模块化多电平换流器的主动谐波谐振抑制策略

联接云南电网与南方电网主网的鲁西背靠背直流异步联网工程异步联网工程投产初期,广西侧送出交流线路受故障影响仅剩一回,随后广西侧母线电压和输出电流中出现了频率为1 270 Hz的谐波分量,引起柔性直流单元换流变压器分接开关频繁动作,最终导致柔性直流单元跳闸。首先,从鲁西背靠背直流异步联网工程高频谐振事件入手,分析大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与交流系统的谐振机理;接着,给出了MMC谐波阻抗的计算方法,利用阻抗分析法分析了高频谐振的条件,并提出MMC的控制结构改进方法,有效抑制了其输出电流的高频谐波分量;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对谐振事故现象进行了复现,证明了所提抑制策略可以实现对高频谐波谐振的有效抑制。     

单相LCL型并网逆变器新型谐波阻尼策略

LCL型并网逆变器对高频谐波的衰减效果显著,但对电网背景谐波电压和来源于指令信号谐波成分的抑制能力有限。为了提高入网电流对谐波干扰的抑制能力,在分析常规电流跟踪控制策略的基础上,提出一种直接控制入网电流的单相LCL型并网逆变器新型谐波阻尼策略。分析新型谐波阻尼策略中闭环参数对系统性能的影响,给出控制参数的设计方案。通过频域分析、仿真和实验结果表明,所提新型谐波阻尼策略可有效增强入网电流对电网背景谐波电压和来源于指令信号谐波成分的抑制能力,实现输出高品质入网电流的控制目标。     

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。     

孤立微电网中基于输出电压复合控制的电压源型并网逆变器谐波电流抑制策略

针对具有平衡谐波电压扰动的孤立水光互补微电网系统,根据叠加原理提出一种电压源并网逆变器并网谐波电流抑制策略。首先利用陷波器将网侧电压基频与谐波分量进行分离,利用下垂功率控制器对逆变器输出端基频电压分量进行下垂控制;同时逆变器电压电流内环采用基于旋转坐标系的比例积分与谐振混合控制器,在保证逆变器向电网注入基频电流的同时,提高逆变器控制环路对网侧电压谐波分量的跟踪能力,通过减少网侧与逆变器输出端谐波电压误差的方法,降低系统并网电流的谐波含量;最后仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。     

模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交流侧输出电流。推导了MMC离散数学模型,并构建无权重因子的代价函数,通过计算实际电流与参考电流包围的最小面积重新定义同一周期内两阶段开关信号的占空比,并引入一种附加冗余子模块的方法抑制桥臂环流,接着提出一种败者树多路归并排序算法均衡电容电压。在MATLAB/Simulink平台搭建三相23电平MMC仿真模型验证该策略的有效性。相比于两段式模型预测控制,所提策略的交流侧输出电流跟踪更加精准,谐波畸变率更小。     

模块化多电平变换器三次谐波注入调制策略研究

相比于正弦调制策略,三次谐波注入调制策略可有效提高直流侧电压利用率、提高模块化多电平变换器（MMC）的容量,但输出电压、电流引入了高次谐波分量。子模块电容电压的波动过大将导致电容容量增加、成本增加,为此研究了高次谐波分量对MMC暂态特性的影响,尤其是对子模块电容电压波动的影响,并在PSCAD中搭建了仿真模型,仿真结果表明：采用三次谐波注入调制策略将在输出电压、输出电流中引入高次谐波分量,提升了MMC的传输容量,而且抑制了子模块电容电压波动,提升了MMC的工作特性。     

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制。建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计。以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制。仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性。     

模块化多电平换流器桥臂电流直接控制方案

通过分析模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构,提出一种MMC桥臂电流直接控制方案,该方案对MMC上/下桥臂电流实施独立控制.建立了MMC系统小信号传递函数模型,对桥臂电流反馈控制策略进行了分析与设计.以MMC并网逆变器为例,结合多层次电容电压平衡控制策略,得到了基于桥臂电流内环控制的MMC综合控制方案,以实现网侧电流控制及电容电压平衡控制.仿真结果表明,所提出的MMC桥臂电流直接控制方案具有优良的动静态特性,并能有效抑制三相内部环流,验证了该方案的可行性和有效性.     

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。     

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。     

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier, CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。     

计及特征次谐波治理的铁路网侧储能系统控制策略

针对电气化铁路节能增效及谐波治理问题,提出一种考虑特征次谐波治理的铁路牵引网侧储能系统控制策略。首先,分析牵引网侧储能系统接入方案并对其工作模态进行划分;其次,根据牵引负荷特征次谐波分布规律,推导网侧储能系统削峰填谷及特征次谐波治理方法;然后,提出一种计及网侧特征次谐波抑制的超级电容储能系统控制策略;最后,通过多工况下仿真测试,验证了所提策略的可行性。结果表明,所提策略能有效回收再生制动能量,减小网侧功率波动,抑制网侧特征次谐波。     

计及特征次谐波治理的铁路网侧储能系统控制策略

针对电气化铁路节能增效及谐波治理问题,提出一种考虑特征次谐波治理的铁路牵引网侧储能系统控制策略。首先,分析牵引网侧储能系统接入方案并对其工作模态进行划分;其次,根据牵引负荷特征次谐波分布规律,推导网侧储能系统削峰填谷及特征次谐波治理方法;然后,提出一种计及网侧特征次谐波抑制的超级电容储能系统控制策略;最后,通过多工况下仿真测试,验证了所提策略的可行性。结果表明,所提策略能有效回收再生制动能量,减小网侧功率波动,抑制网侧特征次谐波。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

基于谐振阻尼的三相LCL型并网逆变器谐波抑制优化策略

LCL型并网逆变器对高频谐波的衰减效果显著,但是内部滤波器自身容易出现谐振,而且对电网背景谐波电压引起的电网电流谐波抑制能力有限。针对逆变器中LCL型滤波器自身存在的谐振现象,在逆变器侧电流单环控制的基础上,分析其谐振机理,采用基于电感电流一阶微分前馈的谐振阻尼抑制谐振;同时建立谐波电网下的LCL型并网逆变器微分方程模型。在抑制谐振的基础上,主要分析网侧谐波电流环直接抑制方式,实现对电网电流谐振与谐波复合抑制,同时采用滤波电容临界值作为选择网侧谐波电流闭环的条件。分析闭环参数对系统性能的影响,给出控制参数的设计。实验结果验证了所采用控制策略的正确性和有效性。     

大功率极低频电源谐波传导分析

极低频(ELF)电源在地下资源探测、地震预测和军事通信等领域发挥着重要作用。然而,极低频电源逆变侧产生的低频谐波分量难以被滤除,将在逆变侧输入端形成纹波电压,恶化极低频电源的输出谐波特性。低频谐波分量还将渗透直流滤波网络向整流侧和电网传导,造成整流输出端电感电流波动,并在网侧电流基波和特征次谐波附近产生低频相关的边带谐波。建立了极低频电源的数学模型,重点关注逆变侧输入端电容电压和整流侧输出端电感电流,对低频谐波传导进行了分析,并对理论分析进行了仿真验证。     

弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。     

飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究

飞轮储能风力发电系统可充分利用风能资源,抑制风电系统功率波动。但是飞轮储能系统的并网逆变器输出功率的高频扰动将降低电网吸纳风能的能力。且增加飞轮储能系统后,风力发电系统的软硬件成本较高。文中通过分析并网逆变器输出功率的高频扰动风量,计算飞轮储能系统功率参考值,实现快速功率平滑控制,减少并网功率波动,增加电网吸纳能力。通过采用定频滞环控制策略,克服了开关频率不固定、输出电流谐波含量高的缺点,其响应速度快,软硬件资源要求低,可减少PI控制器,减少锁相环等环节,降低软件开发成本。为验证采用定频滞环控制的快速功率平滑控制策略的性能,设计了仿真模型,并进行实验验证。仿真和实验结果表明：该控制策略可快速降低网侧有功功率波动,减小网侧电流谐波且软硬件成本低。     

基于PR控制的VIENNA整流器高次谐波抑制

三相VIENNA整流器采用传统双闭环线性比例积分(Proportional Integral,PI)控制难以实现对输入交流量的无静差跟踪调节,同时dq轴解耦需要多次坐标变换,不利于数字实现且会给网侧电流带来高次谐波。基于此,本文将多个比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器并联模块引入三相VIENNA整流器,根据其数学模型在αβ坐标系下的特性设计了电流环,改善了网侧电流质量,降低了高次谐波含量,消除了电压电流相位差,实现了无静差跟踪。在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明该控制策略可有效降低网侧电流谐波含量     

计及电网运行方式和背景谐波干扰的LCL并网逆变器参数优化

LCL逆变器因具有优越的高频谐波抑制能力而在新能源发电系统的并网逆变器中得到广泛应用,但其性能易受到电网运行方式变化及背景谐波的影响。为此,本文提出一种能够适应电网不同运行方式的电压前馈逆变器设计方法,以并网系统稳定性等为约束条件,以对背景谐波产生的并网谐波电流的抑制能力为目标函数,建立并求解前馈环节参数优化模型,使并网系统在不同电网运行方式下都有足够的稳定裕度。通过仿真验证了该方法的有效性。结果表明,文中方法能够保障并网系统在电网运行方式变化时拥有足够的稳定裕度,且对电网背景谐波有较好的抑制作用。