大功率变流器直流支撑电容纹波电流测试方法的研究

功率变流器直流支撑电容纹波电流是否在标称的额定电流范围之内,是判断电容可靠性和寿命的关键因素之一。在大功率变流器中,为减小回路杂散电感,直流支撑电容接线端一般都紧贴叠形母排,无法直接对直流支撑电容的电流进行测试。本文提出一种间接测试直流支撑电容纹波电流的方法,并通过仿真和试验,表明了该方法的正确性。     

交直流兼用的高性能GTO多重电流型脉冲变流器

本文研究了GTO电流型脉冲变流器及其多重式结构方案。它可以从交流电网吸取功率因数接近1的准正弦波电流，输出为可调的恒定直流，并在大容量装置中显著减少应用单个电流型脉冲变流器时交流侧的储能电容，既可以直接驱动直流电动机，也可以经由电流型逆变器供电给异步电动机，适用于大型设备或电力机车。     

一种大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻的在线监测方法

实时监测功率变流器中直流母线电容的老化状态,及时发现并更换存在缺陷的直流母线电容,对提高功率变换器的可靠性具有重要意义。该文提出一种基于短路电流的大功率交流变流器直流母线电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的在线监测方法,能准确的对直流母线电容ESR进行在线监测。首先对在线监测原理进行了详细分析,然后分析了短路测试对变流器正常工作的影响,最后,搭建了一台2k W的单相DC/AC逆变器实验样机,在不同工况下对直流母线电容的ESR进行了在线测试。试验结果表明,该方法能准确地在线监测出直流母线电容的ESR,简单有效。该方法可应用于大功率单相或三相变流器中且基本不受工况的限制。     

单相并网变流器直流电压波动规律分析

为分析单相并网变流器直流侧电压波动规律,从单相并网变流器数学模型出发,推导出直流电压瞬时值的时域表达式及各次谐波分量的幅值表达式,揭示了产生直流侧某次谐波电压的机理及各次谐波电压幅值与交流电压幅值、直流支撑电容、直流电压幅值及交流电流谐波分量间的关系。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

交直流混合微电网是未来电网的发展方向之一。为实现两侧微电网的功率相互支撑,提出了一种新型的互联变流器控制策略。采用双级式互联变流器,解决了在直流微电网电压等级较低时与交流微电网互联的问题,且直流微网电压在较大范围内变化时也可正常运行。针对双级式互联变流器的特点,推导得到交流微网频率与电容电压的数学关系,在功率控制环节采用电压偏差-功率下垂控制策略,实现了两侧子网的功率支撑。PSCAD仿真结果验证了控制策略的有效性。     

SMES提高DFIG低电压穿越能力策略研究

针对双馈型风力发电机组变流器直流母线过电压导致风机脱网问题,应用超导储能系统(SMES)的稳压结构并联于直流母线电容,在发生低电压故障时投入SMES,通过控制SMES快速吞吐电能达到稳定直流母线电容电压的目的,解决直流母线过电压问题;再者由于投入SMES稳定了直流母线电容电压,机侧变流器输出的有功量不再影响直流母线电容电压,就此提出投入SMES的双馈型风力发电机(DFIG)机侧变流器无功功率优先输出控制策略。在低电压故障结束后,网侧变流器通过控制有功功率输出量使SMES恢复到低电压故障前的存储电能初始值,提出网侧变流器平衡SMES电能的控制策略。     

基于准PR调节器的模块化多电平变流器输电控制方法

基于不平衡交流电网内功率波动导致模块化多电平变流器子模块能量不平衡,间接导致模块化多电平变流器型高压直流输电性能受到影响的问题,提出复合控制方法,将基于子模块电压值的电平调制方法与环流抑制方法相结合,在PSCAD/EMTDC软件上构建交流电网模块化多电平变流器两端输电模型,实施对不平衡交流电网内有功功率仿真的控制。结果显示,所提方法可保障交流电网不平衡条件下子模块电容电压均值稳定。     

辐射型直流配电网母线电压跌落峰值的定量计算方法

区别于交流配电网,直流配电网中电源具有低惯性特性,当配电网负载突变时,直流母线电压波动较大,母线电压质量面临巨大挑战。在解决直流配电网惯性低的问题上,可采用超级电容增加物理惯性或者采用虚拟电容（需要变流器配置冗余容量提供）增加虚拟惯性,配置的电容越大,供电质量越高,但成本也会越高。然而,目前关于电容对电压跌落幅度抑制作用的研究以定性分析为主,缺乏定量计算。为此,该文对辐射型直流配电网中直流母线电压在负载突增下的暂态响应进行分析,求得母线电压跌落峰值与联络变流器直流侧电容值之间的数学关系,为系统惯性参数设计提供理论支持。由于获得的数学关系式比较复杂,为方便工程应用,设计简化方法,得到近似的代数关系。最后,利用仿真和实验对电压跌落峰值计算方法进行了验证,仿真与实验结果验证该文所提计算方法的正确性。     

基于新能源发电的构网型协调储能控制策略研究

中国正加速构建以新能源为主体的新型电力系统,其在缺少同步机后,没有了阻尼和惯性支撑,会导致系统稳定性下降,因此构网型控制技术（GFM）应运而生。在此基础上基于新能源发电的构网型控制需要某种形式的能量存储与发电装置耦合。此时储能系统（ESS）可在变流器的直流侧或交流侧耦合接入。文中提出了一种基于新能源发电的构网型协调储能控制策略,该策略允许安装在变流器交流侧的ESS具有与安装在变流器直流侧获得的相同的特性和动态行为。此外,所提出的控制还可以协调储能保证系统在新能源不能正常发电时,即电压跌落期间的安全稳定运行,并提供稳定的电压支撑和功率补偿。最后利用Simlink仿真验证了构网型控制面对故障时良好的动态响应能力。     

风机中参数变化对变流器直流侧电容可靠性的影响分析

以风电机组功率变流器可靠性评估为背景,给出了一种直流侧电容的可靠性评估方法。基于电容的损耗计算方法,结合热网络结构,构建了直流侧电容的可靠性分析流程。综合考虑电容的可靠性影响因素,分析了环境温度、风速、电容等效串联电阻及热阻的变化对直流侧电容可靠性的影响。以某风电场2 MW双馈风电机组结合实际风速、气温数据为例进行验证,实例结果验证了理论分析的正确性。讨论了当风电变流器实际工作时,利用优化变流器直流侧设计或电容的散热环境等措施提高直流侧电容的可靠性,结果表明了所提方案的可行性。     

基于三相供电电压偏差选取直流电容参数研究

在电压型PWM AC/DC/AC变换中,直流侧储能滤波电容参数的选取是变换器稳定运行的关键因素之一。针对目前直流侧电容选取存在一定的不精确性,分析了AC/DC/AC变换电路稳态时直流电容充放电的原理,对变换器交直流侧电压的关系进行研究,建立了电容纹波电压与三相供电电压偏差之间的数学模型,提出了基于三相供电电压偏差选取直流侧电容参数的方法。分别对单相和三相不可控整流电路提供直流电源时直流侧电容C的合理选取给出了相应的分析和计算,并通过仿真和试验验证了直流储能滤波电容参数确定方法的有效性。     

Active islanding detection method for inverter-based distribution generation power system

A novel islanding detection method for an inverter-based distribution generation power system is proposed in this paper. The inverter-based distribution generation power system includes a dc power source and a grid-connected DC/AC inverter. The grid-connected DC/AC inverter acts as a virtual capacitor as the frequency is slightly lower than the fundamental frequency of utility voltage. Since only the inverter-based distribution generation power system supplies power to the load as the utility power interruption occurs, the virtual capacitor operation of the inverter-based distribution generation power system will result in the change of load voltage in amplitude or frequency. Hence, the proposed method can immediately detect the islanding operation.     

中海油文昌柔性直流输电系统暂态故障仿真分析

柔性直流输电是基于电压源换流器的新一代高压直流输电技术。针对中海油文昌±10 kV/4 MW柔性直流输电项目,在PSCAD/EMTDC仿真环境下分别对直流侧系统、逆变侧系统故障进行仿真分析。结果显示,换流器直流侧电容器组和电缆之间加入串联电抗器能够有效抑制短路电流。逆变器交流400 V发生短路时,故障电流越限快速闭锁逆变侧换流器,能够阻止故障的扩大、保障设备安全。     

Modeling of effective margin angle characteristics and AC voltage stability analysis of CCC

A capacitor commutated converter (CCC) has a simple circuit topology of a series capacitor placed between the valve and the converter transformer in each phase. The series capacitor mitigates the inverter operation of a CCC by assisting the commutation with the voltage charged in it. However, it does not guarantee complete commutation in any conditions, for a valve does not have self‐extinction ability. Therefore, precise analysis of the commutation process of a CCC is required to secure its operation. First, the formulation of the interrelation among the converter parameters—AC voltage, DC voltage, firing delay angle, overlap angle, and effective commutation margin angle—is presented. The firing delay angle at a given effective margin angle is calculated by using the obtained equations, which can be applied to constant extinction angle control. Next, we assess the AC voltage stability of an AC/DC link, when constant extinction angle control is applied to the inverter of CCC. The calculated voltage stability factor (VSF) shows that the commutation capacitor improves the AC voltage stability of constant extinction angle control at the inverter linked to a weak AC system, but it differs by the rectifier operation mode and compensation factor of the commutation capacitor. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 137(4): 38–47, 2001     

基于重复控制的新型三相变换器研究

中间直流侧的电解电容是决定AC/DC/AC变换器使用寿命的关键,取消或减小该电容具有重大意义。针对整流级采用二极管不控整流桥、逆变级采用全控桥的拓扑结构,具体分析了整流级在SPWM调制方式下的工作模式。通过把三相输出电压划分为6个区间,并在每一个区间内根据SPWM的调制特点和三相负载电流的波形,得出了负载功率因数角与能量反馈(倒灌电流)的关系。在此基础上,通过对1个载波周期内直流侧电容上的充放电分析,给出了有倒灌电流时最小电容值的计算方法。取消或减小直流侧电容后,不控整流输出的直流电压是波动的,逆变级不能直接应用标准的SPWM。根据重复控制的原理,对重复控制可以消除输出电压中因直流电压波动而产生的低次谐波的机理进行了分析,分析结果表明应用重复控制可以使输出电压具有良好的波形。最后,应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

不平衡工况下配电网STATCOM的控制策略

针对系统电压不平衡对静止同步无功补偿器(STATCOM)运行的影响:直流侧电容会产生2倍频的电压波动;交流侧输出3次谐波电压和电流.影响STATCOM的输出性能及安全运行的问题.提出了解决方法和策略.STATCOM主要由直流侧电容、二电平逆变器和连接电抗器等组成.为改善STATCOM的运行特性.采取增大STATCOM直流侧电容容量的方法来抑制3次谐波电流:认为抑制3次谐波唯一的途径在于改进开关函数.采用新的开关函数后,STATCOM逆变器输出电压与直流侧电容两端电压的波动无关.实现了抑制3次谐波电流的目的;采用负序电压前馈控制策略.即采用不平衡控制策略.使得STATCOM逆变器的负序电流为零,达到抑制负序电流的目的.采用Matlab对所提出的方法和控制策略进行了仿真.结果表明.所提方法正确且策略有效.     

高压直流输电系统动态恢复特性的仿真研究

为改善高压直流输电(HVDC)系统故障下的动态恢复特性,运用PSCAD/EMTDC仿真工具,研究了HVDC系统逆变站分别采用固定电容器(FC)、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)3种无功补偿设备时的故障恢复特性,其中故障有直流闭锁、换流母线三相接地、单相接地、远端三相接地等。结果表明,交流系统较弱时,SVC会降低交流系统强度,而导致HVDC系统故障及故障恢复时发生连续换相失败,而STATCOM在电压保持、功率恢复等方面都较其他补偿设备有着明显的优点,能够显著改善HVDC系统的动态特性。     

两级式三相自然软开关DC/AC逆变器

随着可再生能源并网发电受到越来越多的关注,并网逆变器得到了广泛应用,人们期望并网逆变器在不同负载等级下和宽输入电压范围内实现均能高效率。该文提出一种两级式三相自然软开关DC/AC逆变器拓扑。该拓扑与传统带Boost升压电路的三相逆变器相比,在直流平波电容支路增加了一个辅助开关。通过适当的时序控制可以实现Boost开关管零电压开通,辅助开关工作在全软状态,输出级逆变器软开关次数比传统方案多12.5%。首先分析该种拓扑的工作原理;然后分析第2级电路的具体软化次数;最后,通过10kW样机上的实验验证理论分析。     

超级电容和蓄电池混合储能系统的THIPWM算法研究

针对超级电容和蓄电池混合储能系统的动态性能较差,输出交流电压波形失真严重的问题,提出了一种采用三倍频谱波注入的脉宽调制(THIPWM)法。利用三电平逆变器的优良性能改善系统的动态性能,对蓄电池和超级电容两端直流输出电压电流、直流侧总电流进行采样,解决三电平逆变器中性线电压不平衡的问题,实现了超级电容与蓄电池在运行过程中的平滑控制,减少了最终输出波形的畸变指数。用Matlab搭建出仿真模型,证明所提出的含三电平逆变器的拓扑结构及其控制算法的实用性和正确性。     

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。