光伏电网电压不平衡及跌落补偿控制系统的设计

鉴于非线性冲击负载的影响,光伏电网母线出现电压跌落大、电压不平衡问题。提出一种基于三相VSC的超导储能技术前馈线性化控制方法。利用三相VSC变流器构建数学模型,如果简单地以交轴电流和直流电压来构建控制系统,物理上很难实现。所以文中以直轴和交轴电流来实现电流闭环控制,并在直轴电流环前置电压调节器实现了直流电压的前馈闭环控制。从而推导出三相VSC变流器的逆系统．并构造出伪线性系统。考虑建模误差、系统的快速反应和增强鲁棒性,采用内环PI控制器对伪线性系统进行综合。实现了交轴电流分量和直流电压的解耦,对该闭环控制系统计算机仿真的效果良好。     

一种新型电气化铁道电能质量综合补偿

针对电气化铁路单相整流方式带来大量负序、谐波和无功的特点,结合多功能平衡变压器具有低压两相端口和低压三相端口的特点,提出一种采用三相电压源变流器(VSC)结合晶闸管投切电容器(TSC)构成的电能质量补偿系统。两套多组TSC补偿绝大部分无功能量,VSC通过电感直接与多功能平衡变压器低压三相端口相连,补偿谐波、负序和剩余的无功分量,降低了VSC容量,有利于工程应用。详细讨论了方案及其特点,设计了无功分配策略,根据理想补偿效果,通过构造虚拟电流,推导了基于磁动势平衡原理的补偿算法,建立了补偿等效电路模型并得到了补偿电流关系式,得出了参考电流实时检测和无功电流分配方法。仿真和实验证明所提方案的正确性。     

交直流混合配电型通用功率变换器(UPC)研究

提出了基于通用功率变换器的交直流混合配电网系统架构概念,在解决传统交流配电网电能质量问题同时,满足直流配电网发展需求。首先提出了一种结合电压平衡控制器(VBC)和四桥臂型三相四线制电压源变换器(VBC)的新型UPC整体系统结构,并给出一种基于交流电流跟踪补偿的并网VSC和基于恒定直流电流脉冲触发模式的VBC整体协调控制策略。最后通过搭建75 kW仿真实验系统验证了UPC在直流配电、分布式电源直流并网和交流配电网电能质量治理等方面性能的有效性。     

改进型三相V/v牵引变压器及其综合补偿方法

三相V/v变压器在高速铁路中广泛使用。高速电力机车作为单相PWM 负载,在电网产生严重的负序、3 次谐波和频带较宽的高次谐波电流。该文提出由三相三绕组V/v变压器、无源滤波器和三相电压源逆变器(voltage source inverter,VSC)组成的综合补偿系统。三相V/v 变压器带补偿绕组,补偿绕组采用零等值阻抗设计,直接匹配为VSC电压等级,省去两台降压变压器;无源滤波器采用感应滤波技术设计,包括3 次单调谐滤波器和高通滤波器;VSC 仅补偿负序电流,降低了开关频率。详细阐述了系统方案,利用等效电路分析基于感应滤波技术的谐波抑制原理,得出滤波器设计方法,推导负序电流补偿原理,并提出一种新的参考电流检测算法。该算法避免了检测网侧相电压而三相V/v变压器无网侧中性点的矛盾,采用准比例谐振VSC 控制方法,在电网频率波动时仍有良好的电流跟踪效果。仿真与实验结果验证了所提方案和控制方法的正确性。     

低压三相统一电能质量调节器的研制

针对三相四线制低压供电系统电压波动和非线性谐波电流污染的特点,设计了一种能够解决多种复杂电能质量问题的统一电能质量调节器(UPQC).该系统采用了模块化设计的思路,采用高频隔离DC/DC代替工频隔离变压器,可实现并联侧谐波电流的精确补偿及串联侧电压跌落、谐波电压的快速补偿特性.此处给出了不同组成部分的控制策略,并通过实验验证了该拓扑结构的可行性和有效性.     

基于龙贝格观测器的微电网功率均分控制策略

针对离网并联逆变器的功率分配问题,以及负载不平衡条件下三相电压不平衡度过大,设计了微电网应对负载不平衡的控制策略。设计了三相电网电压的龙贝格观测器,并证明其稳定性。该观测器同样可用于三相电流的观测。采用分序虚拟阻抗,独立配置正序虚拟阻抗和负序虚拟阻抗,使逆变器输出功率均分,并减小负序网络下线路阻抗引起的不平衡电压。改进有功下垂方程,使母线电压保持在传统有功下垂方程给定电压值附近。在Matlab/Simulink仿真平台和搭建的逆变器并联系统中,验证该控制策略的有效性,仿真结果和实验分析表明:设计的观测器能够准确地获取电压和电流的正、负序分量;此处控制策略在功率均分的前提下,大幅降低了三相电压不平衡度,提高了电能质量。     

基于智能终端的用电回路运行状态异常监测

针对电能质量的评估问题,提出一种基于智能终端测量结果的实时用电监测技术。研究电压和电流异常情况,分析其工作原理和异常判断条件,并对电压缺相、电压逆相序、电流反极性及电流不平衡等情况进行研究,详细阐述监测原理,提出软件流程图并给出相应的程序伪代码,对电能质量监测技术的发展有一定的参考价值。     

三相四线统一电能质量调节器的控制策略

针对电网输入电压的不平衡、非正弦及负载的不平衡、非线性特性,提出了一种基于三相静止坐标系下的三相四线统一电能质量调节器（UPQC）的协调控制策略。该策略将UPQC的串联变流器控制为基波正弦电流源,而并联变流器控制为基波正弦电压源,从而实现了三相四线UPQC对电能质量的综合控制能力,既改善了电网侧的电能质量问题,实现了电网输入电流的正弦及单位输入功率因数,也改善了负载侧的电能质量问题,实现了负载电压的平衡、额定及正弦。10 kVA系统实验装置的实验结果表明了该控制策略的有效性。     

三相四线制低压系统有源电力滤波器的研究

通过对三相四线制供电系统的特点和非线性负载电流谐波污染分析,提出了可同时补偿电压跌落、谐波电流的负载端低压综合电能质量补偿方法,并设计了对应的混合型低压电能质量综合补偿器.实验和仿真结果表明,该补偿方法和混合型低压电能质量综合补偿器能有效地解决非线性负载形成的谐波和无功电流对电网供电质量的影响,有一定的发展前景和实用价值.     

功率反馈扩展反演VSC非线性鲁棒控制

为提高电压源换流器(VSC)的动态品质和鲁棒性能,引入功率和电压偏差反馈,采用扩展反演鲁棒控制算法,实现了VSC的大范围稳定运行,有效抑制了模型不确定性对VSC稳定控制的影响。仿真实验和实测实验表明:相对于传统前向解耦矢量控制方法,该方法使得VSC交流输入电流波动明显减小,且谐波含量大幅减小,对于提高VSC的电能变换效率具有重要的意义,通过灵活改变交轴电流目标值,可快速改变输入VSC的无功功率幅值。     

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。     

Active power flow control in a distribution system using discontinuous voltage controller

This paper proposes a hybrid discontinuous control methodology for a voltage source converter (VSC), which is used in an uninterrupted power supply (UPS) application. The UPS controls the voltage at the point of common coupling (PCC). An LC filter is connected at the output of the VSC to bypass switching harmonics. With the help of both filter inductor current and filter capacitor voltage control, the voltage across the filter capacitor is controlled. Based on the voltage error, the control is switched between current and voltage control modes. In this scheme, an extra diode state is used that makes the VSC output current discontinuous. This diode state reduces the switching losses. The UPS controls the active power it supplies to a three-phase, four-wire distribution system. This gives a full flexibility to the grid to buy power from the UPS system depending on its cost and load requirement at any given time. The scheme is validated through simulation using PSCAD.     

集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统

双馈型风力发电机面临能量输出不稳定和低电压穿越能力弱2个主要问题。为了同时解决这2个问题,提出了一种集成超导储能系统和电流型串联网侧变流器的双馈型风力发电系统。该系统利用超导磁体作为能量储存和缓冲环节,提高了能量输出的稳定性;利用电流型串联网侧变流器实现了对定子电压的保护,提升了双馈型风力发电机的低电压穿越能力。仿真结果证明了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

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。     

Design and modeling of SMES based SAPF for pulsed power load demands

In this article, a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) based Shunt Active Power Filter (SAPF) topology is proposed to compensate high power pulsating load demands in a power system. The SMES based SAPF is designed and modeled to realize as an efficient compensator for the compensation of pulsed power load demands. The conventional SAPF is efficient to mitigate the power quality problems in a power system unless there is high power pulsating load demands, transient conditions or power fluctuations. Particularly, a Modified Synchronous Reference Frame (MSRF) control algorithm has been implemented to generate proper switching signals for the three-phase Voltage Source Converter (VSC) of the SMES based SAPF. In the simulation, it has been seen that the SAPF is incompetent under high power pulsating load demands whereas the SMES based SAPF has shown excellent performance under such load conditions. Moreover, a comparative analysis has been made between the conventional SAPF and the SMES based SAPF under pulsating load conditions, to check the effectiveness of the SMES based SAPF. The performance of the proposed system is presented by using Sim Power System (SPS)/MATLAB Simulink and real-time digital simulator laboratory (RTDS-Lab).     

电网不平衡下SMES变流器动态演化控制策略研究

针对超导磁储能(SMES)变流器在电网电压不平衡下的工作情况,提出一种新型非线性控制策略,即动态演化控制(DEC)。该控制方法相较于传统PI控制能有效地减小SMES因电网电压不平衡而产生的三相电流畸变以及有功、无功功率产生的二次谐波。文中根据电网不平衡下SMES变流器的工作情况设置三个工作目标;建立了基于DEC的不平衡控制方程,并在Simulink中搭建模型进行仿真分析。通过与传统PI控制作对比,DEC控制具有更强的鲁棒性,更快速的响应能力,理论分析和仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

Photovoltaic based distribution static compensator for power quality improvement

This paper deals with a model of photovoltaic (PV) array or battery operated DC/DC boost converter fed three-leg VSC (Voltage Source converter) with star delta transformer for power quality improvement. A synchronous reference frame theory is proposed for three-phase four-wire DSTATCOM (Distribution Static Compensator) which includes voltage source converter and a dc link capacitor. The proposed DSTATCOM provides reactive power compensation, source harmonic reduction and neutral current compensation at the point of common coupling (PCC). The PV array or battery operated boost converter is used to step up the voltage to match the DC link requirement of the three-leg VSC. The main advantage of this proposed approach is that, it will provide continuous compensation for the whole day. The star/delta transformer provides isolation to the VSC and path to the zero sequence fundamental as well as harmonics neutral current. To derive the reference current in order to generate the firing pulse to the VSC, the overall system is designed, developed and validated by using MATLAB–SIMULINK environment.     

三相电压源型换流器故障耐受能力分析与评估

三相电压源型并网换流器由于含有大量电力电子开关器件及相应控制环节,是一种强非线性系统。在交直流混合系统中受到电网侧故障或直流侧负载变化等扰动影响,大容量换流器将产生复杂的响应行为,给电网带来难以预计的影响。文中考虑电网中三相电压暂降的典型故障,基于平均模型分析了三相电压源型换流器电流环的非线性特性。在此基础上,根据李雅普诺夫稳定性判据分析了故障前后换流器的稳定性,并以故障深度和故障持续时间为指标对换流器故障耐受能力进行评估。最后,通过并网系统的逐周期仿真验证了理论分析和计算的有效性。     

应用于风电场内部组网的多端直流系统研究

提出了利用多端直流系统作为风电场组网方式时,网侧逆变器的控制策略。风电场多端直流系统由多个电压源换流器(VSC)并联组成,发电侧VSC控制风机向直流系统输送能量,再经网侧逆变器并网。根据状态空间平均法,得到VSC的动态数学模型及等效电路。以此为基础设计了网侧逆变器的解耦控制器,既能保持直流系统电压恒定,从而向交流系统传送有功,又能独立调节输出的无功,为交流侧提供电压支撑。数字仿真结果表明该控制器具有良好的性能。