电网不平衡情况下级联星接STATCOM的控制策略

STATCOM能否承受电网不平衡的冲击,在电网不平衡时持续稳定运行并提供有效的动态无功支撑,是其性能好坏的直接体现。本文从抑制负序电流和有功功率平衡的角度出发,利用叠加原理,提出级联星接STATCOM的负序电压前馈和零序电压稳压的控制方法。通过在逆变端口电压中叠加负序分量来抑制负序电流,在逆变端口电压中叠加零序分量将正序无功电流与逆变端口电压负序分量作用产生的有功功率予以抵消,从而实现了三相直流电压的稳定。该方法可以应对电网故障时负序电压对装置的影响,避免了装置在电网故障时直流电压失稳,同时能够准确地补偿动态无功。本文所提策略最终经过Matlab/Simulink完整仿真测试及RTDS试验测试。     

电网不平衡故障下电力电子变压器控制策略

针对电网不平衡故障下电力电子变压器(power electronic transformer,PET)高压级的相间均压问题和对电网电压的支撑问题,首先对负序电流注入法进行了研究,推导了需注入的负序电流幅值和相位,分析了有功电流和负序电流对电网公共连接点(point of common coupling,PCC)电压的影响,然后提出了一种新的适用于PET相间均压的零序电压注入法。仿真结果表明,电网故障时,PET仅传输有功功率,会降低PCC点正序电压,输出无功后可有效支撑电网电压。负序电流注入法和零序电压注入法均可实现高压级相间均压,但负序电流注入法需高压级具备更大的电流应力,且抬升了电网负序电压,而采用零序电压注入法时,高压级三相电流对称,对电网负序电压无影响。PET隔离级所有双有源桥(dual active bridge,DAB)传输功率均衡,低压级输出电压和功率恒定,不受电网故障的影响。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

三电平不平衡负载补偿装置直流侧电压控制

在三相不平衡治理装置中,需要输出负序电流和零序电流来实现对不平衡负载的补偿。以三电平电能质量智能补偿装置为依托,从功率守恒的角度揭示了补偿正序、负序、零序电流时输出电流与直流侧电压的内在关系,同时根据不同应用场合建立电压控制的不同控制策略,实现逆变器直流电压和输出电流的精准控制,并借助实体样机进行验证。     

级联式电力电子变压器的电压平衡控制策略

针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象,采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器,为了解决直流侧电压平衡问题,在输入电压和输出负载不对称时,提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡,建立了每相平均功率与负序电压之间的关系,在dq坐标系中对负序电压进行了计算,避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流,无需对电流进行正负序分离,只需采用单电流内环控制。另外,在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略

星形级联H桥静止同步补偿器(SCHB STATCOM)补偿负序电流时会产生三相不平衡有功功率,造成相间直流电压不均衡.为了实现相间直流电压均衡,通常需注入零序电压以重新分配三相有功功率.然而,传统的零序电压注入算法普遍基于有功功率的代数模型,方程组求解复杂且无法直观地表明零序电压的产生机理.此外,零序电压的注入将极大地...     

电网电压跌落下基于零序电压注入的星形级联H桥STATCOM相间直流电压均衡控制策略

星形级联H桥STATCOM通常采用零序电压注入的方式实现相间直流电压均衡。不同于负序电流注入,基于零序电压注入的相间直流电压均衡控制在三相三线系统中不会产生零序电流,有利于系统的电能质量。在传统的控制算法中,零序电压通过不平衡的有功功率与电流计算得出。控制算法包含大量的复杂运算与矩阵运算,需要消耗控制器大量的资源,不利于系统设计与扩展。不仅如此,为了提高电网电压不平衡下的动态性能,在前馈控制中引入正负序分离,增加控制算法的复杂度。为了简化控制算法,该文提出采用PI调节器线性调节零序电压在dq坐标系上的直流分量。同时,通过理论分析,发现前馈控制中的零序电压与电网零序电压相等,故可去除正负序分离,进一步简化算法。最后,搭建400V/7.5kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提出的控制算法。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。     

柔性多状态开关直流侧电压纹波的抑制策略

柔性多状态开关是由多端共直流母线变流器组成的新型馈线互联电力装置,而电网电压不平衡时柔性多状态开关直流母线电压产生的波动,会严重影响其正常运行和设备的使用寿命。为此,分析了直流侧电压波动原理,提出了一种新的正负序双环直流侧电压控制策略。正序采用功率前馈控制稳定直流电压稳态误差,负序采用单正弦信号谐振反馈控制以抑制直流电压周期性波动。最后搭建了仿真平台,对不同情况下的直流侧电压波动进行了仿真实验,仿真结果验证了所提方案的有效性。该策略能有效地抑制柔性多状态开关在多端口同时不平衡下的直流侧电压的纹波,输出电流无谐波电流且电流峰值被限定在额定范围内。     

基于链式逆变器的大容量STATCOM的直流电压平衡控制

结合50 MVA STATCOM的研制,建立了基于链式逆变器的STATCOM直流电容电压稳态数学模型,揭示了电容电压不平衡现象产生的机理,分析了控制直流电压平衡的手段,提出了一种基于直流母线能量交换的直流电压平衡控制方法.分析了基于交流电源母线能量交换的直流电容电压平衡控制方法的原理,提出了最大(或最小)电容电压跟踪的平衡控制方法,并在50 MVA STATCOM的PSCAD模型和±18 kvar STATCOM的实验模型上进行了仿真研究.仿真和实验结果验证了稳态模型以及所提出的控制方法的正确性和可行性.     

基于有源箝位的功率器件串联均压技术

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝位电容电压箝位,从而将器件串联均压问题转化为各箝位电容电压均衡问题。提出了一种箝位电容均压方法,利用负向电流回收箝位电容电能,并能保证辅助开关管实现零电压开通。所提均压技术具有结构简单、损耗低、模块化等优点。此外,通过调整箝位电容放电时间差异,形成阶梯型桥臂电压,以减小桥臂电压的瞬时变化率dv/dt。搭建一台 3 kV/750 V 30 kW 谐振型直流变压器样机,每个桥臂采用6个SiC MOSFET串联。实验结果表明所提均压方法在各个工况下均能实现串联器件的动、静态均压,不均压度小于3 %,且在3 kV输入电压下峰值效率达98.4 %。     

链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器（STATCOM）直流侧电容电压平衡问题,建立了链式STATCOM的单相等效数学模型,在分层控制架构的基础上,提出相邻电感均衡能量来控制其各模块直流侧电容电压平衡。上层通过前馈解耦控制实现系统总的有功和无功控制;下层采用所提出的控制方法,以电感作为中间储能单元转移电压高的直流侧电容能量来控制直流侧电压大小;最后给出了相邻电感均衡能量控制具体的实现方法。仿真与试验结果表明,方法可以有效地稳定链式STATCOM直流侧电容电压,具有精度高、速度快、控制方法简单等特点。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

不平衡电压下的MMC控制策略研究

模块化多电平变流器MMC(modular multilevel converter)在高压直流输电领域有着众多优势,在未来传输新能源电能有着重要作用。在不平衡电压下,基于交流有功功率的分析,设计了基于正、负序控制的电流控制器,消除有功功率二倍基频波动。同时,MMC桥臂环流包含正、负、零三序分量,传统环流控制器(CCSC)仅考虑了负序分量,因而并不适用不平衡电压。在瞬时功率理论分析的基础上,提出并设计了一种基于直接控制环流正、负、零三序分量的环流控制器。通过Matlab/Simulink仿真平台,与传统二倍频负序旋转坐标变换的环流控制器对比,验证了所提出控制器的有效性。     

电网电压不对称时直驱型永磁风电机组控制策略

在电网电压不对称时,直驱型永磁同步风电机组采用对称控制方法将造成直流侧电压的波动。根据风电机组变流器输出瞬时功率与直流电容电压波动之间的关系,提出一种保持网侧变流器输出功率恒定的控制策略。讨论了风电机组并网对系统不平衡度的影响,以及网侧变流器控制系统的实现。仿真结果表明,电网电压不对称时该控制策略能够保证直流电容电压保持恒定,三相输出电流为正弦波形。     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

新型的高压输入DC／DC小功率变流器

提出了一种基于模块串联的适用于高压输入(1 kV以上)的DC/DC小功率变流器拓扑,分析了其均压均流原理,讨论了元器件参数对均压均流的影响。最后进行了仿真和实验,并对其结果进行了分析。