Voltage Sensorless Control of Single-phase Active Power Filter Based on the Second-order Generalized Integrator Algorithm

Abstract—A single-phase active power filter is presented for small-scale, single-phase loads based on the second-order generalized integrator control method is presented in this article. The proposed system does not require voltage sensors on the AC and/or DC side. Only two current sensors are used to measure load and converter currents. Consequently, a proportional-integral regulator is not used, and there is no need for additional calculations for the determination of the grid-current amplitude. To obtain the correct reference grid current, the distorted load current is first processed by using the second-order generalized integrator algorithm, which does not require voltage information. A step-by-step performance study, in a real-time environment, shows that the proposed control technique is able to generate the proper compensating reference current for small-scale non-linear loads. As a result, the total harmonic distortion of the grid current is reduced from 25.33 to 3.80%, which meets the recommended IEEE 519-1992 Standard.     

不对称半桥单相单级式车载充电系统改进控制策略研究

对称半桥可以有效吸收单相变换系统直流侧二次纹波、减小系统体积、提高功率密度,但当半桥上下桥臂电容容值不等时,会在直流侧产生一次纹波。针对这一问题,分析研究了不对称半桥单相单级式车载充电系统,提出电感电流加电容偏置补偿的改进控制策略。基于该控制策略,从满足二次纹波功率补偿、电池最低电压及避免过调制三方面研究了半桥电路电感及电容参数设计方法。仿真和实验结果验证了不对称半桥通过采用改进的控制策略不仅能够有效滤除二次纹波,且不产生一次纹波,还可降低电池端电压与电流纹波;仿真验证了参数设计方法的有效性。     

FPGA‐based implementation for improved control scheme of grid‐connected PV system with 3‐phase 3‐level NPC‐VSI

The large scale penetration of renewable energy resources has boosted the need of using improved control technique and modular power electronic converter structures for efficient and reliable operation of grid‐connected systems. This study investigates the performance of a grid‐connected 3‐phase 3‐level neutral‐point clamped voltage source inverter for renewable energy integration by using improved current control technique. For medium or high‐voltage grid interfacing, the multilevel inverter structure is generally used to reduce the voltage stress across the switching device as well as the harmonic distortion. The neutral‐point clamped voltage source inverter is controlled by using decoupling technique along with the proper grid synchronization via moving average filter–based phase‐locked loop. The moving average filter–based phase‐locked loop is used to reduce the delay in grid angle estimation under balanced as well as distorted grid conditions. A Lyapunov‐based approach for analysing the stability of the system has also been discussed. In this study, the hardware‐in‐loop (HIL) simulation of the control algorithm and the grid synchronization technique is realized using Virtex‐6 FPGA ML605 evaluation kit. The performance of the system is analyzed by conducting a time‐domain simulation in the Matlab/Simulink platform and its performance is examined in the HIL environment. The simulation and the hardware cosimulation results are presented to validate the effectiveness of the proposed control scheme.     

Simplified quasi‐Z source indirect matrix converter

Conventional matrix converters have a limited voltage gain less than 0.866 and also require many power switches and additional input filter that ensures a low input current harmonics to the grid. Quasi‐Z source (qZS) indirect matrix converter can provide high voltage gain and ensure a sinusoidal input current without additional input filter, which requires 12 power switches in rectifier stage. In this paper, a simplified qZS indirect matrix converter is proposed to overcome aforementioned limitations and achieve (1) higher voltage gain than 0.866, (2) less power switches, and (3) LC‐filter function integrated in qZS network to avoid additional filter. The new converter's operating principle and equivalent circuits are analyzed, and the modulation method is presented. The input current closed‐loop control is employed to implement sinusoidal input current waveform even though the proposed converter has less power switches and without extra input filter. A test bench is used to verify the simplified qZS indirect matrix converter and control methods. Simulation and experimental results identically validate the proposed converter system with wide voltage gain range and low input current harmonics. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

电网电压骤降时PWM整流器的控制

研究了电网连接的三相两电平电压源转换器(VSC)在电网电压发生扭曲时的控制结构。电网电压发生扭曲是由电压平衡或电压非平衡跌落、高次谐波等原因引起的。为了解决这个问题,提出了一种转换器控制结构。控制系统是基于双矢量电流控制器(DVCC)的电压定向控制器(VOC)的改进。在电压扭曲情况下通过采用锁相环(PLL),实现电网同步。仿真结果和试验证明了系统的性能。     

一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器

在电动车应用中,电池的性能和寿命是关键问题,需要一个双向DC/DC变换器对单体大容量蓄电池或并联电池组进行升压和充放电管理。介绍了一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器。它采用磁耦合技术构成电感,减小了磁元件的个数和电感的磁损,同时有很好的稳态和瞬态响应。为了提高变换器的变换比率,采用了半桥结构实现了倍压功能。实验证明,该变换器适用于低压大电流场合。     

DSTATCOM在三相电压不对称下一种新的补偿电流方法

提出了利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,跟据坐标系形成正弦和余弦信号,通过简单的积分、延时和增益环节代替其它检测方式中的低通滤波器,检测延时可减少到1/6个电源周期,使得到的要检测的补偿电流指令信号更加准确.该方法省去了锁相环,计算方法简单,在电网电压不对称条件下,仍能满足配电静止同步补偿器(DSTATCOM)负荷补偿的要求.仿真结果表明,该检测方法得到的补偿电流具有很好的补偿性能,而且证明了其实时性和有效性.     

一种新颖的零电压开关PWM组合式三电平变换器

该文提出一种新颖的零电压开关组合式直流三电平变换器,它实质上是由半桥三电平变换器和全桥变换器组合而成.该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半,特别适用于高压输入场合;其输出整流电压交流分量很小,可以大大减小输出滤波器的体积,提高变换器的动态性能;其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器;此外,该变换器可以在三电平和两电平两种模式下工作,输入整流二极管电压应力小,适合于宽范围输入电压场合.该文介绍了该变换器的工作原理及其特性,并给出实验结果.     

无交流电容的构网型换流器电压电流比例控制及故障限流

通过引入电压电流比例关系,构建了适用于高压构网型换流器的无电容矢量电压控制,可与传统内环电流控制组成构网型换流器级联控制架构,保留正序电流限幅和负序电流抑制能力,防止换流器在电网故障时发生过流闭锁和损坏。与传统外环电压控制不同,该电压电流比例控制不依赖于交流侧并联容性滤波器的电气关系构建,适用于无交流电容的高压构网型换流器的外环电压控制。通过选取特定的交流电压频率指令值,构网型换流器可实现恒电压运行或虚拟同步机运行。时域仿真结果表明,所提高压构网型换流器控制在电网故障时可自动实现换流器的负序电流抑制和故障穿越功能,避免换流器过流闭锁及损坏,并在故障清除后恢复正常运行。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

基于PI调节器及V2G模块开发的双向能源充放电控制系统设计

传统双向能源充放电控制系统忽略了对电流内环和电压外环的控制,导致传统系统的应用效果不理想。为此,设计基于车联网的V2G模块开发及双向能源充放电控制系统。利用双向DC/DC控制电压升降,保持充放电情况下电流电压的恒定,利用电压电流双闭环的空间电压矢量,控制三相半桥电压型PWM整流器,通过PI调节器控制电流内环和电压外环,利用受控状态下的负载电流双向流动,实现双向DC/DC变换器的控制,最终实现能量的双向流动。试验结果表明：所设计的系统电池组电压、电流在0.1 s内即可趋于稳定,且三相交流侧的输出电压与单相交流侧电压分别在约0.02 s和0.12 s时达到稳定。电压相位与电流相位之间相差180°,电流波形良好,交流侧电流谐波得到有效抑制。     

基于直流电压注入的多脉动电压源换流器

提出了一种基于直流电压注入的新型电压源换流器,该换流器由一个12脉动换流器和一个附加电路构成.附加电路通过变压器向12脉动换流器中点注入直流电压,将12脉动换流器变为60脉动换流器,换流器输出电压、电流的谐波水平很低,不需要滤波器就可以满足系统的谐波要求.换流器主电路采用基频触发,降低了开关损耗,更适合于高电压、大功率的应用场合.分析了该换流器的拓扑结构和工作原理,并使用PSCAD/EMTDC软件对其进行了仿真验证,为将来的实机制造提供了参考.     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

电网电压不平衡时电压源换流器型直流输电的负序电压补偿控制

电网电压不平衡或交流系统发生故障是电压源换流器型直流输电（VSC—HVDC）实际运行时不可避免的问题。针对这一问题,提出了一种基于负序电压实时补偿的控制策略。换流站控制系统采用该策略后,能够有效地抑制交流系统电压不对称引起的负序电流,实现限流控制,避免系统短路故障引起换流装置的过电流;同时为确保电网电压不平衡或交流系统故障时控制系统能正常运行,设计了正负序分量和同步相位检测环节。基于PSCAD／EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的动稳态性能,且结构简单,具有一定的工程应用价值。     

电流源型半桥变换器启动冲击及开关管关断电压尖峰问题研究

针对电流源型半桥变换器存在的启动冲击电流过大以及开关管关断电压尖峰问题展开研究与分析。在介绍电流源型半桥变换器稳态工作原理的基础上,分析了电流源型半桥变换器开关管关断电压尖峰产生的原因以及启动冲击电流过大的原因,针对这两个问题提出了改进措施,增加了有源吸收电路,并给出了启动时的控制方法。最后搭建了一台28 V输入/180 V输出、250 W的电流源型半桥变换器样机进行了实验研究,研究所提出的电路改进措施和控制方法的可行性。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

电网电压不平衡下三相电压型变流器直流侧脉动电压的消除策略

在电力系统运行过程中,电压不平衡导致三相电压型变流器(VSC)直流侧产生二次脉动电压,映射到VSC输出端电压形成三次谐波和基波负序电压,影响输出电压品质,并有可能造成变流器过电流。对此,提出在电压环中加入带阻滤波器来滤除二次谐波电压的方法。但受电磁暂态过程影响,输出电压品质仍不理想,通过优化开关函数的办法,达到彻底消除三次谐波的效果。根据瞬时功率平衡原理,设计基波负序电压前馈控制,使电网负序电压全部降落在自耦变压器漏感和滤波器阻抗上,提高了变流器的运行性能。通过仿真试验验证了该方法的正确性。     

半桥结构的两级功率因数校正器研究

在两级功率因数校正器中,Boost PFC＋半桥DC/DC拓扑结构虽然表现良好,但依然存在着后级功率器件电压应力过大、输出电流纹波不够理想等缺点。将输入串联、输出并联半桥拓扑能使单个模块的输入电压和输出电流减小这一特性运用于两级PFC之中,同时引进了交错控制技术。对采用新结构的两级PFC变换器进行了工作模态分析。仿真结果表明,后级功率器件电压应力以及输出电流纹波明显减小,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

基于同步开关预判的半桥型VSC快速电磁暂态建模方法

现代电力系统存在大量的半桥型电压源变流器,采用传统电磁暂态仿真程序对其进行大规模仿真分析时,存在耗时高、效率低的问题.以半桥子电路为开关状态判断的基本单元,通过分析其开关状态变化时二极管的续流及关断过程,得出普适于半桥型电压源变流器的同步开关预判方法.该方法可在当前时步通过逻辑判断直接得出稳定的开关状态组合,消除了迭代计算.结合同步开关快速预判方法及内节点收缩方法构建了半桥型电压源变流器的快速仿真模型,通过对比仿真,验证了快速仿真模型具有与全详细化模型相当的仿真精度,且能有效减少仿真耗时,提高仿真效率.与全详细化模型相比,针对80模块固态变压器的快速仿真模型可加速20倍.     

Design and control of LCL filter interfaced grid connected solar photovoltaic (SPV) system using power balance theory

In this paper solar photovoltaic (SPV) system connected to the utility grid is designed and simulated. The utility grid and SPV system are coupled with current controlled voltage source converter (VSC) and LCL filter. The design of LCL filter, MPPT algorithm and power quality improvements are discussed and simulation results are shown for the performance analysis of grid-coupled PV system under different load condition. The system is controlled through power balance theory method. The principle behind the control implementation is to evacuate the solar power generated during the daytime and the reactive power demand for the load should be supplied by the PV. The grid coupled system consists of SPV system, dc–dc boost converter, maximum power point tracking (MPPT), voltage source converter (VSC), LCL filter, different loads and three phase utility grid. This system is capable of eliminating harmonic and load balancing by supplying unbalanced current from the PV as a compensator. The system is simulated with 10 kW SPV array using indirect current control scheme.