电压源型换流器谐波产生机理的道路树分析

电压源型换流器(VSC)谐波产生是由其交直流侧电压电流通过电力电子器件之间的非线性相互作用引起的,其机理复杂。为能直观展示VSC的谐波产生机理,提出了利用稀疏矢量法求解线性代数方程中的道路树分析VSC交直流侧谐波相互作用关系的方法,从而用赋权有向因子图展示VSC谐波产生机理。首先简化VSC的序分量动态相量谐波分析模型为线性代数方程,引入稀疏矢量求解线性代数方程组的方法对谐波分析模型进行求解。其次,利用谐波分析模型的变量定义和系数矩阵的特点,定义线性代数方程组稀疏矢量求解过程中的前代运算和回代运算为VSC交直流侧谐波电压电流之间的相互作用关系。然后,利用赋权有向因子图表示前代运算和回代运算的求解道路树,从而直观描述VSC的谐波产生机理。最后,通过仿真分析可知,由三相不对称产生的基波负序电流或背景谐波均能在直流侧产生相应的低次非特征谐波电压,从而验证了方法的有效性。利用稀疏矢量法求解线性代数方程,并通过用赋权有向因子图展示求解道路树,能直观全面地展示VSC谐波产生的机理和交直流侧的相互作用,同时验证了VSC交直流侧谐波相互作用的相对独立性。     

不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略

不对称三相电压下,电压源型换流器(VSC)将产生低次谐波,给电网造成谐波污染。随着VSC在电力系统中的广泛应用,这类问题必须得到更多的关注,提出有效的解决方法。基于动态相量和序分量,推导出序分量动态相量,并对其特性进行了分析;将含开关函数描述的VSC时域模型转化为动态相量模型;定义交流电流和直流电压的各阶序分量动态相量为状态变量,建立了以状态空间描述的VSC序分量动态相量谐波分析模型,综合考虑了开关函数的详细动态特性和交直流侧谐波的相互作用,从而揭示了VSC产生谐波的机理,实现了VSC谐波的解析求解。在此基础上,提出负序补偿的不对称调制策略,以抑制低次谐波的产生。通过各种不对称情况下的仿真和计算,验证了所提出的谐波分析模型的正确性和谐波抑制策略的有效性。     

含多电压源型换流器配电网高频谐振特性分析

为揭示含多电压源型换流器(voltage source converter,VSC)配电网的高频谐振特性,降低配电网发生高频谐振的风险,提出了含多VSC配电网高频谐振特性分析方法。首先,在序分量动态相量谐波分析模型的基础上,建立VSC高次特征谐波等值电路模型,从而得到含多VSC配电网高次谐波下的等值电路模型。其次,由配电网等值电路模型分别计算出系统侧端口阻抗和VSC端口阻抗,并通过端口阻抗的频率特性分析,得到配电网的高频谐振特性。然后,分析VSC接入数量和滤波器配置对高频谐振特性的影响。最后,建立含多VSC配电网的仿真模型,验证高频谐振特性分析的有效性和正确性。含多VSC配电网存在有明显的高频谐振频率,并受到VSC接入数量和滤波器配置形式的影响突出,需要规范VSC的开关频率和滤波器配置,才能降低配电网即将面临的高频谐振风险。     

中压应用场景下模块化多电平换流器直流侧谐波等值电路建模研究

本文首先建立了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的时域平均模型.接着,为获取中压应用场景下MMC平均开关函数的谐波特性,建立了平均开关函数的动态相量模型.基于MMC的时域平均模型和平均开关函数动态相量模型,推导得到MMC的直流侧谐波等值电路.等值电路由直流侧等效谐波电流源和等效谐波阻抗组成,其中等效谐波电流源不仅能反映MMC交流侧谐波电流对直流侧谐波电流的传递作用,还能反映直流侧特征谐波电流特性.最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了MMC直流侧等值电路的正确性.     

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。     

配网静止同步补偿器直流电容的优化选择

在STATCOM的串联电感和直流电容参数选择不当时,配网电压中的基波负序分量和谐波分量会引起STATCOM串联谐振.利用开关函数的基频模型,建立了直流电压波动分量和交流电流非基波正序分量与配网电压非基波正序分量的解析表达式,提出了以直流电压波动最小或以交流电流非基波正序分量有效值最小为目标的直流电容的优化计算方法.仿真分析了配网电压存在基波负序分量或谐波分量条件下STATCOM直流电压和交流电流的响应特性,仿真结果与理论分析一致.     

含VSC-HVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法

将基于电压源换流器的高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统谐波潮流算法从单相扩展到三相,提出含VSCHVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法。为计及直流系统中换流变压器和VSC的不对称,分别建立它们的三相谐波模型,而平衡的交流系统采用对称分量谐波模型。交直流系统的对称与不对称部分之间以相-序分量转换方程为接口。交流侧的三相基波和谐波量以及直流侧的直流、基波和谐波量用牛顿法统一求解。该算法保持了VSCHVDC单相谐波潮流算法的高精度和相对于时域仿真法的计算速度优势,完善了VSC-HVCD的谐波模型,使其更加通用且符合实际情况,计及了不对称所引起的交、直流侧非特征谐波,是VSC-HVDC谐波分析频域法的进一步发展。     

基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。     

一种新型的谐波及无功电流检测算法

为了实现有源电力滤波器(APF)谐波电流的快速、精确检测,对谐波电流的检测算法进行了研究,提出了一种新型的谐波电流检测方法,利用对称基准旋转相量求解基波正序有功电流的幅值,分别计算电压、电流与基准旋转相量相位差的正余弦值,从而求出基波功率角,消除基准旋转相量与电网电压的相位偏差。Matlab仿真结果表明,在电网电压不对称、且畸变的情况下,能准确提取基波正序有功电流,适用于有源电力滤波系统中谐波、无功及负序电流的综合补偿。     

电网不平衡下基于高频模型对三相VSC的研究

不平衡条件下电网负序分量会通过三相电压源变流器(VSC)的常规控制策略在交直流侧产生奇、偶次谐波污染。对此问题,利用高频模型,通过分析交直流侧瞬时功率流阐明了交直流侧谐波之间的动态关系,并提出了控制的依据和目标;利用T/4延迟法精确分离了正、负序分量,并引入负载电流前馈控制,优化了传统双比例积分(PI)控制;通过研究直流侧瞬时功率平衡,将电压平方作为控制目标,更深入地反映了系统数学模型。通过样机实验及软件仿真,证明了改进的控制方法在响应时间及超调上具有优越性。     

基于FBD法的基波正负序电流实时检测方法

为了快速、有效地检测电气化铁道供电系统中的基波正、负序电流和高次谐波电流,文中提出了一种基于FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)法的电流实时检测方法。利用锁相环跟踪三相不对称或畸变电压的某一相,获取其频率和相位信息,以此构造基波正序参考电压和基波负序参考电压;利用构造的正、负序参考电压和检测出的三相电流求得对应的正、负序等效电导;对电导进行低通滤波器滤波,获取其正、负序直流分量;将电导的正、负序直流分量乘以相应的正、负序参考电压,即可获得基波正、负序电流;从总电流中减去基波正、负序电流即得到谐波电流。由于该方法只需要检测系统三相电压中一相的基波频率和相位,因此可应用于系统电压不对称或畸变的情况。该方法无需Park变换和dq变换,计算量较小。仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。     

一种DSTATCOM补偿指令电流的实时检测方法

提出一种改进型瞬时对称分量法.该方法根据_二维时域正交坐标系中旋转相量与其瞬时值的对应关系,采用两点采样法,只需连续两次采集三相相量共计6个瞬时值即町确定各序分量的瞬时值.仿真结果表明,该方法能够实时、精确地检测出三相不对称相量中各序分量的瞬时值.基于该方法.提出一种配电网同步补偿装置(DSTATCOM)补偿指令电流的检测方法.该方法避免了复杂的移相电路、锁相环电路以及正余弦函数表的发,丰器及其查表过程等,消除,由此带来的误差和故障.试验结果显示.该电流检测方法能够快速、准确地检测出与系统电压基波正序分量同步的基波正序有功电流分量.从而检测出DSTATCOM装置补偿所需包含的谐波、负序以及无功分量的指令电流.     

一种改进的三相电路谐波和负序电流检测方法研究

为精确检测三相电路的谐波和负序电流，提出了一种改进的谐波和负序电流检测方法。该方法通过基滤提取和正序分量分解得三相正序基波电流，由三相电流减去正序基波电流得到谐波和负序电流，文中详细地介绍了基波提取单元的工作原理，仿真与实验表明该检测方法能精确地从三相畸变电流中检测出谐波和负序电流。     

单相二极管箝位三电平电压源型换流器谐波分析

电压源型换流器(voltage source converters,VSC)正常工作时会产生谐波,对电网造成污染。因此,有必要建立其谐波分析模型,分析谐波产生机理和相互作用规律。本文首先分析了单相二极管箝位三电平电压源型换流器时域下的数学模型且建立不同调制方式下开关函数的动态相量模型,并将单相三电平时域模型转化为动态相量谐波分析模型;然后基于龙格库塔法解得不同调制方式下,交流侧电流和直流侧电压各次谐波含量;接着,通过仿真分析,验证了所提出谐波分析模型的正确性;最后,通过分析单相三电平电压源型换流器的动态相量模型,揭示了交流侧电流和直流侧电压谐波产生的机理和相互影响规律。     

电压源型换流器LCL滤波器确定性设计

为保证LCL滤波器性能、提高LCL滤波器参数设计效率,基于电压源型换流器(VSC)的序分量动态相量(DPSCs)谐波分析模型,提出了一种LCL滤波器参数的确定性设计方法。该方法对换流器侧电感、滤波电容和网侧电感分别进行计算。换流器侧电感由功率约束和电流动态跟踪约束确定,并选取其下限值作为设计值;滤波电容由无功功率约束确定;通过谐波分析模型定量计算VSC各次谐波分量,并以IEEE 1547标准规定的并网谐波电流畸变率为约束条件,计算出网侧电感值,最后通过稳定性分析和仿真与实验验证滤波器参数设计的有效性。实验结果表明,所设计的LCL滤波器使得开关频率附近的谐波电流减少至0.02 A,高次谐波电流含有率约为0.23%。所提出的LCL滤波器确定性设计方法能有效提高LCL滤波器参数设计效率,减少了参数设计过程中的反复试凑和复杂的优化算法。     

三角形链式STATCOM电流补偿模式下的控制策略

三角形链式静止同步补偿器(STATCOM)工作于电流补偿模式时,可以对负载的无功、不平衡和谐波电流进行综合治理。其相电流指令直接关系到链节直流侧电压稳定和链节额定电流水平。将相电流指令分为基波正序无功分量、基波负序分量和谐波分量,通过叠加零序分量使链节有功为零,推导了零序分量与负序分量之间的关系。对负序电流的补偿不能超过额定电流的50%。在Matlab/Simulink中搭建了7电平STATCOM仿真模型,仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

电气化铁道输入电力系统的序谐波电流的分析

本文对电气化铁道牵引网供电系统为ＢＴ供电方式，牵引变压器为Ｙ／Δ－１１的普通三相变压器，高压侧１１０ｋＶ接入电力系统时依次序换相，低压侧Δ绕组ｃ相固定接地，ａ，ｂ相接供电臂向两侧电力机车供电，同对称分量法和相量图法分析一个或多个牵引变电所供电时，电力系统中的各相相电流和基波负序电流变化的情况，并得出各次三相不平衡的线谐波电流均由序谐波电流组成，都含有正序谐波分量和负序谐波分量的结论。     

故障后转子侧变流器不间断控制下的双馈风机序网等值电路

为应用方便直观的电路方法进行双馈风电并网系统故障分析和短路计算,针对电网故障后转子侧变流器(rotor side converter,RSC)控制方式提出一种双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)序网等值电路。故障后RSC不间断控制的运行方式下,DFIG定子短路电流中含有幅值稳定的工频正负序分量、2个衰减速度不同且频率接近工频的正序分量以及衰减直流分量。分别推导了各交流成分对应的序网等值电路,其中,稳定工频正序分量对应的等值电路可用等值电势及正序阻抗来表示;稳定工频负序分量对应的等值电路用无源的负序阻抗来表示;而衰减交流分量可用受控电流源来描述。利用所提DFIG等值电路,应用传统序网分析方法即可方便进行短路计算,不需仿真就能获得双馈风机并网系统中各处的短路电流。通过PSCAD仿真验证了所提等值电路和解析算法的有效性。     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)易受电压负序分量的影响,需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题,保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型,做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解,将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式,确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过能量整形的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率,消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性,减小参数不确定对控制效果的影响,提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

针对不平衡电网的谐波检测新方法

为解决不平衡电网中电压相位偏移及电流中存在不平衡分量对谐波检测造成的影响,利用二阶广义积分原理设计了一种适用于电网电压不平衡且可抗直流分量干扰的锁相环;其次,在传统d-q变换谐波检测法的基础上做出改进,利用对称分量法提取负序基波电流,经Park变换得到负序基波电流在正序坐标系下的交流分量,从而消除传统谐波检测方法在三相不平衡工况下对正序基波电流检测时的误差。经仿真验证分析,该方法能有效检测出不平衡电网中的谐波电流。