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非理想电网电压下MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略研究

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电机与控制学报 2023年第11期27卷 192-202页

作者：朱纯龚波涛程启明蒋谦王晓锋黄志豪国网上海市电力公司上海200122 上海电力大学自动化工程学院上海200090

针对非理想电网电压时模块化多电平换流器(MMC)和统一电能质量控制器(UPQC)组合而成的MMC-UPQC,采用单一的PID控制、无源性控制(PBC)、滑模控制(SMC)的电能质量不够理想问题,提出了PBC与SMC组合的无源性滑模控制(PBC-SMC)策略来提高电... 详细信息

针对非理想电网电压时模块化多电平换流器(MMC)和统一电能质量控制器(UPQC)组合而成的MMC-UPQC,采用单一的PID控制、无源性控制(PBC)、滑模控制(SMC)的电能质量不够理想问题,提出了PBC与SMC组合的无源性滑模控制(PBC-SMC)策略来提高电能质量。首先,推导出电网电压不平衡时MMC-UPQC的总体数学模型,并对电压与电流进行正序与负序分离;然后,针对当前单一的控制方法的补偿效果存在的问题,提出了MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略来提高电压电流电能质量;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性和可行性,基于PBC-SMC控制的MMC-UPQC系统能够很好地补偿电压电流,提升电能质量,且相比于PID和PBC控制,还有抗扰性更强、精确度更高、响应更快特点。

关键词：统一电能质量控制器模块化多电平换流器无源性控制滑模控制非理想电网电压

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电网电压畸变情况下三相PWM整流器无差拍电流控制

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清华大学学报（自然科学版） 2013年第11期53卷 1637-1644页

作者：尹璐赵争鸣贺凡波袁立强邹高域清华大学电机工程与应用电子技术系、电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

针对传统无差拍电流预测控制算法在电网电压畸变时无法准确跟踪电流参考值的问题,提出了基于电网电压预测的无差拍电流控制方法。首先分析了电网电压谐波对无差拍控制的影响,而后利用重复控制原理对未来两个周期的电网平均电压进行预测... 详细信息

针对传统无差拍电流预测控制算法在电网电压畸变时无法准确跟踪电流参考值的问题,提出了基于电网电压预测的无差拍电流控制方法。首先分析了电网电压谐波对无差拍控制的影响,而后利用重复控制原理对未来两个周期的电网平均电压进行预测和补偿,消除了电网电压整数次谐波对电网电流的影响,降低了电网电流谐波。通过进一步分析,证明了该控制算法保持了传统无差拍控制良好的动态性能,并对算法的稳定性、参数鲁棒性和静态误差进行了分析。最后通过仿真和实验验证了提出方法的正确性和有效性。

关键词：脉宽调制(PWM)整流器无差拍重复控制非理想电网电压

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多级延时消去滤波电压频率实时检测方法

电机与控制学报 2018年第7期22卷 35-43页

作者：谢门喜朱灿焰杨勇苏州大学智能结构与系统研究所江苏苏州215131

实时检测电网电压频率是电力系统控制与保护的前提,然而在非理想三相电网电压情况下,频率检测存在速度慢、精度低等问题。为此,提出一种多级延时消去滤波数字信号处理技术,在两相αβ静止坐标系下,分离出正交、平衡的基波正序电压成分... 详细信息

实时检测电网电压频率是电力系统控制与保护的前提,然而在非理想三相电网电压情况下,频率检测存在速度慢、精度低等问题。为此,提出一种多级延时消去滤波数字信号处理技术,在两相αβ静止坐标系下,分离出正交、平衡的基波正序电压成分。进而将两相电压信号进行幅值归一化,结合微分与开方运算,实时检测各种电能质量情况下三相电压的频率信息。详细比较了多级延时消去滤波的衰减特性及动态响应时间,数值仿真与基于数字信号处理器的实验测试结果验证了所提方法的正确性和可行性。该方法适应性强、运算量少、响应速度基本固定,最大稳态检测误差不超过0.05 Hz,适合嵌入式平台实现。

关键词：频率检测非理想电网电压基波正序分量级联延时消去滤波数字信号处理器

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LCL滤波并网逆变器的鲁棒控制

高电压技术 2011年第12期37卷 3143-3150页

作者：曾正杨欢赵荣祥浙江大学电气工程学院杭州310027

并网逆变器是分布式发电和微电网技术中的关键部件,其拓扑和控制成为近年来的研究热点。为了更好地抑制并网电流谐波,LCL滤波并网逆变器得到了越来越多的关注。然而,由于LCL滤波器存在数学模型阶数高和固有谐振峰等特点,其控制器的合理... 详细信息

并网逆变器是分布式发电和微电网技术中的关键部件,其拓扑和控制成为近年来的研究热点。为了更好地抑制并网电流谐波,LCL滤波并网逆变器得到了越来越多的关注。然而,由于LCL滤波器存在数学模型阶数高和固有谐振峰等特点,其控制器的合理设计是长期以来的一大难题。为此在建立了同步旋转坐标系下LCL滤波并网逆变器的数学模型后,提出了一种鲁棒控制策略并利用电磁暂态综合分析程序PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。结果表明:所提方法能够很好地克服LCL滤波并网逆变器不易控制的缺点,同时具有较好的谐波电流抑制能力。此外,所提控制策略还能在电网电压非理想条件下实现消除并网功率波动或并网电流谐波的控制目标。

关键词：并网逆变器电流谐波 LCL滤波鲁棒控制非理想电网电压 PSCAD/EMTDC

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解耦混合坐标系并网逆变器电网同步方法

电力系统自动化 2014年第20期38卷 96-100页

作者：沈虹李清坤郭小强王宝诚卢志刚孙孝峰电力电子节能与传动控制河北省重点实验室燕山大学电气工程学院河北省秦皇岛市066004

针对电网电压直流分量扰动影响电网同步精度的问题,提出一种解耦混合坐标系电网电压同步方法。首先分析了传统旋转坐标系锁相环的原理及存在的问题,在此基础上,将直流分量视为频率为"0Hz交流量谐波",并结合多旋转坐标系锁相环,提出静止... 详细信息

针对电网电压直流分量扰动影响电网同步精度的问题,提出一种解耦混合坐标系电网电压同步方法。首先分析了传统旋转坐标系锁相环的原理及存在的问题,在此基础上,将直流分量视为频率为"0Hz交流量谐波",并结合多旋转坐标系锁相环,提出静止坐标系结合多旋转坐标系的解耦同步方法。文中从系统稳定裕度、抗扰特性和动态性能等方面对锁相环参数进行了设计。最后在电网电压畸变不平衡且存在直流分量扰动情况下进行了仿真和实验研究。实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。

关键词：电网同步并网逆变器非理想电网电压锁相环

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虚拟同步发电机的电网适应性控制策略研究

可再生能源 2022年第9期40卷 1273-1278页

作者：王宪萍马津倪喜军王晓东国网山西电力公司长治供电分公司山西长治046011 南京工程学院电力工程学院江苏南京210067

文章针对实际电网工况存在不对称、谐波等非理想工况时,常规虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制存在影响并网电能质量的并网电流不对称和谐波畸变等问题,提出利用正弦幅值积分法实时提取电网负序和谐波分量的改进VS... 详细信息

文章针对实际电网工况存在不对称、谐波等非理想工况时,常规虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制存在影响并网电能质量的并网电流不对称和谐波畸变等问题,提出利用正弦幅值积分法实时提取电网负序和谐波分量的改进VSG控制方法。基于正弦幅值积分法的电网电压前馈实现对并网谐波电流的抑制,使VSG在非理想电网电压下实现电网电压负序分量和谐波分量的完全抵消。最后,基于MATLAB仿真验证了该控制方法在不同电网工况下对电流谐波的抑制效果。

关键词：虚拟同步机非理想电网电压不平衡谐波

基于三阶广义积分的锁相环及基波正序分离方法

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制造业自动化 2023年第2期45卷 56-60页

作者：金彦军张斌兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

非理想电网下,电网经常会因直流偏置、不平衡、谐波分量以及频率跳变而发生故障,此时传统锁相环技术不能精确的锁相。针对以上故障,采用三阶广义积分器(TOGI)实现直流分量的消除,将其嵌入到同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)中,并通过TOGI... 详细信息

非理想电网下,电网经常会因直流偏置、不平衡、谐波分量以及频率跳变而发生故障,此时传统锁相环技术不能精确的锁相。针对以上故障,采用三阶广义积分器(TOGI)实现直流分量的消除,将其嵌入到同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)中,并通过TOGI产生的一组正交信号消除电网中的2倍基波频率分量,实现电网幅值和相位的提取。在此基础上为了消除谐波分量对锁相的影响,在TOGI-PLL中加入了前置滤波环节,提出频率自适应的滤波模块和延迟信号对消法(DSC)混合滤波的Ⅰ型改进方案和陷波器级联的Ⅱ型改进方案,并在多种非理想电网工况下仿真验证了所提方法的正确性。

关键词：非理想电网电压锁相环三阶广义积分器基波正序分离频率自适应滤波

D-STATCOM无锁相环补偿电流检测法的研究

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D-STATCOM无锁相环补偿电流检测法的研究

作者：吴超华北电力大学

学位级别：硕士

配电网中的非线性、无功及不对称负荷会带来配电网的谐波污染、功率因数的降低、三相不平衡等电能质量问题,并直接影响配电网的安全、经济运行。配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)能综合解决上述电能质量问题,并具有响应速度快、运行范... 详细信息

配电网中的非线性、无功及不对称负荷会带来配电网的谐波污染、功率因数的降低、三相不平衡等电能质量问题,并直接影响配电网的安全、经济运行。配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)能综合解决上述电能质量问题,并具有响应速度快、运行范围宽和可动态连续补偿等优点,已经成为当今社会改善电能质量的研究热点。然而实时准确地检测出补偿指令电流是D-STATCOM进行良好补偿的前提,传统的基于瞬时无功功率理论的补偿电流检测法在电网电压畸变或不对称时因无法准确地提取电网基波正序电压的相位信息而带来检测误差,并且其锁相环电路也会带来检测延时,最终影响D-STATCOM的补偿效果。本文首先介绍了D-STATCOM的拓扑结构,并对传统的基于瞬时无功功率理论的ip-iq法的误差来源进行了分析,提出一种改进的无锁相环补偿电流检测法。该方法消除了锁相环的检测延时,在非理想电网电压时能准确地提取其基波正序电压的相位信息,并采用平均值滤波和采样优化处理来减少滤波延时和降低检测中的运算量,从检测精度和响应速度两方面改善D-STATCOM的检测效果。通过分析不平衡工况造成的D-STATCOM直流电压波动给补偿电流检测环节带来的影响,采取对直流电压控制量进行滤波处理,以提高在不平衡工况下补偿电流的检测效果。另外,为了改善D-STATCOM对补偿指令电流的跟踪性能,以减小开关频率和电流跟踪误差为控制目标,提出一种基于电压空间矢量的新型双滞环电流控制法。最后,在Simulink仿真环境中对改进的补偿电流检测法和控制方法进行了仿真验证,证实了所提方法的有效性与可行性。为了验证改进补偿电流检测法的实用性,成功研制出一台容量为10kVA、额定电压为380V的D-STATCOM实验样机。并详细介绍了D-STATCOM装置的硬件参数和软件设计,其中硬件部分包括:主电路中的直流电容、交流接触器以及滤波电抗器的参数选择,开关元件及其缓冲电路的设计;检测与控制系统中的霍尔元件、A/D转换模块、数字信号处理器的选择与信号滤波与滞环电路的设计。软件部分包括:主程序的设计、指令电流检测等功能子程序的设计流程。在样机上对改进的补偿电流检测法进行了实验验证,结果表明采用改进补偿电流检测法的实验样机在非理想电网电压及非线性不平衡负载工况下能较准确地实现对无功、谐波及不对称电流分量的有效补偿。

关键词：配电网静止同步补偿器补偿电流检测法非理想电网电压平均值滤波采样优化双滞环电流控制

非正常运行条件下MMC-UPQC特性分析及控制策略研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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非正常运行条件下MMC-UPQC特性分析及控制策略研究

作者：范志华华中科技大学

学位级别：硕士

统一电能质量调节器(Unified power quality conditioner,UPQC)是一种电压质量与电流质量问题兼顾治理的定制型电能质量治理设备,其利用串联变流器解决配电网侧电压质量问题,采用并联变流器治理用户侧电流质量问题,可满足同一配电网出... 详细信息

统一电能质量调节器(Unified power quality conditioner,UPQC)是一种电压质量与电流质量问题兼顾治理的定制型电能质量治理设备,其利用串联变流器解决配电网侧电压质量问题,采用并联变流器治理用户侧电流质量问题,可满足同一配电网出现多种电能质量问题的治理需求,同时解决多种电能质量治理设备装置间配合困难问题。受限于电力电子器件耐压能力,现有UPQC结构难以适用于中高压配电系统电能质量治理场景。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的出现为UPQC换流器技术的发展带来了新的变革,MMC采用高度模块化的设计,可通过线性扩展模块数以适应不同电压等级,与传统级联多电平拓扑结构相比,相同电压等级下MMC所需开关器件相对较少、控制更为简单,且具有输出波形质量高、开关频率低与故障处理能力强等优点。UPQC的串、并联变流器采用MMC结构组成MMC-UPQC,为UPQC应用于中高压、大容量场合提供了有效途径。考虑到MMC-UPQC内部结构和外部环境的复杂性,非正常运行状态下MMC-UPQC的高效可靠工作,是有效治理电网电能质量问题和保障系统稳定运行的重要条件。为提高MMC-UPQC在非正常运行状态下的运行性能,研究其内部子模块故障情况下和直流侧单极接地故障情况下MMC-UPQC运行特性及相应的控制方法,以及非理想电网下MMC-UPQC功率分配特性及改进方法,对实际工程具有重要的指导意义。本文首先研究了MMC-UPQC的数学模型与基本控制方法,然后围绕子模块故障情况下MMC-UPQC故障容错控制策略、直流侧单极接地故障情况下MMC-UPQC特性分析及能量再平衡控制策略、非理想电网下含储能单元的MMC-UPQC功率控制策略等三个主要问题展开了深入研究。本文主要研究内容阐述如下:(1)子模块故障是MMC-UPQC中常见的一种故障类型,本文针对MMC在子模块故障时桥臂不对称运行问题,提出了MMC-UPQC的故障容错控制策略。首先,建立基于开关函数的桥臂不对称运行数学模型,揭示了上、下桥臂子模块开关函数不一致是导致不对称运行的根本原因;其次,借助补偿阻抗以抵消上、下桥臂子模块故障数目不相等导致的不对称分量,从而建立桥臂交流电流、直流环流和交流环流耦合电路;最后,采用不同频率下电流解耦控制方法,提出了具有故障容错能力的桥臂电流解耦控制策略,解决了桥臂不对称运行带来的不平衡与环流问题。(2)MMC-UPQC站内直流侧单极接地故障是影响最为恶劣的故障类型之一,本文针对MMC-UPQC直流侧单极接地故障引起的一系列问题,提出了MMC-UPQC的直流单极接地故障分析方法以及能量再平衡控制策略。首先,建立了直流侧单极接地故障情况下的故障电流计算模型,并分析了故障电流的产生机理;在此基础上,利用混合型MMC桥臂可输出负电平电压的特性,调整混合MMC的运行模式消除了交流电压直流偏置以及故障电流;通过对下桥臂功率流动特性进行分析可知,该运行模式将导致上、下桥臂能量不平衡问题,引起故障桥臂子模块的电容电压持续上升,影响开关器件的安全运行;最后,本文基于基频环流注入方法提出一种直流单极故障能量再平衡控制策略,保证直流单极接地故障下仍可传递一半的额定功率,实现了MMC-UPQC的不停机运行。(3)本文针对常规补偿策略串、并联变流器所承担功率分配不合理的问题,提出了一种含有储能单元的MMC-UPQC功率协调控制策略。通过合理分配串、并联变流器的功率输出,将串联变流器的工作电压维持为额定值,最大限度地分担了并联变流器的负担,并保证其在工作过程中不会超过容量限制。同时,由于利用储能单元将电源电流维持为正常工况下负载电流的有功分量,可以防止电源电压跌落时馈线电流的增大,消除了配网馈线过电流的风险。在电源电压跌落为零的特殊情况下,此时储能单元提供所有的负载有功功率,保证了对负荷的不间断供电。所提策略通过合理分配UPQC串联变流器、并联变流器与储能单元三者之间所承担的功率,可有效减小UPQC的容量配置。本文分别在PSCAD/EMTDC平台上搭建了上述控制策略的仿真模型并进行了相关的仿真分析,仿真结果验证了控制策略的有效性与可行性。

关键词：模块化多电平换流器统一电能质量控制器电能质量治理子模块故障直流侧单极接地故障非理想电网电压功率协调分配