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一种基于虚拟阻抗的微电网自适应下垂策略

中国测试 2023年第10期49卷 97-103,110页

作者：薛家祥张祥颖周钢华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 东莞市钜大电子有限公司广东东莞523070

为降低传统微电网下垂控制中无功环流对系统稳定性的影响,提出一种基于虚拟阻抗的微电网自适应下垂策略。对闭环传递函数特征根进行分析,选取合适的虚拟阻抗参数。针对虚拟阻抗中微分环节存在高次谐波干扰的问题,提出sogi模块,实验验证... 详细信息

为降低传统微电网下垂控制中无功环流对系统稳定性的影响,提出一种基于虚拟阻抗的微电网自适应下垂策略。对闭环传递函数特征根进行分析,选取合适的虚拟阻抗参数。针对虚拟阻抗中微分环节存在高次谐波干扰的问题,提出sogi模块,实验验证其具有良好的滤波能力以及产生正交信号的特性。提出电压自适应补偿环节,以解决虚拟阻抗导致压降增大的问题,仿真验证其对不同负载产生压降具有补偿作用。针对由功率扰动引起的频率波动问题,提出频率自适应调节环节。将频率变化值与频率变化率划分为五种情况,对幅值调节参数进行自适应调整,使频率扰动减小1.4 Hz波动峰值,减小0.045 s恢复时间。通过多机并联实验,各机输出无功功率差值为39.096 var,150.258 var,均分效果良好。文章不仅研究了微网功率分配问题,还为虚拟阻抗的应用提供了新的解决思路。

关键词：微网下垂虚拟阻抗 sogi 电压补偿频率调节

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柔性直流输电的组合控制策略研究

柔性直流输电的组合控制策略研究

作者：马良河北科技大学

学位级别：硕士

在柔性直流输电领域,换流站拓扑可能采用两电平或更高电平的结构,并充分利用适应性强的控制策略。无论是双端或多端柔性直流输电控制系统都需要综合考虑一系列控制目标,包括精确直流电压调节、限制功率传输以及内环电流控制等。如果仅... 详细信息

在柔性直流输电领域,换流站拓扑可能采用两电平或更高电平的结构,并充分利用适应性强的控制策略。无论是双端或多端柔性直流输电控制系统都需要综合考虑一系列控制目标,包括精确直流电压调节、限制功率传输以及内环电流控制等。如果仅采用单一的控制策略进行调节,可能会存在输出稳态波动、参数调优困难等问题,这些问题会直接影响到电能输出的质量与稳定性。因此,本文探讨了常见的柔性直流换流站的组合控制策略,在换流站内部的数学模型、整流与逆变双端直流输电结构的基础上,为进一步衡量控制策略运算在时间尺度上实施的可行性,在多端柔性直流输电系统的研究中引入了策略执行效率定义。同时,为实现面向无源负载供电的双端VSC输电系统功率与定交流电压输出的精确控制,进一步提升无源负载端电能质量,提出了一种基于虚拟抗性的QPR控制。研究了MMC换流站的数学模型和工作原理,在分析了两种传统PI环流控制策略基础上,为采用更为精确的数学模型实现环流提取,提出将传统二阶广义积分器两个输出分别改造为一个三阶定频增幅器和一个二阶高通滤波器应用于MMC环流抑制。研究了减少状态的模型预测控制在MMC换流站综合控制中的运用,针对其与PI控制结合存在的稳态脉动较大问题,提出了一种基于缓冲池的直接约束控制对原模型的关键控制信号进行约束,提升其输出的波形质量。为解决MMC换流站在连接的交流源发生三相不对称故障时导致直流输出产生波动的问题,针对抑制负序电流、抑制有功功率2倍频、抑制无功功率2倍频的控制目标分别采用PI、DRC-PBC、DRCPBC-SMC、改进的DRC-PBC-SMC组合控制策略仿真验证了控制效果。在多端柔性直流输电系统中,研究了针对组合控制目标的解耦控制器附加控制,针对子模块数量多、同时投入运行的换流站数目多而造成改进预测控制执行效率明显降低与传统控制器调节精度降低的问题,提出了一种基于模糊边界的直接约束控制的组合控制模式,并搭建了四端双极结构的MMC柔直输电系统仿真,验证了控制策略的有效性。

关键词： sogi QPR 直接约束控制 MMC-HVDC 无源-滑模控制

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光伏并网逆变器负序分量补偿法控制策略

高电压技术 2013年第5期39卷 1197-1203页

作者：周林张林强李怀花杜金其龙崦平廖波重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

为了抑制电网不平衡时三相光伏并网逆变器侧并网电流所产生的畸变,提出了一种基于d-q坐标系下的负序分量补偿法,用于抑制逆变器侧并网电流的不平衡。分析了电网不平衡情况下的数学模型,证明了A相电压故障前后d-q坐标系下正负序电压分量... 详细信息

为了抑制电网不平衡时三相光伏并网逆变器侧并网电流所产生的畸变,提出了一种基于d-q坐标系下的负序分量补偿法,用于抑制逆变器侧并网电流的不平衡。分析了电网不平衡情况下的数学模型,证明了A相电压故障前后d-q坐标系下正负序电压分量的关系。采用基于二阶广义积分的带通滤波器获取α-β坐标系下的正负序电压,进行负序电压补偿,形成新d-q坐标系下的电压分量。此控制方法可以抑制电流谐波,消除并网电流畸变,使电网不平衡期间并网电流不超过其额定值,避免因电流过大而使光伏系统从电网断开的故障发生。通过仿真和实验验证了该控制算法的正确性和有效性。

关键词：光伏逆变器电网不平衡故障 A相电压故障 d-q旋转坐标系负序分量补偿二阶广义积分带通滤波器 sogi BPF

弱电网下逆变侧电流反馈的并网逆变器稳定性分析及优化

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电力系统保护与控制 2019年第19期47卷 31-37页

作者：郑征黄旭杨明高龙将李斌河南理工大学电气工程与自动化学院

逆变侧电流反馈控制是一种常见的间接进网电流控制方法,其相较于直接进网电流控制具有更好的稳定性。但在实际应用中,并网逆变器常工作在弱电网条件下,因此并网逆变器的稳定性会大幅降低。以三相LCL 逆变侧电流反馈并网逆变器为例,通过... 详细信息

逆变侧电流反馈控制是一种常见的间接进网电流控制方法,其相较于直接进网电流控制具有更好的稳定性。但在实际应用中,并网逆变器常工作在弱电网条件下,因此并网逆变器的稳定性会大幅降低。以三相LCL 逆变侧电流反馈并网逆变器为例,通过频域分析法研究系统稳定性下降的机理,提出在并网电压比例前馈环节串联二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator, sogi)的控制方案。该方案可以削弱并网电压比例前馈引入的与线路阻抗相关的额外正反馈,从而提升弱电网下系统稳定性。最后,搭建了三相并网逆变器仿真模型、实物模型,验证了该方案的有效性。

关键词：并网逆变器逆变侧电流反馈弱电网 sogi 稳定性

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基于sogi的MMC环流抑制策略研究

电子科技 2023年第7期36卷 16-23页

作者：韦圣辉郝正航陈卓贵州大学电气工程学院贵州贵阳550025

MMC(Modular Multilevel Converter)具有高度对称的子模块级联结构,输出波形质量好,被广泛应用于高压直流输电等场合。MMC环流的存在会加剧桥臂损耗,使桥臂电流发生畸变,产生高次谐波分量,严重破坏电能质量。针对该问题,文中采用基于SOG... 详细信息

MMC(Modular Multilevel Converter)具有高度对称的子模块级联结构,输出波形质量好,被广泛应用于高压直流输电等场合。MMC环流的存在会加剧桥臂损耗,使桥臂电流发生畸变,产生高次谐波分量,严重破坏电能质量。针对该问题,文中采用基于sogi和直流积分器相互配合的多谐波滤波器提取环流的交流成分的方法,通过3个准PR(Proportional Resonant)控制器并联组成的新环流抑制器对环流进行抑制。在MATLAB/Simulink中搭建了11电平的MMC逆变仿真模型进行仿真实验,结果表明文中所提控制策略能够有效地完成对系统的控制。与传统环流抑制方法对比,文中所提方法的环流抑制效果更加明显,电容电压波动范围降低大约60%,证明了文中所提控制环流控制策略的正确性和有效性。

关键词：模块化多电平换流器 sogi 准PR控制器均压控制环流抑制载波移相 MATLAB/Simulink 功率均衡

基于sogi的光伏并网逆变器锁相环的优化研究

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电气应用 2023年第12期42卷 77-82页

作者：李锐李鹏张琦高小娟国网宁夏电力有限公司宁东供电公司宁夏银川750411 西部新能(宁夏)电力工程设计有限公司宁夏银川750409 西安理工大学电气工程学院复杂系统控制与智能信息处理重点实验室陕西西安710048

在宁夏的中东部地区,风光资源良好,大量光伏电站以及风电场并入大电网,促进风光资源的有效利用与开发。随着新型光伏材料的出现,成本不断降低,转换效率不断提高,光伏并网得到大量推广。为实现光伏并网逆变器的快速并网,针对单级式光伏... 详细信息

在宁夏的中东部地区,风光资源良好,大量光伏电站以及风电场并入大电网,促进风光资源的有效利用与开发。随着新型光伏材料的出现,成本不断降低,转换效率不断提高,光伏并网得到大量推广。为实现光伏并网逆变器的快速并网,针对单级式光伏并网逆变器锁相环进行研究,分析传统的锁相环因存在1/4周期的延迟,导致跟踪性及动态响应不佳,提出了基于二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,sogi)的锁相环并进行对比分析,将sogi引入后,提高了并网逆变器的并网效率和动态响应,对于光伏并网逆变系统具有一定的研究意义。

关键词：化石能源清洁能源风光资源太阳能电池阵列单级式光伏并网逆变器 sogi 锁相环

基于虚拟阻抗的光伏逆变器谐波抑制策略及其优化研究

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基于虚拟阻抗的光伏逆变器谐波抑制策略及其优化研究

作者：柯清派华南理工大学

学位级别：硕士

电力电子技术的迅速发展使得配电网电力电子化趋势加快,非线性负荷的接入给电网造成的电能质量问题日趋严重,低压配网的谐波问题受到广泛关注。鉴于分布式光伏电源在低压配网的广泛应用是整体发展趋势,但由于光伏逆变器的工作时间有限,... 详细信息

电力电子技术的迅速发展使得配电网电力电子化趋势加快,非线性负荷的接入给电网造成的电能质量问题日趋严重,低压配网的谐波问题受到广泛关注。鉴于分布式光伏电源在低压配网的广泛应用是整体发展趋势,但由于光伏逆变器的工作时间有限,其大部分时间都处于待机状态,考虑将其有效利用是非常必要的。鉴于光伏逆变器的拓扑结构与有源滤波器相似,即便其处于光伏逆变状态,将其设计为具备兼具滤波功能也是可行的。因此,本文的主要目的是研究一种基于虚拟阻抗的光伏逆变器谐波抑制策略及其优化研究,改进系统控制器与谐波提取方法,通过检测并网点谐波电压用于控制以改善电能质量,并通过对虚拟阻抗值寻优达到目标抑制效果。本文首先对LCL型光伏逆变器进行了研究,建立了同步旋转坐标系下的LCL型光伏逆变器的数学模型,并分析坐标变换对LCL谐振的影响。在此基础上,针对现有控制器对谐波信号跟踪效果差或计算量大的缺陷,选取了适用于本课题的改进“PI+重复”控制器,通过仿真分析对比控制器的性能,在不增加计算量的情况下提高了对谐波信号的控制精度与动态响应。其次,改进了二阶广义积分器(Second-Order Generalized Integrator,sogi)的谐振频率、输入信号前向通道,设计了频率自适应、交叉反馈的谐波提取方法,使得所提谐波检测方法在不平衡、畸变电网下可高精度提取谐波,同时可保证电压锁相。然后,针对传统谐波补偿方法需对线路改造加装电流互感器的问题,提出采用一种基于虚拟阻抗的光伏逆变器谐波抑制策略,其仅需检测并网点电压谐波,使得光伏逆变器在发出有功功率的同时,可抑制并网点的谐波;再者,指出使得谐波抑制效果最佳的虚拟阻抗的存在性,故对最佳虚拟阻抗进行搜索优化研究,进一步提出利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)解决最佳虚拟阻抗值的不确定性问题,使谐波抑制效果最佳;接着,通过仿真对以上算法的可行性进行验证。最后,搭建了具备谐波抑制功能的光伏逆变器样机实验平台,实验证明所提控制理论可准确检测谐波信号并有效降低并网点电压谐波。

关键词：重复控制 sogi 虚拟阻抗谐波抑制 PSO算法

直流微电网混合供电的中频航空地面电源研究与实现

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直流微电网混合供电的中频航空地面电源研究与实现

作者：曲鸿志中原工学院

学位级别：硕士

中频航空地面静变电源作为第二代航空地面电源,专为民航飞机、军用飞机在地面维修保养、起动及机载设备维护时提供高质量的400Hz/115V电压。随着功率半导体技术以及现代电力电子技术的飞速发展,电气性能优异、低电磁干扰、轻量化已成为... 详细信息

中频航空地面静变电源作为第二代航空地面电源,专为民航飞机、军用飞机在地面维修保养、起动及机载设备维护时提供高质量的400Hz/115V电压。随着功率半导体技术以及现代电力电子技术的飞速发展,电气性能优异、低电磁干扰、轻量化已成为其主流发展趋势。但由于其输出电压频率远高于工频电源,在设计过程中存在带不对称负载以及整流性负载输出电压波形质量低的问题。针对这些问题,本文对T型三电平逆变器展开研究与设计,提出一种二阶广义积分器（Second Order Generalized Integrator,sogi）与Park变换结合的单相控制方法应用于带三相不对称负载。通过仿真与实验验证了研究的可行性。同时,针对桥载设备代替飞机辅助发动机为靠岸飞机供电时耗电量大的问题,提出一种基于交流电网和直流微电网混合供电的方案,用以提升机场可再生能源的使用率。首先,分析T型三电平逆变器的工作原理、换流方式,推导在坐标系和坐标系下的数学模型,并详细说明正弦波脉宽调制策略以及空间矢量脉宽调制策略,包括大小扇区判断、基本矢量作用时间计算以及七段式发波状态分配等环节的具体实施步骤。在控制策略方面,先介绍三相逆变器的双闭环电压电流比例积分（Proportional Integral,PI）控制控制策略,并对轴电压分量的耦合关系与解耦方式做了详细推导。针对单相逆变器无法使用坐标变换进行无静差PI控制的问题,同时为适应三相不对称负载,依托分裂电容式三相逆变器提出一种基于sogi与Park变换的单相双闭环控制策略,具体阐释了新型控制策略的原理与控制流程。并通过分析整流性负载的谐波特性引入基于重复控制以及比例谐振控制的谐波抑制技术。最后,研制了一台8kVA的中频航空地面电源实验样机,详细介绍了样机的整体结构和软硬件设计方法。硬件设计包括母线电容选型、LC滤波器参数计算以及控制电路等。软件设计包括软件整体结构、基于sogi与Park变换的PI双环解耦控制算法以及重复控制算法。针对带三相不对称负载与整流性负载两个问题进行仿真与实验,通过实验波形与THD分析验证上述方法的适用性,三种工况下带不对称负载的电压不平衡度均小于0.1%。实验样机在带不对称负载时控制器采用基于sogi与Park变换的控制策略,在带整流性负载时控制器切换为重复控制。

关键词：中频逆变器 T型三电平不对称负载谐波抑制 sogi

基于多机分序策略的三相不平衡治理装置关键技术研究

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基于多机分序策略的三相不平衡治理装置关键技术研究

作者：王鹏宇东南大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展,大量电力电子设备与不平衡负载得到广泛运用,加剧了电网负载侧的三相不平衡现象。此外,现代电力电子设备对电网电能质量的要求越来越高。由于三相不平衡问题会严重影响电网的安全稳定运行,必须采取有效措施进行治理... 详细信息

随着经济的飞速发展,大量电力电子设备与不平衡负载得到广泛运用,加剧了电网负载侧的三相不平衡现象。此外,现代电力电子设备对电网电能质量的要求越来越高。由于三相不平衡问题会严重影响电网的安全稳定运行,必须采取有效措施进行治理。有源电力滤波器(APF)作为一种能够有效改善电能质量的补偿设备,在电能质量治理中得到了广泛应用。本文基于三相四线制电容中点式APF对不平衡分量检测、单机电压电流控制策略、多机分序协调控制策略进行了深入研究。主要研究内容如下:1.为了解决传统检测方法中正负序分量相互耦合的问题,提出了一种结合平均值滤波器的基于二级广义积分器(sogi)的三相不平衡基频分量解耦检测算法,具有动态响应快、稳态误差小特点,具有很好的应用前景;为了提高检测精度,对常用的低通滤波器进行了理论分析与对比,设计了无相位偏移、滤波精度高、动态性能好的平均值滤波器。通过仿真对比验证了所设计的平均值滤波器在滤波性能与响应速度上优于传统的低通滤波器(LPF)与巴特沃斯滤波器(BF)。2.对单机APF的电压和电流控制策略以及多机并联APF的协调控制策略进行了研究。针对传统PI控制无法对交流信号进行无静差跟踪的问题,设计了准PR控制器,在保持PR控制器谐振频率处高系统增益的基础上,拓展了系统带宽,提高了对电网频率波动的响应能力,实现了对指令电流的无静差跟踪;为了控制APF的直流侧电压稳定,设计了基于PI控制器的电容中点式APF直流侧总电压与电容均压控制的双环电压控制策略;针对模块化多机并联APF需要对子模块进行协调控制的问题,提出了一种基于分级控制与均流限流的多机分序APF协调控制策略,提高了系统冗余度和运行效率,减小了数据传输误差,确保了子模块运行的安全性与稳定性。3.对基于多机分序策略的三相不平衡治理系统进行仿真研究。设计了APF的硬件参数,搭建了仿真模型,并进行了不平衡负载、谐波负载以及综合性负载下的不平衡分量补偿,验证了所设计控制策略的可行性和准确性;进行多机并联系统的子模块投切与热拔插仿真,验证了所提出的基于多机分序策略的三相不平衡补偿装置具有较好的补偿效果与运行稳定性。

关键词：不平衡治理电容中点式APF sogi 平均值滤波器多机分序控制策略