晶闸管电子负荷在孤网频率振荡抑制中的应用

在电力系统运行过程中,出现大型负荷突然丢失而发电机调节能力不足时,系统频率升高,频率和功率发生振荡,甚至会导致系统崩溃。在只有数台发电机的孤岛供电系统中,发电机调节能力有限,常规负荷需要担任生产任务,并不能参与调频,故孤网系统缺乏有效的调频手段。文中提出一种基于晶闸管控制的电子负荷装置,对其工作原理、孤网频率振荡抑制机理和控制策略进行分析,基于实时数字仿真系统(RTDS)研究不同参数下电子负荷装置在频率振荡抑制方面的效果。研究表明,采用电子负荷装置可以通过负荷动态控制参与一次调频,为孤网频率振荡抑制提供了新的思路。     

孤岛方式下MMC长电缆连接点的高次谐波测试

MMC是柔性直流配网与交流电网电能转换的核心设备。对变流器交流并网点开展电能质量测试,验证了正常运行下变流器波形质量良好。但孤岛模式弱电网运行条件下,经长距离电缆并网的交流并网点存在超高次谐波谐振现象,并严重劣化了电压波形。本文建立了变流器-长电缆-负载的小系统数学模型,对高频谐波传导的内在机理进行研究。使用Numpy、Scipy等Python开源软件包进行数值分析,论证发生高频谐振的必要前提条件是弱电网,推导了求解固有谐振频率长缆弱网特征方程;得到随着电缆长度增加、桥臂电抗器阻抗增加谐振频率降低等规律;理论计算结果与现场实测结果基本一致。建议长电缆并网的MMC换流器宜在电缆对侧加装高频滤波器抑制弱电网运行的谐波放大。     

高速铁路高通滤波器接入位置研究

目前我国高速铁路普遍采用高通滤波器来抑制牵引网谐振及机车谐波电流放大现象,但是研究多局限于高通滤波器的改进上,忽视了滤波器接入位置对谐波抑制及电流放大倍数的影响。推导了高通滤波器接入高速铁路不同位置时,由牵引变电所处看进去的牵引供电系统谐波阻抗及电流放大倍数的数学表达式。在此基础上讨论了牵引供电系统谐波阻抗模值、谐振频率点及电流放大倍数在高通滤波器接入牵引网不同位置时与高通滤波器种类、机车所在位置的关系。研究表明,高通滤波器接入机车时有最好的谐波抑制效果与最小的电流放大倍数。     

含双馈感应发电机及并联型储能系统的孤网运行控制策略

储能系统的接入是实现含分布式电源(如风电、光伏发电)孤网稳定运行的有效方式之一。文中分析了孤网系统稳定运行与能量供求平衡的机理,提出了适用于含双馈感应发电机(DFIG)及并联型储能系统(P-BESS)的孤网的能量平衡关系及分层协调控制策略:系统主控制和本地控制。同时,分析了孤网运行状态及P-BESS的工作原理,提出了适用于孤网运行的系统协调控制策略及P-BESS控制策略,建立了系统仿真模型,开发了含DFIG及P-BESS的孤网供电实验平台。仿真和实验结果表明,在风速变化及不同带载情况下,该系统都能维持公共母线电压和频率在一定范围内,且能高效、稳定运行。     

三电平有源滤波器在电压源型负载系统中的仿真和应用

为了解决有源滤波器用于电压源型负载系统时出现的谐波放大问题,本文提出在电压源型负载输入侧增加输入电抗的方法.结合某化工厂实际应用系统,先从理论上分析增加输入电抗对谐波放大系数的影响;然后借助PSIM仿真软件搭建三电平有源滤波器在该系统的应用仿真模型,分别对不同电感下的谐波放大系数进行仿真.最终结合现场实际情况确定了最优的输入电抗参数,有效抑制了谐波放大现象,实现了三电平有源滤波器在该电压源型负载系统中的合理应用.     

有源滤波器就近补偿对邻近负载的影响

为保证系统安全运行,主要研究了并联型电力有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)就近补偿对同一配电网系统中邻近负载影响的问题。采用等效电路的方法研究了各种非线性负载组合情况下,SAPF就近补偿投入前后邻近负载谐波电流的变化,并对谐波电流进行了公式推导。研究发现,SAPF在就近补偿时,系统有发生谐振以及邻近负载的谐波电流有发生放大的可能;在此基础上,从系统结构和控制策略两方面采用不同的措施来抑制谐波放大与避免谐振的发生。最后,在Simulink中搭建基于PI调节的指定次谐波无静差控制的SAPF仿真模型与实验,验证了上述分析的正确性。     

基于脉宽调制的DFIG并网谐波/间谐波幅频特性分析

双馈感应发电机(DFIG)并网存在谐波/间谐波发射问题。文中采用DFIG理想阻抗模型与脉宽调制(PWM)开关函数,推导了背靠背双PWM变流器系统引起的输出端谐波/间谐波电压解析式。考虑滤波器结构及发电机异步特性的影响,推导了换流器直流电压为输入的DFIG并网谐波/间谐波电流的幅值和频率解析式,揭示了DFIG背靠背换流器调制谐波/间谐波的产生机理。针对实际运行工况,获得了背景谐波条件下DFIG谐波/间谐波的典型发射特性。最后,通过PSCAD仿真及某风电场风机实测数据验证了所推导解析表达式和机理特性分析的准确性。     

甘南电网孤网运行电压及其频率控制研究

水电群由于故障并网断路器跳闸后与主网裂解形成孤网时,孤网区域内负荷功率极低导致系统功率大量过剩,从而引起频率和电压的大幅变化。针对甘南孤网运行出现的问题,根据甘南电网实际运行情况制定出合理的切机方案从而抑制孤网高频,并通过投切电抗器和发电机进相运行来控制电压变化。利用PSASP对控制方案进行了仿真验证,结果表明,在合理的控制策略下甘南电网可以维持孤网运行时的稳定。     

基于阻波高通滤波器的高速铁路谐振抑制方案

高速铁路系统中交直交机车产生的高次谐波可能会引发牵引网谐振和谐波电流放大,严重影响高速机车的安全稳定运行。分析了牵引网谐振的引发机制,针对高速铁路系统提出一种可滤除高次谐波和抑制谐振的新型阻波高通滤波器。该阻波高通滤波器由电容器和电抗器并联后,再与电阻串联构成。在工频下,该阻波高通滤波器为开路状态,阻止工频电流流过;在高频下,该阻波高通滤波器呈现低阻抗,具有高通性。试验结果表明,所提高通滤波器在工频下具有极高阻抗;在高频下呈现低阻抗,可滤除高次谐波,抑制牵引网谐振。     

新型整流变压器及其滤波系统的运行参数特性分析

新型整流变压器及其滤波系统由网侧、阀侧绕组,独立滤波绕组及与之相连的滤波器组构成,其特殊的滤波支路能够在滤波和无功补偿的同时改善变压器的运行特性。首先推导以谐波抑制因子为表达方式的谐波电流抑制模型以考察谐波传递情况;然后构建网侧绕组电流和负载电流之间的数学关系,藉此研究无功补偿特性,并分析相关的运行参数;之后建立阀侧电压与网侧电压的数学关系,以研究滤波器对阀侧电压的影响。理论分析表明,新型整流变压器及其滤波系统可以有效抑制谐波,降低网侧电流和视在功率,提高网侧功率因数并增加负载电压。实际应用在工业直流供电系统中的新型整流变压器的现场实测结果,验证了理论分析的正确性。该文更全面地揭示了新型整流变压器能改善整流系统的运行特性,所推导的数学模型将为新型整流变压器在降噪节能等方面的进一步研究提供理论依据。     

D-STATCOM并联补偿非线性负载谐波特性研究

D-STATCOM具有良好的无功补偿和谐波抑制能力,在电力系统中得到广泛运用。D-STATCOM并网运行时会放大负载谐波电流,限制了D-STATCOM的使用范围。为充分发挥D-STATCOM的优越性能,减小其对负载谐波电流的放大效应,利用等效电路方法对D-STATCOM补偿非线性负载系统进行分析。对于电压源型非线性负载,等效阻抗随谐波次数的增加急剧减小使谐波放大效应更加严重。采用串联电抗器的方法能有效降低负载高次谐波的等效阻抗,从而抑制谐波放大效应。Matlab仿真结果表明:受谐波放大效应的影响,若不采取限制负载高次谐波的措施D-STACOM补偿效果较差,串联电抗器能有效抑制谐波放大效应,显著提高DSTATCOM补偿性能。     

单独注入式有源电力滤波器的控制分析

根据某厂谐波治理工程对谐波抑制及无功功率补偿的要求,提出采用大功率单独注入式有源电力滤波器方案,分析了其拓扑结构和特点,建立控制系统方程,并从稳态控制和动态控制对其进行稳定控制机理研究,比较了根据滤波支路谐波电流、电源谐波电流、负载谐波电流、负载谐波电压进行控制的4种动态控制策略。对工况复杂、谐波电流变化较大的应用场合,最终选择根据负载谐波电流来控制逆变器输出电压的有源电力滤波器控制策略,并通过实验验证了其较好的滤波效果。     

基于虚拟同步发电机技术的微电网孤网运行控制策略

微电网孤网运行时,由于没有大电网做后背支撑,其静态稳定性和暂态稳定性都较差。为了解决该问题,本文提出一种基于逆变型电源的虚拟同步发电机技术,让分布式电源能对微电网提供稳定的电压和频率。借鉴传统同步发电机的相关特性,建立虚拟同步发电机模型,研究虚拟同步发电机有功功率和无功功率的控制策略。针对微电网孤网运行情况下的稳定状态和切负荷过程进行仿真和实验,通过分析系统电压电流的变化情况以及虚拟同步发电机输出功率的响应速度和超调量,判断应用虚拟同步发电机技术的微电网在孤网运行情况下稳定性的好坏。实验证明:所提的控制策略能够保证微电网在孤网运行情况下的稳定性,具有较好的实用性。     

基于谐波载波海浪发电技术的设计

海浪发电系统中的电网为海岛孤网,电网负载多为非线性负载且负载经常变化,会产生多次谐波污染电网并引起电网不平衡。传统有源电力滤波器进行谐波处理只能对电网负载谐波源引起的谐波进行处理,忽略了模型器件本身和计算误差引起的谐波,谐波治理效果差。在传统的有源滤波的基础上,基于瞬时无功功率理论和模糊控制理论,采用了模糊控制策略和谐波载波的方式,加入了谐波误差控制环节,能更好地消除谐波,并用Matlab进行仿真,仿真结果验证了方案的正确性和可行性。     

混合负载下基于虚拟振荡器控制的离网逆变器控制策略研究

虚拟振荡器控制(virtual oscillator control, VOC)策略是一种新型分布式控制方法,在离网和并网逆变器中具有巨大的应用潜力。然而,当负载变化及非线性不平衡负载接入系统时,基于VOC的离网逆变器系统会存在频率偏差和谐波问题。针对上述不足,通过分析混合负载对电力系统造成的影响,提出一种改进的VOC策略,并引入电压、电流正负序分离技术,设计了二次频率补偿器。同时改进了电压电流双闭环控制结构,进一步提高了系统抑制谐波的能力。在Matlab/Simulink平台中搭建了离网逆变器系统仿真模型。通过与传统VOC进行对比,验证了所提控制策略在解决频率偏差和抑制谐波问题中的有效性。     

独立小容量电网谐波抑制技术研究

分析了有源滤波器与无源滤波器的工作原理,针对独立小容量电网频率波动范围大、系统阻抗不可忽略且脉冲型谐波对系统影响大的特点,提出使用有源滤波器作为独立小容量电网的滤波手段。Matlab仿真验证了有源滤波器在独立小容量系统谐波抑制中的正确性和有效性,选用柴油机作为小容量电源带谐波负载进行实验测量分析,结果表明有源滤波器作为小容量系统的滤波手段,能够有效滤除谐波。     

并联型APF在容性非线性负载中应用

在分析大电容滤波整流负载线电流谐波特性的基础上,揭示了并联型有源电力滤波器(SAPF)不适合补偿电压型谐波源的原因,运用间歇谐振机理阐明了SAPF补偿电压型谐波时,负载电流峰值变大的原因.提出了2类解决方法:对原需滤波系统进行改造,改变原系统的谐振频率范围;或者对SAPF进行改进,变原来的宽带补偿为有限带宽补偿,有选择谐波次数的补偿.采用所提方法后,SAPF运行在含有容性非线性负载场合时,可以有效地保证负载交流侧电流峰值不增大,同时有效地抑制电网中的谐波电流.仿真结果证明了所提方法的正确性和可行性.     

考虑频率波动的水电孤网发电机自励磁研究

分析了发电机自励磁的物理过程,采用计及线路感抗的线路模型从理论上深入研究了频率对发电机自励磁的影响,推导出了发电机带空载长线时发生自励磁的临界频率表达式,指出当孤网频率超过临界频率的情况下,系统可能由正常状态过渡到发生自励磁的运行状态;并在临界频率的基础上推导出发电机在考虑自励磁后缩小了的运行极限,为避免水电机组孤网运行产生自励磁现象提供了理论依据。采用PSCAD／EMTDC进行仿真,仿真结果证明了所得结论的正确性。     

高于额定频率的单缸压缩机谐波振动自动补偿控制技术研究

研究并分析了单缸压缩机高于额定频率时的振动噪声产生的基本机理。以机理分析、理论推导作为设计基础,将伺服电控领域的电流谐波抑制技术引入单缸压缩机运行在高于额定频率时的振动谐波的自动补偿方案。结合压缩机实际负载特性和驱动系统特性,深入分析振动谐波抑制方法系统函数和控制框图,并进一步给出了优化控制参数的具体设计方法。最后,使用Simulink软件,设计了单缸压缩机高于额定频率的电流谐波自动补偿方案的模型,仿真试验中,3次谐波的频谱分析结构从36.8 dB降低到了11.5 dB,仿真结果及实验测试数据的对比验证了单缸压缩机在高于额定频率时的电流谐波自动补偿方案的有效性;并进行了实验验证,明确了算法有效性。     

适用于船舶微电网的直流有源滤波器研究

在船舶微电网中,一些直流敏感负载对纹波的要求极高,为此,提出基于直流有源滤波器(DC-APF)的船舶微电网纹波抑制方法。在基于48脉波整流发电机的船舶微电网系统下,设计了适用于该系统的DC-APF模型。为实现对高频谐波的抑制,解决系统频率发生变化时DC-APF的补偿效果问题,提出了基于自适应准比例谐振(PR)和比例积分(PI)复合控制的电流跟踪方法。为解决负载变化时DC-APF的直流侧电压的稳定问题,采用双有源桥(DAB)变换器来维持直流侧电压稳定。仿真和实验结果表明,在基于48脉波整流的船舶微电网系统下,所提策略能够使DC-APF在稳态、谐波频率变化以及负载变化时均保持良好的补偿效果,同时其直流侧电压始终保持相对稳定。