的无功功率,并且在电网侧出现超过国标的不平衡时仍能达到较理想的效果,显示出此控制策略的有效性。     

Extensive Application of UPQC-L for a Dual Point of Common Coupling System with Multiple Loads under Unbalanced Source Condition

Abstract—This paper presents a synchronous reference frame (SRF)-based power angle control (PAC) approach for a specific unified power quality conditioner (UPQC) arrangement, termed as UPQC-L for dual point of common coupling system under unbalanced source voltage condition. In contrast to a conventional configuration of UPQC, the static compensator (STATCOM) part is on left side of UPQC-L, while dynamic voltage restorer (DVR) is on the right side. The UPQC-L configuration is specifically adapted for protection of sensitive and critical load types from voltage disturbances. Along with its basic compensation capability of current harmonic compensation and voltage compensation, it efficiently handles reactive power demand from sensitive load. This is achieved with the introduction of PAC concept for effective sharing of reactive power between STATCOM and DVR. The extraction of instantaneous power angle faces difficulty with unbalanced voltage and UPQC-L configuration. Thus, the control algorithm for UPQC-L is designed based on SRF and numerical analysis approach with equal reactive power sharing phenomena by STATCOM and DVR of UPQC-L. UPQC-L with the proposed control approach is successfully implemented in MATLAB/SIMULINK (The Mathworks, Inc. USA) and verified experimentally for mitigation of voltage disturbances (such as sag/swell, unbalancing, and harmonics), current harmonics, and high-reactive power demand.     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。