电压源型换流器稳态等值电路模型

为了计算分析含电压源型换流器(VSC)的电网,基于VSC序分量动态相量谐波分析模型和Thevenin定理,采用电流控制电压源对VSC进行等效,得出了VSC的稳态等值电路。首先,在序分量动态相量谐波分析模型下解析分析VSC稳态运行特性和交直流侧相互作用关系,列写交直流电压电流的代数方程;其次,在代数方程化简的基础上,建立了VSC交流侧基波正序稳态等值电路模型和基波负序与3次谐波正序的联立等值电路模型;最后,利用Thevenin定理,分别建立了不对称下基波负序稳态等值电路模型与3次谐波正序稳态等值电路模型。与仿真计算比较表明,通过电流控制电压源形式构建的Thevenin等效电路能够在稳态条件下等效基波正序分量、基波负序分量和3次谐波正序分量在VSC交直流侧的相互作用,可有效简化VSC的非线性特性与复杂的运行特性,为含VSC电网的稳态潮流计算和谐波潮流计算奠定基础。     

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。     

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。     

三相不控VSC的统一化谐波模型及运行状态判定

三相不控电压源型整流装置(voltage source converter,VSC)在不同电路参数条件下,存在连续和断续两种运行状态。两种运行状态下的VSC谐波产生特性存在较大的差异。为了完整、准确地分析三相不控VSC的谐波产生特性,在已建立的VSC断续工作状态谐波模型的基础上,基于调制理论提出其在连续运行状态的频域谐波模型。该谐波模型具有和断续模型相似的矩阵形式,因此得到了三相不控VSC的统一化谐波分析模型。模型可将VSC交流侧各次谐波电压和谐波电流的耦合关系直观地表示出来。基于VSC连续模型的推导过程,进一步提出利用VSC直流侧电流判断其运行状态的新型判据。模型和判据的计算、仿真及实验测量的结果对比验证了所提模型的准确性和判据的有效性。     

闭环控制下单相VSC低次谐波分析模型与抑制策略

针对基于固定开关频率脉宽调制(PWM)闭环控制的单相电压源型换流器(SPVSC),推导出闭环控制下开关函数的动态相量,并将SPVSC时域模型转化成动态相量谐波分析模型。在谐波分析模型的基础上,得到了SPVSC交流侧电流和直流侧电压各次谐波分量的产生机理和相互作用规律,以及控制环参数对交流侧谐波电流分量的影响。利用谐波的相互作用规律,采用在PWM中叠加低次谐波调制信号的策略,实现了交流侧谐波电流的抑制。通过仿真和实验分析,验证了所提谐波分析模型的正确性以及谐波抑制策略的有效性。     

三相模块化多电平换流器动态相量谐波分析模型

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑结构,将内部的桥臂电流和子模块电容电压作为研究对象,通过引入平均开关函数,推导出最近电平逼近调制下MMC的时域模型,再将其展开成动态相量谐波分析模型,从而求解得到稳态时MMC的交直流侧各次谐波分量。然后在Matlab/Simulink中搭建了MMC的仿真模型,并用快速傅里叶变化(fast fourier transformation,FFT)对其进行谐波分析,从而验证所建立谐波分析模型的正确性。最后根据模型分析了交直流侧谐波的相互作用。该模型可为设计MMC的滤波器或研究其谐波抑制技术提供理论参考。     

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。     

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。     

基于模型预测电流控制的永磁同步电机电磁干扰抑制

共模电压及电流高次谐波是逆变-电机系统主要电磁干扰源,是飞机机电作动系统设计需要解决的核心问题之一.提出一种低共模电压模型预测控制方法.分析了逆变-电机系统共模干扰产生机理,利用参考电流求解最优电压矢量以减小电流谐波含量.为了削弱共模电压,提出了采用零电压矢量的替代策略,通过对非零基础电压进行合成产生最优电压矢量施加给...     

整流器的谐波分析方法

提出了分析整流器谐波产生机制的新方法,可克服传统的电流源注入分析法无法考虑整流器产生的谐波与系统之间的相互影响的缺点.基于调制理论和傅里叶变换理论,在频域中求解整流器的交流侧和直流侧各变量的相互关系,推导发现整流器的交流侧端口电压和端口电流的各次谐波分量可用一谐波耦合导纳矩阵来关联.该谐波导纳矩阵的各元素与整流器交流供电端的谐波电压各分量无关,是独立于系统谐波状况的定常矩阵.该方法将整流器时域的非线性特征转化为频域的线性矩阵,直观地体现了整流器的交流侧电流和电压谐波各分量之间的耦合关系.用所提方法分析整流器产生的谐波不需迭代求解,且具有较高的精度.时域仿真算例结果验证了该方法的有效性和精确度.     

基于FFT和小波变换的交直流并联输电系统间谐波研究

运用谐波调制理论,结合开关函数的傅里叶分析,研究了在交直流并联输电系统下,交流系统供电电源含有畸变谐波时,直流线路和交流侧都产生间谐波的机理。给出了整流侧直流电压、直流电流以及交流电流产生的间谐波的一般形式。经过小波变换除去信号中的非稳态分量以后,再使用加窗快速傅里叶变换可以很好地得出其中的稳态分量。通过一个典型交直流并联输电系统数字仿真,同时在供电电源含有畸变谐波的情况下,对交直流系统的电压和电流量进行了间谐波计算。利用傅里叶小波分析综合分析法得到的仿真结果和计算结果相比较,验证了间谐波产生机理的正确性和有效性。     

三相变流器的谐波/间谐波统一调制分析建模

为有效揭示谐波、间谐波的产生机理,建立准确的变流器分析模型,直接从变流器的工作过程入手,引入开关调制函数,通过建立三相变流器的调制分析模型,将各种变流器的谐波分析模型较好地统一起来。分析变流器交直流侧间的频率变换关系能够很好地反映变流器两侧各种谐波和间谐波的产生过程,在此基础上指出变流器直流侧含有非整数倍基频干扰项是交流侧出现间谐波的直接原因,综合了谐波和间谐波的分析过程。该分析方法具有直观和普适性好等特点,并能直接延拓到其它各种变流器的谐波和间谐波的产生过程分析。仿真实验验证了该方法的有效性。     

双向交直流变换器桥臂故障多矢量恒频模型预测容错控制

双向交直流变换器运行过程中的浪涌、尖峰等瞬态冲击会导致桥臂器件故障,进而威胁双向交直流变换器工作的可靠性。常规模型预测容错控制每个开关周期选取单个矢量作用于双向交直流容错变换器,所以开关频率不固定,难以准确跟踪目标矢量,电流谐波含量和功率脉动较大。为抑制常规模型预测容错控制下双向交直流变换器桥臂故障后的电流谐波和功率脉动,提出一种多矢量恒频模型预测容错控制方法。首先,重构桥臂故障后的双向交直流变换器系统结构,阐明故障容错运行机理及电压矢量变化。其次,建立容错运行模式的预测模型,在每个开关周期采用多个电压矢量的合成矢量跟踪目标矢量,并固定各矢量切换顺序,形成恒定开关频率。最后,仿真及实验结果表明,在所提控制策略下,双向交直流变换器发生桥臂故障后能够容错运行,且输出电流谐波减小,功率脉动下降,具有较好的稳态及动态性能。     

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。     

基于H参数的换流器谐波全耦合模型

换流器作为连接交直流网络的电气元件,考虑其两侧电压、电流的相互影响是研究其谐波模型的关键。提出一种新型的换流器谐波全耦合模型,该模型基于二端口网络的H参数矩阵定量描述换流器交流侧电流与电压、交流侧电流与直流侧电流、直流侧电压与交流侧电压、直流侧电压与电流之间的耦合关系。通过将开关器件的动作状态分别以对应的开关函数表示,在触发角对称的条件下建立各换流阶段电压电流的数学关系式,并以傅里叶变换求解,推导H参数矩阵。该模型可广泛适用于含复杂背景谐波的交直流系统;当触发角增大到一定程度,可忽略换相重叠角的影响,得到该模型的简化形式,适用于可控换流器触发角较大或系统电抗较小情况。Simulink时域仿真结果验证了所提模型的准确性。     

三相桥式整流电路中谐波电流的计算新方法

提出了一种实用的新方法来计算三相桥式整流器所产生的谐波电流。本方法考虑了交流侧电抗及电网中存在的谐波电压,导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。计算与实测结果表明,本方法准确实用。     

新型交直流输电系统谐波抑制的机理

为降低换流器产生的谐波对交流系统的影响,提出了一种可有效抑制谐波于阀侧且可降低滤波器设计难度的新型换流变压器和新的谐波抑制方案。介绍了新型换流变压器的绕组接线方式、电压偏移角的计算、绕组匝数比的确定后分析了谐波抑制的机理和有效谐波抑制对绕组谐波阻抗的要求。为验证该谐波抑制方案的可行性和正确性,建立了基于新型换流变压器和传统换流变压器的交直流输电系统的仿真模型,两个模型的阀侧和网侧电流的对比分析证明,新型换流变压器的交直流输电系统谐波抑制效果良好。     

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制（SPWM）时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。     

特高压直流输电系统非特征谐波分析

特高压直流输电(UHVDC)以其特有的大容量、远距离、高电压等优点,在国内迅速发展起来。针对特高压直流输电系统普遍存在的网侧非特征谐波电流问题,展开了一系列的研究。首先理论分析了特高压换流变阻抗不平衡和触发角不平衡时,5、7次等非特征谐波电流的产生。其次,根据国内某一实际的UHVDC相关运行参数,以PSCAD/EMTDC软件为平台,搭建了其仿真分析模型。最后,重点针对换流变阻抗不平衡和触发角不平衡两种情况,计算了网侧5、7次非特征谐波电流。仿真结果表明,换流变阻抗不平衡对交直流互联系统的影响较小;换流器触发角不平衡时,网侧5、7次非特征谐波电流较大,超出了谐波电流含量最大1%的标准,对交直流互联系统的影响较大。     

一种间接三电平电流源PWM变换器策略的设计与研究

与基于载波的正弦脉宽调制(SPWM)相比,空间矢量脉宽调制(SVPWM)因其较高的电流(电压)利用率,在电压源变换器(VSC)中获得了广泛应用,而在电流源变换器(CSC)中,SVPWM技术较难实现。为了在CSC中使SVPWM技术的实现更加容易,提出了一种间接PWM调制方法,该方法通过将双逻辑信号转换为三逻辑电平信号,从三相VSC的调制策略中得到三相CSC的调制策略,提出了一种七段调制方法。通过仿真结果验证表明,间接PWM调制方法具有易于实现、交流侧电流谐波小、直流侧电流脉动小等优点。