改进dq变换法及在STATCOM中应用

针对传统dq变换法在检测电网三相不对称分量时存在的一些缺陷,提出一种新的检测方法,将单相电压通过一个微分器得到与该相电压正交的微分量,然后利用二者的正交关系直接通过数学关系求解出同步旋转角.该方法不仅适用于负载不对称系统,也适用于电源电压不对称系统.在检测过程中,不需要采用锁相环(PLL)电路获得同步旋转角,消除了PLL延时带来的影响,也不需要对三相电流进行移相,解决了移相带来的误差.将该检测方法应用于静止同步补偿器(STATCOM)控制器后,能有效降低接入点电压的不平衡度.仿真分析和实验结果表明所提出的方法在检测电流正序、负序分量时具有精度高、实时性强的特点,更适合于STATCOM的应用.     

一种序分量检测新方法

针对传统dq变换法在检测电网序分量时的不足,提出了一种新的序分量检测方法,该方法不仅适用于负载不对称系统,而且适用于电源电压不对称系统.在检测过程中,不需要采用锁相环(PLL)电路获得同步旋转角,有效消除了PLL延时带来的影响;也不需要进行三角函数计算,降低了算法的复杂度.仿真分析表明,本文所提出的方法在电源电压不对称和畸变时能有效检测出负载电流的正序、负序和畸变分量.     

三相不对称系统中谐波电流检测的新方法

提出了一种基于调整ip-iq算法的谐波检测方法。该方法不仅适用于负载不对称系统,而且适用于电源电压不对称系统。在检测过程中,它无需采用锁相环(PLL)电路获得同步旋转角,即使在三相电压不对称或者畸变时,也无需对电压进行锁相、滤波或者对称分解,整个算法的基准矢量相位是由数字检测系统自身精确给定的,从而消除了PLL和滤波器延时带来的影响,减小了检测误差,能准确检测出电流无功、负序和谐波分量。仿真分析和实验结果证明了所提方法的有效性。     

配电静止同步补偿器的补偿电流检测方法

配电静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)用于负荷补偿时,补偿电流指令信号的检测环节对其补偿性能有着重要的影响。该文提出了一种基于同步旋转坐标变换的谐波、无功和负序电流综合检测方法。该方法利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,然后以对称三相电压形成的合成矢量作为同步旋转坐标系中的 轴,将负荷电流矢量投影到电网电压矢量上,通过低通滤波器后便可得到要检测的补偿电流指令信号。与传统的同步旋转坐标变换法相比较,该方法计算简单,且在电网电压不对称条件下,仍能很好地检测出负荷电流中的谐波、无功和负序分量,满足DSTATCOM负荷补偿的要求。同时还根据功率平衡准则对文中所提检测方法的原理进行了简单的分析。理论分析和仿真结果证明了该文所提检测方法的正确性和有效性。     

不平衡负载下静止同步补偿器比例谐振控制

电网中接入不平衡负载时,通常选用静止同步补偿器来补偿无功电流与负序电流。相对于静止同步补偿器常用的PI控制系统,本文提出一种结合瞬时对称分量法和信号延迟对消方法(DSC)的比例谐振(PR)控制系统,首先,用DSC方法分离出电网电流的正序、负序交流分量;其次,在αβ两相静止坐标下对正、负序分量分别控制,使得DSTATCOM补偿无功电流与负序电流。与PI控制系统相比,提出的控制策略简化了运算,提高了系统稳态、动态性能;最后,搭建了低压配电网DSTATCOM的实验平台,实验结果表明,提出的PR控制方法可以实现补偿无功电流和负序电流,电网接近单位功率因数,电网电流THD小于5%,平衡度满足国标要求。     

基于DSTATCOM的点焊机无功功率补偿研究

为了更好地解决点焊机负荷引起三相负荷不平衡、系统功率因数低等电能质量问题,提出了基于静止同步补偿器（DSTATCOM）的无功功率补偿方法。首先给出了配电静止同步补偿器的主电路结构,然后利用改进的基于瞬时无功理论的电流检测方法检测出谐波和无功电流,分析了配电静止同步补偿器平衡三相不平衡负荷的原理。最后根据点焊机在实际工作中的情况,通过Matlab/Simulink仿真验证了采用的补偿方法可以平衡三相电流,提高系统功率因数和缓解电压跌落。该研究表明用于不平衡负荷的配电静止同步补偿器具有良好的动态性能和静态补偿效果。     

系统不平衡情况下静止无功发生器控制策略与仿真研究

通过分析静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)的工作原理及其在配电网系统不平衡状态下的补偿原理,在传统负序电流检测方法中增添了正、负序电流分离与检测和滤波环节,提出了基于正、负dq坐标系的补偿控制策略,设计了两组分别建立在正、负序dq坐标系的PI控制器,实现了对正序和负序分量的双向同步独立控制,搭建了不平衡系统仿真模型,以系统负载不对称配电网为例进行仿真实验,结果表明所提控制策略性能优越。     

基于MMC的STATCOM控制方法

为实现不平衡负载情况下无功和负序的同时补偿,详细分析了基于模块化多电平换流器的静止同步补偿器(modular multilevel converter-static synchronous compensator,MMC-STATCOM)负序补偿的工作原理,将指令电流信号与实际输出电流相比较产生的三相误差信号变换到两相静止坐标系下,采用比例谐振控制器控制,实现电流无静差跟踪,减小了控制系统复杂程度。针对传统二倍频环流抑制方法的复杂性,提出了基于系统小信号模型的环流抑制方法,该方法针对每一相进行单独控制,适用性广泛。仿真结果验证了所提控制方法的可行性。     

星形链式STATCOM不对称负荷补偿策略

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)受中性点的约束,三相输出电流之和必须为零。STATCOM在输出负序电流补偿系统不对称负荷时,可通过输出零序电压来维持STATCOM相间有功和直流电压的平衡。推导星形链式STATCOM补偿不平衡电流所需输出零序电压的数学表达式,结合相间直流电压平衡策略,给出电流解耦控制下星形链式STATCOM不对称负荷补偿策略。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

角形级联型STATCOM不平衡工况下的无功功率控制策略

针对电压不对称工况下级联静止同步补偿器(STATCOM)的无功功率控制问题,提出一种适用于角形级联型STATCOM的柔性无功控制策略,通过改变正序和负序无功功率指令值的比例,能够在电压不对称工况下柔性地调节输出的正序和负序无功功率,改善公共连接点电压。结合应用于常规两电平的柔性无功控制策略与角形STATCOM电流控制指令求解方法,利用相量分解法,推导了电压不对称工况下的零序电流和相电流解析表达式,所提策略利用电压和电流瞬时值实时计算电流指令,具有较好的动态性能,同时根据推导的相电流表达式可以实时限制相电流幅值最大值,在提供无功功率的同时可以确保STATCOM运行在安全范围以内,提高了STATCOM的工程实用性。最后,仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于DSP的不平衡补偿和单纯形优化的静止无功补偿器

针对静止无功补偿器SVC(Static Var Compensatot)作为不平衡负荷补偿和电压稳定控制的工况,提出了不平衡补偿和优化控制方法.对于不平衡负荷补偿,提出基于虚拟对称三相系统的同步参考旋转坐标变换的补偿电纳计算方法,利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,由此可以准确计算所需的补偿电纳,该方法计算简单,基于该方法的静止无功补偿器不需要硬件锁相环,能够快速、准确地补偿负荷的无功功率;对于电压稳定控制策略,提出了基于改进的单纯形加速算法SPX(SimPleX method)优化递推积分PI控制方法,以ITAE准则作为寻优目标函数,对PI控制器的参数Kp、Ki进行实时调整、寻优,使SVC系统的瞬态响应过程达到最佳,能快速、无超调地跟踪SVC系统的电压设定值.仿真和实验结果表明所提不平衡补偿和优化控制方法的可行性和有效性.     

解耦混合坐标系并网逆变器电网同步方法

针对电网电压直流分量扰动影响电网同步精度的问题,提出一种解耦混合坐标系电网电压同步方法。首先分析了传统旋转坐标系锁相环的原理及存在的问题,在此基础上,将直流分量视为频率为"0Hz交流量谐波",并结合多旋转坐标系锁相环,提出静止坐标系结合多旋转坐标系的解耦同步方法。文中从系统稳定裕度、抗扰特性和动态性能等方面对锁相环参数进行了设计。最后在电网电压畸变不平衡且存在直流分量扰动情况下进行了仿真和实验研究。实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。     

Compensation method of phase‐locked loop under unbalanced grid condition based on harmonic linearization

The voltage source converter (VSC) is often faced with unbalanced grid conditions that will degrade its performance because of the distorted current with a large amount of harmonics. One of the main parts of current distortion is the third‐order harmonics caused by the negative‐sequence voltage component at the fundamental frequency. The distorted output of the synchronous reference frame phase‐locked loop (SRF‐PLL) due to the unbalanced grid voltage is the main reason for the existence of the harmonics. This paper analyzes the mechanism of the generation of harmonics currents and proposes a compensation method for the PLL in VSCs based on the harmonic linearization method without changing the structure of SRF‐PLL. The proposed PLL can work properly under unbalanced grid conditions and has a good dynamic response. The third‐order current harmonics are reduced significantly by using the proposed PLL instead of the conventional SRF‐PLL without changing the current control strategy of VSC. The compensation method is verified by cycle‐by‐cycle circuit simulations and controller hardware‐in‐the‐loop experiments.     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

Three-phase grid voltage synchronization using sinusoidal amplitude integrator in synchronous reference frame

Synchronization with the grid voltage is critical in the control of grid-connected power converters. Under unbalanced grid condition, the conventional synchronous reference frame phase-locked loop (SRF-PLL) does not work well due to the effect of the fundamental negative sequence component. This paper proposes a new synchronization method, the sinusoidal amplitude integrator based phase locked loop (SAI-based PLL), to efficiently eradicate the effect of the fundamental negative sequence component. As a result, it can accurately and quickly estimate the amplitude and phase angle of the fundamental components of grid voltages in unbalanced grid conditions. In addition, when dc offset and harmonics are contained in the grid voltage, a multi-SAI-based PLL method is developed to extract the synchronization signal. The proposed SAI-based PLL incorporates the sinusoidal amplitude integrator into the conventional SRF-PLL. Its operation is analyzed using the complex-vector notation. Simulation and experimental results on the performance of the proposed SAI-based PLL and comparison with other synchronization methods are presented.     

电压不平衡条件下改进型锁相环的设计与实现

针对基于d-q变换的锁相环在电压不平衡和畸变时动态过程较差的不足,提出一种基于d-q变换的改进型锁相环模型,能有效提取正序电压分量,消除电压不平衡的影响,并具有较强的谐波抑制能力。在PSCAD/EMTDC环境下的仿真研究和基于单片机C8051F410实验系统的实验研究结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。