级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法

直流侧各模块电容电压的稳定控制是保证级联H桥静止无功发生器(static var generator,SVG)正常运行的重要条件。推导了级联H桥SVG与电网交换的有功功率数学模型,得出了相间与相内各模块吸收有功功率的关系,总结了相内各模块直流侧电容电压不均衡的原因。为解决由脉冲延时造成的级联H桥SVG直流侧电容电压不平衡,提出了在全局调制信号的基础上叠加一个与补偿电流同向的有功电压来动态调节各模块有功功率的方法,并运用有功–无功解耦全局控制策略保证SVG设备实时无功补偿。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

静止无功发生器的设计与运行问题

本文指出静止无功发生器SVG在设计与运行方面存在着一些问题:SVG装置的控制方案选择不当,导致SVG装置无法满足电力系统功角稳定和电压稳定的要求;SVG装置直流侧电容选择不当,影响SVG装置的性能;H桥级联型SVG装置直流侧电容电压不平衡,导致SVG过电流;SVG装置启动与并网存在的问题。并对上述存在的问题进行分析,提出解决问题的方法。     

网压不对称H桥级联APF直流侧电压的控制

H桥级联的拓扑结构存在直流侧电容电压不平衡的问题,特别是在网压不对称的工况下,不平衡尤为严重,影响到系统的正常运行。针对级联H桥拓扑存在的直流侧电压不平衡问题,提出一种总体、相间和相内三层电压控制策略。通过建立并分析级联H桥APF功率交换模型,找到相间、相内直流侧电压不均衡的原因。通过基波有功电流保持总体电压的稳定;通过在交流侧加入负序电压实现了三相之间功率的重新分配以实现直流侧电压的平衡;在交流侧引入一个电压矢量以实现相内电压的均衡,使得装置可以在网压不平衡工况下正常运行。最后,通过仿真和实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

不平衡工况下星形级联SVG的补偿分析

星形级联静止无功发生器(SVG)在补偿不平衡负载时,通常采用零序电压注入法来维持直流侧相间平衡,由于相间平衡的前提是SVG输出电压需与输出电流相垂直,故其相量内积为零,则可通过待定系数法简单直接地求出所需的零序电压:在此基础上可以进一步确认星接SVG的不平衡补偿范围,SVG直流侧电压的大小对不平衡补偿范围有着重要意义;...     

基于分层控制的级联H桥型APF直流电容电压平衡控制策略

直流侧电容电压均衡一直是级联H桥型变流器拓扑研究很重要的一方面,也是装置安全可靠运行的关键技术。在分层控制的架构上,提出了改进的有功电压矢量叠加法。上下层分别叠加有功直流分量和有功电压矢量,最终对单链节吸收的瞬时有功功率进行调节来实现直流侧电压平衡。仿真结果表明,采用上述的控制方法,直流侧电压不平衡问题得到了很好的改善,且具有良好的动态响应特性。     

一种单相级联型SVG的改进电流控制方法

单相级联型静止无功发生器(SVG)作为一种理想的动态无功补偿装置,快速的电流跟踪速度及直流侧电压平衡是其控制的难点。提出了单相级联型SVG的整体控制策略,针对传统单相电流跟踪控制存在的不足,改进传统电流内环解耦方法中的电流延时构造方法,两相静止坐标系中卢轴电流分量直接由与实际电路等效的虚拟卢轴闭环控制得到,在d,q旋转坐标系下采用PI控制即可实现无功电流指令的快速无静差跟踪,提高了系统的动态响应速度;采用电压排序的直流侧电压平衡控制方法,保证了级联型SVG正常工作模式下各模块间的直流侧电压平衡。搭建了仿真平台及实验样机,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

一种改进型级联H桥型变流器的调制策略研究

五电平级联H桥型变流器在高压大容量场合得到了广泛应用.各级直流侧电压出现不平衡现象会导致变流器的输出波形发生畸变,谐波特性恶化;另一方面,一些混合型级联H桥型变流器中,各级直流母线电压亦不同.在此以五电子级联H桥型变流器为研究对象,研究了其在直流侧电压不平衡时的脉冲模型,并提出了相应的调制策略.实验结果表明了理论分析的正确性和所提调制方法的有效性.同时,所提出的脉冲模型和调制策略还可推广到多级H桥级联和混合式级联H桥型变流器中,有较强的推广性和实用性.     

兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略

针对三相级联H桥STATCOM传统三层电容电压平衡控制中,相间电压均衡控制动态性能较差,易对电网造成污染等问题,提出了一种基于模型预测控制兼顾电压波动抑制的相间电压平衡策略。与传统控制相比,该控制策略构建了包含相间电压均衡与直流侧波动抑制的新型价值函数,并基于此函数动态调节注入的零序电压,利用零序电压在剩余调制电压区间内连续的特点,提高级联H桥STATCOM相间平衡的动态性能,同时在一定程度上抑制了直流侧电容电压的波动。所提零序电压注入方案利用系统的剩余调制电压,使系统无需对注入的零序电压进行限幅处理,有效避免过调制问题,简化了控制系统。在五电平星型级联H桥STATCOM实验平台上进行实验验证,结果表明基于模型预测控制的级联H桥STATCOM相间电压均衡方案在提升相间均压的动态性能与直流侧电压波动抑制方面具有显著效果。     

中压级联SVG直流侧电压均衡控制策略

基于H桥级联多电平SVG是目前中压领域有效补偿无功电流的最佳方案之一,而如何保持其直流侧电压平衡的问题却成为其应用在中压场合的一个难点。为此,建立了中压级联SVG的数学模型和详细推导了它的波动过程,并提出了一种分层控制电压均衡的新方法。上层控制主要是在改进的瞬时无功检测算法基础上,根据自适应PI参数实时地调节有功电流指令,进而保持全局稳压和相间均压;下层均压控制则在上层控制基础上补偿一个基于单位化电流的调制波微调量,从而实现每相各单元电压均衡。最后仿真和实验结果表明,该控制方法可有效地应用于中压SVG领域。     

配电网无功补偿中的平均功率平衡控制

针对配电网的无功补偿问题,选取级联H桥型静止同步补偿器(STATCOM)的星形主电路为研究对象,提出了一种通过直流侧电压分层控制来实现系统平均功率平衡控制的方法。为此,建立了级联H桥型STATCOM的数学模型并分析了系统的功率交换过程。结果表明,只要对系统相电压和相电流的正序、负序分量进行合理控制,即可实现该型STATCOM的直流侧电压平衡和无功动态补偿。所提方法基于这一认识而提出,该方法以平均有功功率和平均无功功率为控制量,控制产生系统的参考补偿电流,并将其正序、负序分量与实际补偿电流的对应分量比较后得到调制信号。仿真分析表明,该方法在直流侧电压的平衡控制和系统的无功动态跟踪方面都具有良好的效果。     

零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制

级联型并网逆变器可以无变压器并入高压电网,并且具有容量大、效率高等特点,对配合可再生能源大规模并网和增强电力系统稳定性具有重要的意义。但级联结构中存在直流侧平衡问题,这严重影响到装置的输出性能和可靠性。针对三相星型结构中的相间直流侧不平衡,在并网逆变器注入零序和负序电压的情况下,推导出其各相有功功率的数学模型并对比功率调节能力,提出一种结合零序和负序电压注入的相间直流侧平衡控制方法及其适用条件,较好地解决了直流侧平衡问题,兼顾了装置性能和功率调节能力。通过仿真和实验验证了该方法的有效性和可行性,实验结果表明,该方法即使在电网电压不平衡的条件下,也可以保证相间直流侧平衡。     

补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

针对由中点钳位型(neutral-point clamped, NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge, CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator, HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。     

基于三相串联半H桥型MMC的HVDC换流站研究

提出一种基于三相串联半H桥型MMC的HVDC换流站模型,在承受相同直流电压的情况下,其开关器件数目只有传统MMC的1/3,经济性显著。首先分析半H桥型MMC的运行原理,提出其等效模型及直流侧电容的确定准则;然后建立三相串联半H桥型MMC换流站基于交流有功功率平衡的控制系统,解决了其在交流故障下安全稳定运行的问题,同时提出附加直流侧电压控制方法,改善了直流侧相间电压平衡;最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提三相串联半H桥型MMC换流站良好的交流故障穿越能力。     

一种星接H桥级联型SVG直流侧电压均衡控制方法研究

对星接H桥级联型静止无功发生器(SVG)直流侧电压均衡控制进行了深入研究,建立了三层直流侧电压均衡控制系统。第一层为总直流侧电压控制,通过产生基波正序有功电流维持三相所有H桥模块直流侧电压之和恒定。第二层为三相之间均衡控制,通过在变流器指令电压中注入零序电压实现三相功率的再分配,从而实现三相均衡;在该方法中,通过对H桥级联型SVG的输出电压和输出电流产生的功率进行前馈,以达到快速地动态调节。第三层为每相内部各模块均衡控制,通过沿电流方向微调每相各模块指令电压,使各H桥模块吸收的功率重新分配,进而保证相内所有H桥模块直流侧电压值等于给定值。最后通过实验验证了该控制方法的正确性和可靠性。     

基于三维空间矢量的三角形联结级联SVG直流侧电压控制方法研究

三角形联结级联H桥拓扑静止无功发生器(SVG)能够动态补偿无功负序功率,提高功率因数,抑制电压闪变和波动,改善电网电能质量,近年来得到了广泛研究。对于级联H桥结构的静止无功发生器,其直流侧电压控制问题一直是研究的热点问题。空间矢量调制相对于载波调制,便于微机实时控制,具有电压利用率高和开关损耗小等特点。基于空间矢量调制的直流侧电压控制的方法在三角形联结级联H桥还没有应用。提出了基于三维空间矢量的直流侧电压三层控制结构:第一层为总的直流侧电压控制;第二层为相间均压控制,将每一相视为一个H桥,三相之间采用三维空间矢量法,在开关周期内通过能量函数选择合适的零序分量注入调制波中产生零序电流,实现三相之间的实时均衡控制;第三层为模块间均压控制,实现每相内部各H桥模块直流侧电压等于给定值。基于三维空间矢量的零序电流选择方法能够在单位开关周期内产生零序分量,从而产生任意次零序电流实现对直流侧电压控制,具有较快的动态响应速度,仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

级联H桥型SVG的控制策略研究

针对静止无功发生器(static var generator,SVG)在无功补偿时存在直流侧电压不平衡和系统不稳定性等问题,在级联型H桥逆变器的基础上,建立了星型链式SVG的数学模型,构建了双闭环控制系统,其中电流内环采用PI解耦控制,电压外环采用分层控制,解决了直流侧电容电压的平衡问题,实现了系统的稳定工作。最后,在MATLAB/Simulink中构建了系统的仿真模型。仿真结果表明,所提出的控制方法具有较好的补偿效果和快速的动态性能。     

一种单相级联H桥整流器电压快速平衡方法

无工频变压器牵引传动系统是实现高速动车组轻量化的有效方式与发展趋势,以解决其前端单相级联H桥整流器(CHBR)直流侧电容电压不平衡问题为研究目标,开展以实现负载严重不对称情况下直流侧电压快速平衡的控制方法研究。分析了已有典型直流侧电压平衡控制方法的缺点,提出了一种基于电压补偿分量注入的单极性载波移相脉宽调制(CPSPWM-VOI)算法,该算法易于扩展到多个H桥级联的情况。与已有典型直流侧电压平衡控制方法对比,该方法具有更快的直流侧电压平衡速度和更强的直流侧电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性及理论分析的正确性。     

基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG的研究

为了使级联SVG降低开关损耗、减小谐波含量,提出了PAM(Pulse Amplitude Modulation)+PWM(Pulse Width Modulation)调制策略。四个H桥级联构成PAM单元,各H桥都工作于基频开关频率下,开关损耗较低。第五个H桥构成PWM单元,PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿,极大地降低了电压电流畸变率,提高装置输出电流的质量。PAM单元直流侧采用脉冲轮换策略,有效地抑制了直流侧电压的不平衡。PWM单元采用电流直接控制策略,响应速度快,控制精度高。最后在Matlab/Simulink中建立级联SVG仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

H桥级联STATCOM直流侧电压控制新方法

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)各模块不一致工作状态下容易导致直流侧电压不平衡的问题,提出了一种新的直流侧电压分级控制方法。分析H桥模块(HBI)级联电平叠加方式,建立起H桥级联STATCOM动态工作特性及电流内环前馈解耦控制策略的数学模型,深入研究了H桥级联STATCOM与电力系统的功率交换机理和正负序电流的特征,在此基础上,运用正序电流控制STATCOM总体电压平衡、负序电流实现STATCOM各相变流电路直流侧间的电压平衡控制,通过调节HBI的交流输出电压幅值和与电流的相位差使各HBI直流侧电容电压维持在设定值。仿真结果验证了所提方法的可行性与正确性。     

基于平衡算法的链式STATCOM输出性能研究

直流侧电压平衡算法是链式静止同步补偿器(STATCOM)安全可靠运行的前提,然而,引入电压平衡算法使各H桥需采用独立控制,这与传统情况下载波移相调制算法的使用前提存在一定矛盾。通过理论分析了电压平衡算法对H桥级联型装置输出性能的影响.指出级联等效频率以下的整数倍载波频率及其边带谐波无法完全抵消,提出了若干种可行的提高装置输出性能的方案,并以各H桥直流侧采用不同电压值的混合级联法为例,通过实验验证了理论推导的正确性及解决方案的可行性。