基于一种即插即用的二端口有源电容的控制策略对比

无源电容广泛应用于电力电子领域,但大容量无源电容限制了电力电子装置的功率密度和寿命,针对无源电容在可靠性及成本上的局限性,本文研究了一种能实现即插即用的二端口有源电容,在详细分析了电路拓扑及其基本控制策略的基础上,提出了一种闭环控制策略,能更精准的控制输出电压,从而降低纹波电压;对比了PI、PR及准PR的特点后,采用对时变量跟踪更好的准PR作为控制器。以单相全桥整流器为例,通过仿真分析其在不同状态下的动静态性能,仿真结果验证了所提出的闭环控制策略的有效性。     

基于StatRF基波正序提取方法的三相四开关HAPF

传统三相四开关有源电力滤波器(active power filter,APF)均采用分裂电容结构,交流C相连接于直流电容中点,需要进行均压控制.为了简化控制方法,提出一种新型的三相四开关混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF)拓扑,将交流C相通过一组并联的5、7次无源滤波器...     

无源无损软开关中压控可变电容的研究

在无源无损软开关中采用压控可变电容的方法来进一步减少IGBT的关断损耗,从而缓解其散热压力。该压控可变电容由两个缓冲电容和辅助MOSFET构成,其控制方法简单,可自动实现电容容值的变换。同时,辅助MOSFET由其串联支路上的电容电压和辅助电源控制。在IGBT关断之前,MOSFET由于其控制信号为高电平而处于导通状态,因此当IGBT关断时,可变电容等效为两个电容并联,从而表现为大电容特性,减少其CE两端电压的上升斜率;当MOSFET的控制信号下降到关断阈值时,可变电容表现为小电容特性,从而快速达到IGBT的关断稳态。依据可变电容的理论波形对其工作原理进行详细分析,并对该无源无损软开关回路中额外损耗进行理论计算。最后通过搭建Buck变换器的实验平台对上述理论进行验证。     

一种对称半桥解耦电路控制方法及应用分析

针对两级式单相光伏并网逆变器交、直流侧功率不平衡问题,提出一种对称半桥拓扑的有源功率解耦电路控制方法,给出了解耦电路的参数计算过程及控制器设计方法,并进行了理论分析.搭建了采用薄膜电容的有源解耦电路、采用电解电容的有源解耦电路和全电解电容的无源解耦电路3种实验电路,从直流母线电容容量、解耦电路成本、体积和寿命等几个方面对其进行了应用对比.最后,结合户外光伏发电应用,给出1kW采用薄膜电容的光伏并网逆变电路的仿真与实验结果,验证了所提有源功率解耦控制策略的有效性.     

弱电网下提升并网逆变器无源性的网侧有源阻尼策略

为抑制“双高”背景下新型电力系统中日趋复杂的电网背景谐波,并网系统通常需要在已有控制方案基础上附加PCC节点电压前馈策略。而现有研究表明,在弱电网下由于并网逆变器与电网阻抗之间的相互作用,该策略会降低并网逆变器等效输出阻抗在中低频段内的无源性,易引发并网系统产生宽频谐振问题。针对这一问题,通过建立弱电网下并网逆变器系统等效输出阻抗模型剖析了传统PCC节点电压前馈策略在抑制电网背景谐波方面的优点及固有缺陷;并在此基础上基于无源性理论提出了一种新型网侧有源阻尼策略,该策略通过在电容支路增加有源补偿装置与主逆变器附加控制相结合,不仅实现了并网逆变器系统等效输出阻抗在宽频段范围内的充分无源,且能有效抑制电网背景谐波,提高并网系统在弱电网下的稳定性与适应性。通过搭建系统仿真模型对所提控制策略在并网逆变器接入弱电网时的有效性进行了验证。     

基于桥臂二倍频电流分量重构的MMC降容控制方法

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已显示出很好的工程应用前景。降低MMC子模块电容电压波动对实现换流器的轻型化具有非常大的工程意义。通过对国内外降低MMC子模块电容电压波动的各种控制方法进行归纳总结,可知各种通过控制方案降容的方法的实质为在桥臂上注入谐波电压和电流。在此基础上,提出一种桥臂二倍频电流量重构的方法,并在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建程序进行验证,仿真结果表明所提方法可有效降低子模块电容电压纹波幅值。进一步进行了低电容容值仿真验证,其在保持子模块电容电压纹波幅值不变的情况下,可有效降低子模块电容容值30%以上。另外,进行了MMC换流阀损耗分析,结果表明低电容容值工况下的换流阀损耗不大于对照工况下换流阀损耗。     

LCL滤波器的新型有源阻尼控制

针对光伏并网变换器所采用的LCL滤波器,首先分析了其采用三种无源阻尼方案时的频率特性。然后,根据串并联混合型无源阻尼方案系统传递函数框图变换,提出了一种采用电容电流PI反馈的新型有源阻尼控制方案。随后,利用阻抗模型研究了串联电阻无源阻尼方案、电容电流比例反馈有源阻尼方案和电容电流PI反馈有源阻尼方案对逆变器特性的影响。结果表明,电容电流PI反馈方案可以有效地增加LCL滤波器谐振频率处的阻尼,同时也增加了控制的自由度。最后,特征值分析表明新方案具有更大的控制参数稳定域,并利用PSCAD进行了仿真验证。新型有源阻尼方案不仅能够有效抑制LCL滤波器的振荡,而且与传统方案相比性能更佳,具有良好的工程实践价值。     

三相并联混合有源电力滤波器的无源控制策略

针对三相并联混合有源电力滤波器(SHAPF)的非线性数学模型,利用无源控制的思想提出了一种SHAPF控制策略。首先建立了三相SHAPF系统的欧拉-拉格朗日周期平均模型,然后基于系统的无源性,采用能量成形和阻尼注入方法,提出了一种SHAPF非线性控制策略,从理论上保证了闭环系统的渐进稳定。最后仿真实验验证了该控制策略能够有效滤除电网中的谐波电流,维持直流侧电容电压的稳定;并且与传统线性二次型调节器相比,该控制策略具有更好的稳态补偿效果和对负载变化的鲁棒性。     

基于PCHD模型的MMC-APF无源控制策略

为解决无源滤波器和传统有源电力滤波器在谐波补偿精度和应用范围方面的缺点,选择基于(Modular Multilevel Converter,MMC)的有源电力滤波器为研究对象,同时利用MMC-APF的无源性提出一种基于端口受控耗散哈密顿(Port-controlled Hamiltonian with Dissipation, PCHD)模型的非线性无源控制策略(passivity-based control, PBC)。首先通过MMC-APF系统的数学模型推导出基于PCHD的无源模型;然后利用互联法和阻尼分配法设计了相应的无源控制器;最后通过子摸块电容、环流控制、无源控制得到系统调制信号。仿真结果表明,设计的基于PCHD模型的PBC策略能够将系统控制在较低的谐波标准下,相较于传统PI控制策略具有更好的谐波补偿性能和更快的响应速度。     

并联型有源电力滤波器直流侧电压分析

为了解决并联型有源电力滤波器(SAPF)直流侧电压传统控制存在超调量静差较大的问题,针对并联型电力有源滤波器直流电容平均电压与纹波电压的变化规律进行了深入分析.提出了一种基于电流分解的有源电力滤波器的直流侧电容电压波动算法,导出了相应的电压纹波估算的表达式,进而导出直流侧电容容量与电压纹波的关系.同时通过由能量PI控制取代传统的简单PI控制,经过PI参数校正,将原来非线性较强的控制系统进行线性化,减少了非线性因数的影响.仿真结果证明系统具有良好的控制效果.说明了直流侧电容电压纹波取决于被补偿电流的谐波分布以及电容值,按照整定的PI控制器参数,扩大了PI控制对于系统运行状态变化的适用范围,同时超调量和静差也有很大的改善.     

三相有源滤波器直流侧电容与电压波动关系分析及设计

有源滤波器的直流侧通常配置很大的电解电容,电解电容器的电压纹波额定值较低,损耗较大,应对电容值做出合理选择以避免内部发热。面对大容量的谐波补偿要求,并联有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)需要进一步降低系统体积和成本。针对电容值与直流电压纹波关系这一问题,分析了三相SAPF补偿系统的瞬时功率流动,得到对直流电压波动有影响的功率分量,并在特定的负载条件下求取了振荡功率的积分值,得到电容能量波动的精确值,提出了一种考虑电容纹波电压关系的电容容量优化设计方法。利用MATLAB仿真模型并与其他文献比较,验证了所提思路及结果的正确性及有效性。     

基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

相较于交流电网,直流微网结构简单、效率高,且能够更好地消纳光伏、风电等分布式新能源,但其几乎不具有惯性。通过对端口换流器施加虚拟电容控制策略,使其可模拟电容充放电特性,能够改善直流电压质量,增强直流微网稳定性。但该控制方法对系统惯性提升机理暂不明确,虚拟电容控制策略所虚拟出电容值大小等问题也有待进一步探究。据此,类比于交流电网在负荷突变瞬间发电机按照惯性大小分担负荷的特性,提出直流微网中各端功率调节初期按照端口电容值比例进行分配,并在此基础上提出基于虚拟电容控制策略的等效电容计算方法,探究虚拟电容与等效电容间的对应关系。最后,搭建了控制器级的硬件在环测试平台,验证了虚拟电容控制策略的有效性、直流微网功率调节分配依据及所提等效电容计算方法的正确性。     

用于PFC的Buck/Boost有源储能电容变换器研究

针对PFC变换器,推导输入功率因数为1时,储能电容容值与其电压及输出功率的关系,表明容值与直流母线电压及其纹波成反比,与功率成正比。鉴于电容纹波电压受制于直流母线电压平均值,提出采用Buck/Boost有源储能电容变换器取代直流母线电容,增大了其电压变化的自由度,使电容能量实现满充满放,保证输入功率因数为1,能将容值大幅减小,因而可以采用薄膜电容或瓷片电容作为储能电容。分析了该变换器的工作原理,提出了采用输入电压移相以实现所需占空比的SPWM控制方法和实现电路,制作了60 W的样机进行实验验证,实验结果表明所提方法是有效的。     

单相H桥级联静止同步补偿器反馈线性化解耦控制

单相H桥级联静止同步补偿器（static synchronous compemator,STATCOM）n7以快速补偿电力机车这种单相整流的波动性负荷所需的无功,但静止同步补偿器是一个强耦合、非线性系统,为对有功和无功进行解耦,引入反馈线性化方法,通过坐标变化和状态反馈,获得精确线性化模型,并使有功、无功完全解耦,设计...     

并联混合型有源电力滤波器稳定性及控制方法

分析了由并联型有源电力滤波器(parallel active power filter,PAPF)和并联电容器组成的混合补偿系统的系统稳定性。分析表明采用传统的PAPF控制方式时,当PAPF检测的负载电流中不包含并联电容器的电流时,混合补偿系统稳定,并且有理想的谐波补偿效果;当PAPF检测的负载电流中包含并联电容器的电流时,此时混合系统存在稳定性和谐波抑制效果之间的矛盾。实际系统中检测的负载电流中包含并联电容器电流的情况有时是不可避免的,针对这种情况提出一种同时检测负载电流和电源电压来控制PAPF输出电流的控制方案,该控制方案可以使系统变稳定,并且具有理想的谐波补偿效果。最后给出了仿真和实验验证结果。     

An active‐passive capacitor‐commutated converter for HVDC systems with a three‐phase voltage‐source PWM converter

This paper introduces a new approach to the capacitor‐commutated converters (CCCs) for HVDC systems. A small‐rated three‐phase voltage‐source PWM converter is connected between a series commutation capacitor and thyristor converter through matching transformers. The PWM converter acts as auxiliary commutation‐capacitor for the thyristor converter while the series passive capacitor acts as the main commutation capacitor. The capacitance, which is the sum of the small‐rated active and series passive capacitors, is variable, so that stable commutation is obtained. In CCCs, commutation failure occurs when the AC bus voltage is recovered whereas the proposed combined commutation‐capacitor can achieve successful commutation for both rapidly decreasing and increasing AC bus voltages. The basic principle of the proposed active–passive capacitor‐commutated converter is discussed in detail. Then, constant margin angle control with a constant firing angle of the thyristor converter is proposed using a function generator block. Digital simulation demonstrates the novelty and effectiveness of the proposed active–passive capacitor‐commutated converter. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(1): 66–75, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20030     

磁耦合谐振式无线电能传输系统变电容调谐控制方法研究

磁耦合谐振式无线电能传输和电场感应式无线电能传输是当前研究热点。能量传输往往伴随着信息传输,所以海下无线信息的传输也逐渐受到重视并发展。为此提出一种具有共享通道的无线电能与信息传输系统,使功率和信息可以在同一信道进行传输。在一个开关周期中,电能在前半个开关周期传输,数据在后半个开关周期传送。数据通过频移键控FSK（frequency-shift keying）调制方法进行调制,功率传输的频率设置为285.02 kHz。采用二进制频移键控2FSK（binary frequency-shift keying）调制方法,2个信号载波的频率分别设置为1 MHz和2 MHz。水槽实验平台采用35%盐水模拟海水环境。仿真和实验结果很好地验证了理论分析和计算,证实了电能和信息共享通道进行无线传输的系统对海下电气设备进行供电和数据传输的可行性。     

电容中点式三相四线制SAPF混合无源非线性控制策略

电容中点式三相四线制并联型有源滤波器(SAPF)相比于三相三线制SAPF,附加了零序电流通路,因而可在电网平衡/不平衡时补偿非线性负荷产生的各次谐波、零序及无功电流。利用SAPF的无源性对其进行非线性的无源控制(PBC)可取得较常规的线性和非线性控制器更好的补偿效果,且在电网不平衡时无需检测和处理谐波电流的正负序分量。文中提出了一种电容中点式三相四线制SAPF的混合无源控制策略。首先,根据被控对象SAPF在dq0坐标系下的EulerLagrange数学模型分析其无源性,并计算得到了能使被控量收敛至期望值的SAPF内环电流无源控制规律;然后,采用阻尼注入法对其进行简化,得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律,提高系统的动态性能;接着,根据直流侧总电压和差压与补偿电流存在紧密联系,设计了基于2阶低通滤波器控制的SAPF外环电压控制器;最后,通过Simulink软件仿真和实验验证了将文中混合PBC用于SAPF控制的可行性和优越性,相比于传统的比例—积分控制,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

一种基于电压对电容灵敏度的台区电压控制方法

目前,中低压配网电压尚未得到很好的控制,低压台区存在功率因数正常但电压偏低的问题。针对该问题文中给出了一种基于电压对电容灵敏度的台区电压控制方法,该方法考虑了电容器实际发出无功功率随电压变化的特性。给出了电压对电容的灵敏度矩阵求取方法,并以此为基础提出了一个新的低压电容远程控制策略。通过对IEEE 33节点配网模型的仿真,验证了文中控制策略的有效性与合理性。     

改善低直流母线电容电机驱动系统稳定性方法

使用薄膜电容代替电解电容的低直流母线电容电机驱动系统具有更长的寿命、更少的成本和体积以及更高的功率因数等优势,可消除电解电容带来的诸多弊端,但也造成了诸如系统稳定性等问题。首先对低直流母线电容电机驱动系统的稳定性进行了理论分析;在此基础上,采用重构直流母线电压参考信号的有源阻尼法解决了系统稳定性问题;最后,通过实验在无速度传感器感应电机驱动系统中验证了该方法的有效性。