极弱电网下新能源跟网逆变器低频振荡的机理探究与暂态无功过补稳定性提升策略EI北大核心CSCD

为了探究短路容量比接近1.0的极弱电网下新能源跟网逆变器低频振荡的原因,该文建立描述逆变器动态行为的低频简化小信号模型,并以此深入分析了诱发低频振荡的主导因素。研究发现,极弱电网下逆变器交流侧电压控制与有功控制紧密耦合,这使得它们之间互相干涉,从而引起低频振荡。其中交流电压–无功闭环控制的快速性很大程度上决定了低频振荡是否发生。对此,该文提出一种暂态无功过补稳定性提升方法,通过前馈加快逆变器的无功响应,从而有效抑制了低频振荡,显著提升极弱电网下逆变器的稳定性。与已有稳定性提升方法相比,该方法具有参数整定简单、运算量小、不削弱逆变器功率调整动态性能的3个优点。最后,该文通过仿真和实验验证解析分析结论的准确性,论证暂态无功过补方法的有效性。     

储能装置与PSS配合控制对电力系统低频振荡的抑制效果研究

电力系统的低频振荡现象会严重影响到系统的稳定性,相应的机理分析和抑制策略一直备受国内外学者的关注.提出以储能装置和电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)为手段实现对电力系统暂态功率的调节,并最终实现抑制电力系统低频振荡的控制目标.首先给出了储能系统中逆变器的控制策略;同时简化了逆变器模型,在不造成系统级误差的前提下,使用仿真速度极快的向量解算方式进行仿真验证;最后通过短路故障产生低频振荡现象,在仅用储能装置、仅用PSS、储能装置和PSS协调控制3种不同条件下抑制低频振荡.对Matlab/Simulink仿真结果进行对比和分析,得出储能装置和PSS在抑制电力系统低频振荡时存在配合的可能性,储能装置和PSS的配合控制比单独使用储能装置或PSS的调节效果好.     

基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法EI北大核心CSCD

电力系统发生低频振荡时,参与振荡的机组通过网络中的支路交换振荡能量,故支路上蕴含丰富的振荡信息。针对系统不同模式下振荡区域的识别问题,该文提出一种基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法。首先,在推导满足能量守恒定律的电力系统能量函数基础上,定义从网络角度研究系统振荡规律的支路振荡能量;解析发现支路振荡能量由多个支路模式振荡能量叠加而成,并提出多模式下支路模式振荡能量的提取方法;随后,通过理论推导建立支路模式振荡能量与发电机状态变量之间的解析关系,为采用支路模式振荡能量研究低频振荡问题奠定了基础;最后,建立基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

带LCL滤波器的单相并网逆变器低频振荡现象分析

分析了带LCL滤波器的单相并网逆变器中出现的低频振荡现象。通过系统平均模型进行了MATLAB/Simulink仿真,发现随着调节系数的变化,系统由稳定状态出现了振荡现象。利用频闪映射思想推导了并网逆变器的离散迭代模型。根据系统的Jacobian矩阵特征值对系统进行了稳定性分析,揭示了系统产生振荡现象的原因是系统发生了Hopf分岔,并且通过分析Jacobian矩阵特征值的变化情况对系统的分岔点作出准确预测。结合系统的特征方程给出了一种系统出现低频振荡时振荡频率的确定方法。最后通过实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

2005年冬季华北-华中联网运行中的低频振荡计算分析

采用多机系统的特征分析法,并应用电力系统分析综合程序(PSASP)对2005年冬季华北电网(含山东电网)和华中电网(含四川和重庆电网)的联网运行方式下的低频振荡进行了研究。分析了联网方式下存在的多个低频振荡模式,并对每个振荡模式做了模态分析,为下一步进行的电力系统稳定器的安装和配置提出了指导性的建议。     

弱电网条件下考虑频率耦合的三相并网逆变器简化阻抗建模及宽频带振荡分析

并网逆变器作为新能源并网时的关键接口,其输出阻抗和电网阻抗的交互,可能会引起10-2kHz宽频带振荡问题,通过分析锁相环、电流环及延时环节对阻抗特性的影响,发现锁相环和电流环是引起系统中低频振荡的主要原因,延时是引起系统高频振荡的主要原因。在考虑频率耦合的情况下建立了并网逆变器单输入单输出(SISO)序阻抗模型,并根据不同控制环主导影响不同频段的动态,建立了中低频段（10-800Hz）和高频段（＞800Hz）简化模型。针对不同控制器对系统阻抗影响界限模糊的问题,通过对系统阻抗曲线的分频段分析,明确了不同控制器对于系统稳定性的影响界限,通过阻抗匹配和奈奎斯特判据对逆变器并网系统的稳定性进行了研究,最后,仿真和实验结果验证了本文的分析。     

低频振荡振荡源定位问题研究

针对低频振荡对电力系统安全、稳定性的影响,分析了低频振荡机理,并将低频振荡振荡源的定位算法按离线和在线分为两类,介绍了各种算法的原理和步骤,总结了各种算法的优劣,为今后研究低频振荡振荡源定位奠定了基础。     

电力系统低频振荡分析方法

介绍了电力系统低频振荡机理、分析方法、分析工具以及抑制电力系统低频振荡的措施。首先推导了电力系统小扰动模型,在该模型基础上阐述了低频振荡的机理、影响因素及其分析方法;然后分析比较了目前用于分析低频振荡的软件工具;在论述传统抑制电力系统低频振荡措施基础上,重点分析了储能系统用于抑制低频振荡的新方法;最后简述了该领域的发展方向。     

基于PET控制特性的交直流配电网直流侧低频振荡分析

随着新能源、储能和柔性直流技术的发展,交直流混合配电网逐渐成为未来配电网的重要发展方向,大量电力电子设备接入给配电网带来了低频振荡等动态问题。为深入研究交直流混合配电网直流侧低频振荡问题,文中根据交直流配电网系统实际工程应用,对电力电子变压器主阀塔中的H桥串联和隔离型双向有源桥结构、三相逆变器以及三相Buck变换器等关键环节进行详细建模。通过时域仿真,复现了该交直流配电网实际工程中直流侧的4 Hz低频振荡现象,验证了所建数学模型的正确性。基于所建数学模型对功率和控制器参数等关键影响因素进行了定性分析,最终得出结论如下：功率水平、Buck环节电压环控制参数影响系统稳定性;Buck环节电流环积分系数影响振荡频率。     

基于下垂特性的逆变器并联技术研究

本文分析了基于下垂特性控制的基本原理,进而对逆变器及其并联系统进行了设计.针对用一阶惯性环节滤除功率纹波的不足,本文在功率计算中引入了二阶振荡环节,提高了系统的可控性及其动态性能.虚拟阻抗的引入,减少了逆变器输出阻抗对并联系统的影响.最后本文通过对两台基于DSP TMS320F2407A的1kVA单相PWM逆变器的并联实验,验证了此控制方案的正确性与可行性.     

三电平变频调速系统SVPWM和SHEPWM混合调制方法的研究

三电平中点钳位逆变器在高压大容量变频调速中得到了广泛的研究和应用。该文在三电平高压变频器中同时应用SVPWM和SHEPWM，即低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形。混合调制的难点在于衔接问题，文中分析了影响二者之间平滑切换的原因并提出了具体的解决方法，保证了切换过程中电压和电流没有跳变。采用PSIM软件对三电平SVPWM和SHEPWM进行了仿真研究，并在实际三电平变频器控制平台上进行了实验。仿真和实验结果证实了该文的混合调制方法在低频和高频都有较好的谐波特性，二者间的平滑过渡保证了混合调制的实用性，并已用于实际三电平变频器之中。     

数字化过程对脉宽调制逆变电源性能的影响机理

数字控制已成为新型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变电源控制技术发展的主流,然而传统的PID模拟控制方案在逆变电源的数字实现中效果不如模拟控制,该文从零阶保持过程和滞后一拍控制这2方面分析数字化过程对PWM逆变电源性能的影响机理,得出结论如下：由于数字控制零阶保持的作用,逆变电源的开环特性随着采样频率发生较大变化;零阶保持过程改变了PWM逆变电源闭环系统稳定性,相对于模拟控制稳定范围大大降低;随采样周期不同,滞后一拍控制改变了数字PWM逆变电源闭环稳定性。实验验证了分析的正确性。     

Advanced Pulsewidth Modulated Inverter Techniques

Since its introduction in the mid 1960's the pulsewidth modulated (PWM) inverter has offered a number of significant advantages over other inverter types for low and medium frequency applications. The generation of an acceptable waveform at higher frequency, however, was limited by the characteristics of available power thyristors and modulator design. With the advent of the fast turn-off thyristor and advances in PWM modulator techniques, the PWM inverter now offers application advantages to 200 Hz. PWM design considerations are analyzed, with a discussion of second-generation PWM operation provided.     

三相软开关PWM逆变器载波方式的选择

详细阐述不同载波方式对PWM逆变器输出特性的影响。指出三角载波用于硬开关PWM逆变器时 ,由于死区时间的影响 ,其输出电压电流在基波频域中含有谐波成分 ;软开关PWM逆变器如果也采用三角载波 ,则不但难以控制谐振电路的起振时间 ,而且谐振电路损耗大 ,直流电压的利用率低 ;硬开关PWM逆变器采用锯齿载波调制 ,必将导致严重的电流波形失真 ;软开关PWM逆变器交替使用正负斜率锯齿载波 ,不但谐振电路的起振时间容易控制 ,而且不会导致由死区时间引起的输出电压电流波形的失真     

一种模块化48脉冲大功率PWM逆变器

多脉冲逆变器通过移相变压器原副边移相角度的精确设计,可以在工频开关方式下,实现交流侧阶梯波输出,经过滤波得到高质量的正弦波形,但工频开关方式使其输出调压困难,而且随着脉冲数的提高,逆变器连接的变压器结构复杂,多个绕组之间的匝比难以兼顾,因此实际应用中多脉冲逆变器的通道数多在4以下。提出一种只有两个规格移相变压器结构的模块化48脉冲大功率PWM逆变器,该逆变器具有8个通道的三相逆变器和对应移相变压器组成,且每个三相逆变器采用低频PWM调制策略,实现输出电压调节。构建了一台8通道48脉冲的PWM逆变器样机,在各种运行状态下的输出波形以及相关测试数据验证了所提出的模块化多脉冲逆变器在输出波形、开关频率以及输出调节特性等方面的优势。     

Interaction of drive modulation and cable parameters on AC motortransients

This paper investigates overvoltage transients on AC induction motors when connected through a cable of arbitrary length to a variable frequency drive (VFD) consisting of a pulsewidth modulation (PWM) inverter with insulated gate bipolar transistor (IGBT) power devices. Factors contributing to a motor overvoltage transient equal to a theoretical twice DC bus voltage are first described using existing transmission line analysis. A critical cable distance I_c is defined where this 2-pu overvoltage occurs. However, literature is lacking on flow motor voltage transients >2-pu bus voltage and up to 3-4 pu are generated. This phenomenon is observed on all PWM inverters with output cable lengths greater than l_c distance. Contributing factors to the >2-pu overvoltage phenomenon are investigated by exploring the complex interaction between drive modulation techniques, carrier frequency selected, cable natural frequency of oscillation, cable high-frequency damping losses, and, to a lesser extent, inverter output rise time. Theoretical calculations of cable frequency and damping are correlated with simulation and experimental results. Novel modifications to the PWM modulator, as well as external hardware apparatus, are proposed solutions to the >2-pu overvoltage problem; both are simulated and experimentally confirmed     

多载波水平调制策略的谐波分析及数字化实现

多电平逆变器由于输出容量大、输出电压谐波含量小等优点,在中高压应用领域得到了广泛的应用,同时,调制策略的优劣严重影响着多电平逆变器的性能。以优化谐波为目的,针对多单元H桥串联型多电平逆变器,推导了一种二重化与多载波水平移相式PWM调制策略谐波表达式,详细分析了其谐波分布特性,从理论上论述了水平移相调制策略谐波消除的根本原因。最后,以DSP与CPLD为基础,提出了一种水平移相式SPWM调制策略数字化实现方式,并搭建了一套多单元串联型逆变器数字化实验系统。仿真与实验结果对所采用的谐波分析方法及水平移相PWM调制策略的特性进行了验证。     

Filter‐based perturbation control of low‐frequency oscillation in voltage‐mode H‐bridge DC–AC inverter

This paper presents a new additional perturbation control method for suppressing low‐frequency oscillation in voltage‐mode H‐bridge DC–AC inverter. The stability boundary of the H‐bridge inverter is investigated from its small‐signal averaged model. High input voltage and light load would cause low‐frequency oscillation in this system. To this end, a filter‐based perturbation control (FBPC) is proposed for eliminating this oscillation, by using an analog filter to extract the unexpected signal and applying it to the control loop. Theoretical results show a larger stability range of the controlled system with the proposed FBPC. The simulation and experiment results show that the proposed controller can control the low‐frequency oscillation in H‐bridge DC–AC inverter well. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

A novel strategy for a high‐power utility interactive inverter with a series active filter

High‐power utility interactive inverters used for large‐capacity energy storage systems are composed of multiple connected inverters, in order to realize high efficiency and high performance of the harmonic elimination characteristic simultaneously. Some disadvantages of multiple connected inverters, such as harmonic current flowing from an inverter unit to the other one, and increase of the number of inverter units, cannot be overcome easily. This paper presents a novel strategy for a high‐power utility interactive inverter, which is composed of a large power with low‐switching‐frequency PWM inverter (high‐power PWM inverter), an LC passive filter, and a series active filter (series AF). Because harmonic components contained in the utility line current are absorbed by the series AF, the switching frequency of the PWM inverter can be selected to about 1 kHz. In addition because the power capacity and the output voltage of the series AF can be suppressed lower than 10% of the power capacity and the output voltage of PWM inverter, low‐voltage and high‐speed power devices can be applied to the series AF. Consequently, high power, high efficiency, and high harmonics elimination performance can be realized without increasing the number of inverter units. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(2): 57–66, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10048