基于反馈解耦控制的链式STATCOM研究

链式STATCOM在高压大容量无功补偿中具有良好的应用前景,控制策略的选取将直接决定STATCOM设备能否快速、准确地响应电力系统无功功率的变化。分析了链式STATCOM的工作原理和数学模型,通过PARK坐标变换,将三相交流量转变为两相直流量,以此建立了链式STATCOM的有功_无功状态反馈解耦控制模型。针对此模型,利用PI控制,实现了有功电流和无功电流的解耦和线性化控制;并运用单极倍频CPS-SPWM调制技术,使级联H桥STATCOM系统能够在较低的开关频率下实现较好的补偿效果,系统动态响应迅速,稳态无静差。通过仿真分析,验证了该控制策略在H桥级联型STATCOM系统中应用的可行性。     

基于虚拟磁链的STATCOM直接功率控制研究

对基于H桥级联的静止同步补偿器(STATCOM)进行了研究,分析了虚拟磁链观测器的原理和基于虚拟磁链的直接功率控制算法,对虚拟磁链观测器中的纯积分环节进行了改进,应用级联惯性环节代替纯积分环节来消除纯积分环节带来的稳态误差,从功率守恒的角度分析了直流侧电压不平衡的因素,引入了分布式直流侧电压控制算法。在MATLAB仿真软件中对功率解耦控制算法与基于虚拟磁链的直接功率控制算法进行了仿真分析,结果表明基于虚拟磁链的直接功率控制算法有更好的动态性能,且验证了直流侧控制算法的正确性。最后,在一台以VME控制箱为核心控制器的3级链式STATCOM系统上对控制策略进行了验证,实验结果表明了算法的有效性、可行性。     

基于锁相环和虚拟电网磁链的三相并网逆变器

为了提高三相并网逆变器的可靠性、降低并网逆变器的成本,提出一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。根据三相并网逆变器在同步旋转坐标系下的动态数学模型,采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制和d、q轴电流双闭环控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。实验结果表明,三相并网逆变器输出电流正弦度良好,谐波含量小,同时有很好的动、静态特性,从而验证了该方案的可行性和正确性。     

级联H桥STATCOM控制算法研究

针对级联H桥静止同步无功补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)提出了一种基于虚拟磁链跟踪的PWM算法。首先建立虚拟磁链的数学模型,以虚拟磁链跟踪和子模块电容电压平衡为目标建立PWM调制算法,然后结合STATCOM双闭环控制来确定各相调制信号。最后搭建了Matlab/Simulink仿真实验平台,仿真结果表明:所提出的虚拟磁链追踪PWM算法具有很好的调制效果,电容电压平衡得到了很好的控制,并且级联H桥STATCOM具有很好的动态响应特性。     

H桥级联STATCOM直流侧电压控制新方法

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)各模块不一致工作状态下容易导致直流侧电压不平衡的问题,提出了一种新的直流侧电压分级控制方法。分析H桥模块(HBI)级联电平叠加方式,建立起H桥级联STATCOM动态工作特性及电流内环前馈解耦控制策略的数学模型,深入研究了H桥级联STATCOM与电力系统的功率交换机理和正负序电流的特征,在此基础上,运用正序电流控制STATCOM总体电压平衡、负序电流实现STATCOM各相变流电路直流侧间的电压平衡控制,通过调节HBI的交流输出电压幅值和与电流的相位差使各HBI直流侧电容电压维持在设定值。仿真结果验证了所提方法的可行性与正确性。     

网侧三相PWM整流器最小耦合模型控制

三相电压型PWM整流器采用虚拟电网磁链定向方式,对谐波和干扰有良好的抑制作用,但未从根本上解决d、q轴电流交叉耦合问题。对此引入"虚拟定子磁链"概念,提出了三相PWM整流器最小耦合模型控制策略。建立了虚拟定子磁链定向方式下三相PWM整流器数学模型,并与传统的虚拟电网磁链定向方式进行对比分析。同时提出了虚拟定子磁链定向方式下直接电流控制和功率因数控制方法,为保证控制策略的有效实施,构建了频率自适应虚拟定子磁链观测模型。仿真和实验结果表明所提控制方案的有效性,相比于传统虚拟电网磁链定向方式,采用虚拟定子磁链定向控制可实现稳态完全解耦控制,同时削弱动态过程的耦合影响,具有优异的动、静态性能。     

并网逆变器虚拟磁链模型预测功率控制研究

针对并网逆变器的特点,采用一种虚拟磁链模型预测功率控制的新型控制策略。在α,β坐标系下建立并网逆变器基于虚拟磁链预测功率控制的数学模型。一个采样周期内,选择合适的电压矢量及确定相应电压矢量导通时间进行开关管控制。不仅解决了开关频率不固定问题,且逆变器输出稳态电流总谐波畸变率(THD)小,电流动态响应快。仿真和实验表明,采用虚拟磁链模型预测功率控制取得了预期控制效果。     

基于单神经元PI控制器的风电机组双馈感应发电机功率解耦控制

在双馈感应发电机(DFIG)数学模型和定子磁链定向矢量控制的基础上,提出了基于单神经元PI控制器的功率解耦控制策略。通过定子磁链定向矢量控制可以实现双馈感应发电机有功功率和无功功率的解耦控制,但是功率环中的PI调节器的自适应能力较差,用单神经元PI控制器代替传统PI控制器,可以提高系统对功率跟踪的快速性。仿真结果表明,相比传统PI控制器的解耦控制系统,采用单神经元PI控制器的解耦控制系统的跟踪速度快,参数自调节能力强。     

应用于风电场的静止同步补偿器电压控制策略

针对风电场中静止同步补偿器(STATCOM)数学模型的多变量、非线性和强耦合特性,提出一种非线性PI控制和前馈解耦控制相结合的STATCOM电压双闭环控制策略。在该控制策略中,STATCOM公共连接点电压和STATCOM逆变器直流侧电压的控制均采用了基于跟踪微分器的非线性PI控制,STATCOM逆变器输出电流的控制采用了前馈解耦控制。电压外环非线性PI控制提高了装置的响应速度和鲁棒性,电流内环前馈解耦控制实现了对逆变器输出电流有功分量和无功分量的解耦控制。仿真结果表明,采用所提控制策略时STATCOM在固定工况和工况发生变动的情况下均表现出了良好的控制性能,满足应用要求。     

单相CHBR改进型无网压传感器直接功率控制

以降低单相级联H桥整流器(CHBR)系统硬件成本、改善控制系统性能为目的,提出一种改进型无网压传感器直接功率控制方法。首先,建立单相CHBR的数学模型,并通过混合逻辑动态方法估算出网侧输入电压。针对已有虚拟磁链观测器存在的缺点,提出改进型的虚拟磁链观测器,并给出详细的频域分析过程。所提观测器可以有效地解决幅、值相位误差和直流偏置问题,并且能够有效地抑制谐波。此外,提出一种基于比例积分(PI)控制器的CHBR改进型直接功率控制(DPC)方法。相较于传统DPC方法,改进型DPC取消了旋转坐标变换,不需要网压相位信息,改善了系统动态响应速度。最后,在实验样机上对已有的虚拟磁链观测器方法、直接功率控制方法以及所提改进型控制方法展开对比实验研究,结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于d-q坐标系的单相链式STATCOM直流电压平衡控制策略

直流侧电压平衡是单相链式STATCOM能够安全、可靠运行的前提,而各H桥之间有功功率损耗的差异是造成直流侧电压不平衡的根本原因。建立了单相链式STATCOM在d-q旋转坐标系下的数学模型,基于瞬时功率理论分析了引起直流电压不平衡的原因,并设计了由前馈解耦电流内环、电压均值外环和电压平衡外环组成的三环控制策略。与在a-b-c静止坐标系下的控制策略相比,该方法不仅实现了网侧电流的无静差控制,同时更便于直流侧电压平衡环节的实现。仿真与实验均验证了该方法的有效性。     

带有虚拟磁链估算补偿的STATCOM定频直接功率控制

将基于虚拟磁链定频直接功率控制策略应用于STATCOM,解决传统直接功率控制开关频率不固定,滤波器设计困难,抽样频率和A/D转换要求高的问题,重点对传统虚拟磁链估算中由低通滤波器(LPF)代替纯积分环节时产生的幅值和相位误差进行了分析,并对此提出了一种补偿方法。对比仿真结果表明,该补偿方法很好地消除了传统方法存在的误差。理论分析与仿真结果表明,带有虚拟磁链估算补偿的STATCOM定频直接功率控制系统实现了无功功率的快速检测和补偿,具有良好的动静态性能。     

级联型STATCOM电容电压平衡与无功功率控制策略研究

针对级联型STATCOM级联H桥单元直流侧电容电压的平衡与稳定问题,提出了一种新型的基于电力电子功率变换控制技术的均衡控制策略。该控制策略不仅实现了级联H桥电容电压平衡控制,而且实现了无功功率的有效控制。文章首先建立级联型STATCOM的数学模型,分析了其工作原理,然后详细介绍了所提出的控制策略,利用工频稳态模型得到不同负荷工况下的直流电压值,通过PI控制器实现电容电压的均衡控制。最后matlab/simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的有效性。     

基于复合控制的改进型级联STATCOM控制策略

作为当前广泛应用的无功补偿装置,静止同步补偿器(STATCOM)在进行无功补偿的同时,还可以实现对谐波及不对称分量的补偿功能。STATCOM进行多目标补偿时,比例积分(Proportion-Integral,PI)控制难以实现对谐波及不对称分量的无静差控制。为此,提出将一种改进型重复控制技术引入谐波及不对称分量的跟踪控制中,建立了基于重复控制和PI控制的复合控制器的模型,该控制器既可实现对直流信号的快速跟踪控制,又能显著加快对交流信号的响应速度。针对特征谐波的选择性补偿,采用dq坐标变换及递归傅立叶变换(DFT)相结合的电流检测方法。最后,基于多FPGA控制架构搭建了基于H桥的级联STATCOM仿真与实验平台,并通过仿真及实验来验证控制策略的合理性。     

基于虚拟磁链直接功率控制的光伏并网逆变器控制策略研究

将基于虚拟磁链直接功率控制策略VF?DPC (virtual-flux-linkage direct power control strategy)应用于光伏并网电压源型逆变器.引入虚拟磁链的概念并用于计算瞬时有功和无功功率,结合空间矢量SVM (Space Vector Modulation)技术,构成固定开关频率三相并网逆变器DPC 控制策略.该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计,降低了对控制器和A/D采样的要求.仿真和实验结果表明实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能.     

基于PR调节器的PWM整流器VFOC控制

研究了两相静止坐标系下三相电压源型PWM整流器虚拟磁链定向(VFOC)控制策略。采用虚拟磁链观测器得到坐标变换中的角度信息,无需电网电压传感器。电流环的控制采用比例谐振调节器(PR)取代传统的PI调节器。该调节器能够抑制低次谐波和开关频率附近的高次谐波,实现电流在两相静止坐标系下的稳态无静差跟踪控制,不需要前馈解耦,简化控制系统设计。搭建了以TMS320F2812DSP为控制核心的实验装置,仿真和试验结果证明了该方法的可行性。     

三相电压型PWM整流器直接功率控制策略

首先分析了三相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,然后对基于瞬时功率估算的直接功率控制、电压定向的直接功率控制、无电压传感器虚拟磁链的直接功率控制、基于定频的虚拟磁链和变换器输出电压计算的直接功率控制进行性能分析,比较其各自的优缺点.并在此基础上对三相电压型PWM整流器直接功率控制策略进行了展望.     

无电压传感器的准直接功率并网变流器控制方法

针对传统基于虚拟电机磁链的无电压传感器方法电压波动较大问题,结合二阶广义积分原理与占空比信号提出一种电压观测器以代替电压传感器获取更加精准的网侧电压信息。依据瞬时功率理论,在两相静止坐标系下,采用基于PQ开环的准直接功率电压定向控制策略,实现了并网变流器的四象限工作状态运行,电流内环采用比例谐振控制器保证指令电流快速无差跟踪。对比分析网侧电压信号谐波畸变率,实验波形表明:所提方法不需要电压传感器与电流解耦控制环节,且谐波含量低,可获得较传统方法更准确的网侧电压信号,提高了系统运行的稳定性与可靠性。     

基于同步坐标变换的VSC-HVDC 暂态模型及其控制器

对基于电压源型换流器的新型直流输电系统的暂态数学模型和控制策略进行了研究,建立了同步旋转坐标系下VSC-HVDC系统的暂态数学模型,提出了直接电流控制策略和双闭环控制器结构.内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制;外环控制器由稳态逆模型和PI调节器构成,实现系统有功功率和无功功率的独立调节.最后,基于PSCAD/EMTDC的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能.     

三相PWM整流器及其控制策略的现状及展望

三相电压型PWM整流器具有输入电流正弦性好、可获得单位功率因数、能量可实现双向流动等特性,消除了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低和能量不能回馈等问题。目前其已被广泛用于改造电网污染和提高电能利用率。首先介绍了三相电压型PWM整流器的拓扑结构,在此基础上对其控制技术做详细论述,重点介绍了4种控制策略:电压定向控制、虚拟磁链定向控制、基于电压的直接功率控制和基于虚拟磁链的直接功率控制,最后对PWM整流器及其控制技术进行展望。