大功率机车牵引四象限变流器解耦控制方案

在机车牵引等兆瓦级大功率四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)应用场合,功率器件的开关频率低至数百赫兹,直接电流控制的优势难以发挥,通常采用间接电流控制。传统的间接电流控制又难以对变流器网侧的有功功率和无功功率进行独立控制。针对这类情况,在静止直角坐标系建模,采用功率解耦的电流控制方法,实现了单相四象限变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制;通过引入有功电流和无功电流的有效值闭环控制,使得电流的稳态精度提高,降低了系统对输入电感参数和电网电压幅值的敏感度;采用两重化载波移相调制,使得网侧电流的谐波成分大为减少;分析了变流器两重化并联运行时环流的产生机理,并进行了有功和无功的均流控制。基于上述控制方案,实现了大功率机车牵引四象限变流器控制系统,实验证明了该控制方案的有效性。     

无电流传感器三相PWM整流器控制策略

提出了一种无电流传感器的三相PWM整流器控制策略.系统采用双闭环控制,外环PI调节器控制直流侧输出电压,内环通过滞环调节器控制有功功率和无功功率,达到单位功率因数运行的目的.根据整流器的数学模型通过电流重构可获得网侧电流,以实现无电流传感器控制.仿真实验证明该方案具有良好的控制性能.     

抑制网侧电流振荡的新型电流型PWM整流器

研究了基于有功功率和无功功率解耦控制策略的三相电流型PWM整流器。从理论上分析了整流器网侧电流振荡的原因,并介绍了通过反馈网侧电感电压实现抑制网侧电流振荡的方法。仿真和实验结果均表明,该方法能有效抑制网侧电流振荡。整个系统具有良好的动、静态特性,交流侧电流波形接近正弦,功率因数接近1。     

超导储能系统用四模块组合变流器功率控制设计和实验研究

讨论了超导储能系统用四模块组合变流器的有功功率、无功功率四象限控制的设计问题。为了适应大功率变流器的需要主电路结构采用四模块电流型变流器直接并联,在调试方式上采用载波相移SPWM控制,在较低的开关频率实现大功率变流器SPWM技术,以扩大容量和抑制网侧谐波;在计算功率时采用的瞬时功率理论实时的计算出变流器的有功和无功功率进行闭环控制。同时结合了863项目研制了23kVA的变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证。实验结果表明超导储能系统用组合变流器能独立快速地控制有功功率和无功功率。     

一种不平衡网压下风力发电机变流器的控制策略

通过对风力发电机在不平衡网压下的特性研究,发现如不采用特别的控制方法其特性会较差,主要表现在电磁转矩的振荡和电流的畸变。针对此问题,提出了一种新的控制策略,即将直接功控技术用于对不平衡网压下的风力发电机变流器进行控制。根据风力发电机与网侧变流器上有功功率和无功功率变化情况,对电磁转矩振荡和电流畸变现象进行了理论分析。为了得到正弦电流和消除电磁转矩振荡,通过分析得出转子侧和网侧变流器的有功功率给定和无功功率给定,并用于直接功控技术。其中,提出了一种无需计算正序和负序分量的新算法来得出转子侧变流器功率给定值。而网侧变流器功率给定值是根据电流和电压的正序和负序分量来得出。理论推导和仿真实验结果表明了该控制策略的正确性和有效性。     

能量回馈型电力电子负载的控制方法

提出一种新颖的基于电压源型变流器(voltage source converter,VSC)能量回馈型电力电子负载主电路拓扑。其由背靠背H桥构成,负荷侧变流器采用H桥级联以提高电压等级,并网侧变流器采用H桥并联以提高电流容量。网侧变流器和负荷侧变流器采用解耦控制方法,负荷侧变流器采用PQ解耦控制模拟负载消耗功率;网侧变流器采用直流电压稳定并保证并单位功率因数并网,并将负荷侧吸收的有功功率馈送回电网。建立基于PSCAD/EMTDC软件的电力电子负载仿真模型,设计制作一台400V/100kVA低压原理样机进行实验验证,仿真和实验结果表明提出的电力电子负载的主电路拓扑和控制方法是有效可行的。     

三相电流型AC／DC变流器的最优控制

分析了电流型AC/DC变流器交流侧产生暂态振荡的原因,提出了电流型AC/DC变流器的线性二次型(LQ)最优控制策略,并给出了实验验证。结果表明,将LQ控制应用到电流型AC/DC变流器中,能够实现变流器网侧的单位功率因数和直流侧的恒流源特性。     

基于滞环的四象限整流器间接电流解耦控制

四象限整流器具有网侧谐波小、功率因数可控、能量能双向流动等特点,在兆瓦级大功率场合应用广泛。传统的间接电流控制无电流反馈,过度地依赖主回路参数,因而对功率因数的控制不够准确,无功消耗大。解耦控制引入电流反馈,通过锁相环将基波电流分解成有功电流和无功电流,引入有功无功电流双闭环控制,降低了控制系统对主回路参数的敏感性,提高控制精度和稳定性。在功率解耦的基础上通过有功无功电流判断功率因数,分析矢量图得到滞环控制规律,动态地微调调制波幅值与相位,实现单位功率因数控制。该方法保留了功率解耦的控制效果,简化了控制算法。仿真和实验结果均验证了该算法理论的正确性和有效性。     

一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用

超导磁储磁能(SMES)装置的超导磁体通过变流器与电网连接,为了减小装置向系统注入的谐波电流,各种改进的脉宽调制(PWM)技术被用于变流器的控制。该文分别用正弦波和三角波作为调制和载波信号,提出一种可用于电流源型变流器的实时电流控制的新型PWM开关策略,并在此基础上研究了能够按照系统要求对电流源型SMES独立地进行有功和无功功率四象限调节的实时功率控制方法。仿真结果表明,该开关策略不仅能够快速改变变流器交流侧电流的幅值和相位,有效降低变流器交流侧电流中的谐波含量,而且能够提高SMES装置的功率响应特性。同时该方法还具有控制策略简单,工程实现容易的特点。     

三相SVPWM调制的电流型PFC整流器

介绍了一种基于空间矢量调制的三相电流型PFC整流器,采用有功功率和无功功率解耦的控制策略。此外还介绍了一种基于电网侧电感电压反馈的抑制电网侧电流振荡的方法。仿真和实验结果均表明系统具有良好的动静态特性,交流侧电流波形接近正弦,功率因数接近1。     

New control approach for capacitor supported DSTATCOM in three-phase four wire distribution system under non-ideal supply voltage conditions based on synchronous reference frame theory

A large number of single-phase linear and non-linear loads may be supplied from three phase ac mains with neutral conductor. They cause excessive neutral current, harmonics and reactive power burden and unbalance. A four wire DSTATCOM (distribution static compensator) is used for neutral current compensation along with reactive power compensation, harmonics elimination and load balancing. A novel control approach is proposed for the control of four wire DSTATCOM under non-ideal supply voltage conditions. A four-leg voltage-source converter (VSC) with a dc capacitor is used as a four wire DSTATCOM. The proposed control approach is based on synchronous reference frame (SRF) theory and an indirect current control technique. The switching signals for the voltage-source converter (VSC) of the DSTATCOM are derived from the estimated reference supply currents. The load balancing, harmonics elimination and the neutral current compensation are demonstrated along with unity power factor (UPF) and zero voltage regulation (ZVR) modes of operation. Simulation results based on MATLAB software with its Simulink and power system blockset (PSB) toolboxes are presented to validate the control strategy. The DSTATCOM is able to maintain the self-supported dc bus under various disturbances.     

一种高性价比并联混合有源电力滤波器

分析了传统的并联混合型有源电力滤波器的优缺点，在此基础上提出一种新型的并联混合有源电力滤波器，其有源部分不承受基波电压和不流过基波无功电流，进一步减小了有源滤波部分的容量和逆变器直流侧电压，并兼具较大容量的无功静补偿能力。同时提出一种新的控制方法和控制器结构，控制系统由5个控制环组成。在控制电路中，5个反馈信号，即负载电流、电源电流、逆变器输出电流、电源电压和直流母线电压，计算逆变器的参考电压信号。为了证明提出的有源滤波器的性能，利用PSCAD/EMTDC进行了仿真验证，仿真和实验结果表明该装置滤波和无功补偿效果较好，而且这种混合有源电力滤波器的性能价格比较高，因而具有良好的工程推广应用价值。     

基于直接电流控制的并联型PFC变换器研究

提出了并联型功率因数校正(PFC)的概念,揭示了基于直接电流控制的并联型有源电力滤波器(APF)和传统PFC技术的内在联系。并联型PFC兼具并联型APF和传统PFC的优点,即只需处理谐波和无功功率,装置容量小,效率高,且无需计算谐波及无功电流,就能实现单位PFC,且控制简单。在此详细分析了并联型PFC变换器的工作原理,建立了系统的小信号模型,并对系统参数进行优化,最后通过1 kW,20 kHz的原理样机验证了并联型PFC系统具有良好的谐波补偿效果和PFC性能。     

神经网络控制的三相并联有源电力滤波器设计

针对现有各种谐波检测方法的不足,在分析了滤波器的工作原理和传统的神经网络控制算法之后,提出了一种新的神经网络控制算法,设计了一种应用于电力系统中补偿无功和抑制谐波的三相并联有源电力滤波器(APF),该滤波器由一个三相PWM电压源逆变器及其控制电路组成。将负载电流、直流侧电容电压与系统电压输入改进的神经网络,计算出并联有源电力滤波器的参考电流,参考电流输入滞环电流控制器获得逆变器的触发脉冲,从而得到补偿电流。通过Matlab仿真表明,由改进的神经网络控制的滤波器,在负载变化及其电流变化情况下都有良好的性能。同时,通过数字信号处理器实现的系统实验验证了该方案的正确性。     

Three-phase current-fed type converter with direct control of instantaneous current vector

A new PWM technique for the current-fed PWM converter is proposed. As the control variables, the instantaneous active and reactive powers are used instead of the line current. They are proportional to the instantaneous active and reactive current vector. The switching state of the PWM converter is given by the selection method of the appropriate current vector among the seven kinds of the current vectors with the zero current vector. The active current is controlled by the zero current vector and the reactive current depends on the kind of selected current vector. These variables basically are controlled by PWM switching from two kinds of hysteresis comparator. In addition to this, the compensation of the filter circuit can be obtained automatically by the PWM control based on the active and reactive current detected from the source current. In this paper, the principle of the PWM technique for the current-source PWM converter is proposed. Then, some simulation results are shown. After that, the feasibility of the system is verified by experimental results.     

不平衡电压下双馈感应发电机转子侧变流器的灵活功率控制

针对不平衡电压下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。进一步地,求得指令电流调节系数、转子电流峰值及DFIG定子有功和无功波动的表达式,分析DFIG控制特性随调节系数、电压不平衡度的变化规律;分析不平衡电压跌落下DFIG的可控性,给出电压跌落后定子电压的临界值和转子侧变流器可控的判断条件;以功率波动设定值为目标,计及转子电流峰值限制,建立DFIG单位功率因数和无功功率支持2种模式下的灵活功率控制策略,通过仿真验证所提方法的可行性。     

基于有功和无功功率协调分配的统一电能质量调节器控制策略

统一电能质量调节器(UPQC)由串联型有源滤波器和并联型有源滤波器组合而成。在常规功率控制策略中,串、并联变流器与馈线之间存在的有功功率环流增大了串、并联单元的容量负担和损耗,且当电源电压跌落较大时,串、并联单元在补偿电能质量过程中有可能发生容量越限。提出了基于有功和无功功率协调分配的UPQC控制策略,通过合理分配串、并联变流器的功率输出,充分发挥串联变流器的作用,使得串联变流器承担部分负载无功功率以减轻并联变流器的负担,并消除有功功率环流;基于并联变流器补偿容量恒定的原则分配电源与储能单元提供的有功功率,以减小配电网馈线过电流的风险,并保证串、并联单元在补偿电能质量过程中不会发生容量越限。在电源电压完全跌落的极限情况下,负载有功完全由储能提供,实现了不间断电源的功能。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真算例,结果验证了所提策略的正确性和有效性,能够实现UPQC串、并联变流器以及储能单元的协调控制。     

高压直流输电系统低功率运行的无功控制策略

当高压直流输电系统低功率运行时,受换流站接入点谐波性能和交流滤波器设备性能限制,投入的交流滤波器提供的无功功率在满足站内无功消耗外可能仍有大量剩余,导致大量剩余无功送入交流系统,使得换流站及附近厂站的电压容易偏高,继而影响到电网的安全稳定运行。文中提出一种充分利用换流器自身无功调节能力的换流站无功控制策略,该策略在有功输送不受影响的前提下,以直流电压为控制量,以换流站无功交换量为反馈量,通过改变直流电压参考值来对换流器的无功消耗进行定量控制,可有效抑制换流站过剩无功对交流系统电压的影响。该无功控制策略解决了现有直流工程中低功率无功优化功能由于开环控制无法对无功功率进行精确控制的问题。PSCAD/EMTDC和实时数字仿真器(RTDS)中的仿真结果验证了该方法的正确性和鲁棒性。     

Single-phase line current compensator based on line current detection

We propose the three-phase active filter designed to control the ripple power based on instantaneous ac line power detection. We show that the proposed system has many excellent features such as simple construction, high accuracy, high efficiency, and so on. In this paper, we apply this control principle to single-phase power line compensators such as active filters and reactive power compensators. In this case, we must control the instantaneous current waveform instead of the ripple components of two-axis quantities of the three-phase current or power. The proposed system can be easily constructed and controlled by merely detecting the ac line side current and the dc side voltage of the PWM converter. The system combines many functions, such as a PWM converter, an active filter, a reactive power compensator, without any modifications. In this paper, we compare the proposed system with conventional systems and confirm the feasibility of the system by simulation and experimental results. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 124(1): 65–73, 1998