NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制策略

针对线性控制器依赖局部线性化方法的缺点,提出并联型有源滤波器(SAPF)非线性无源控制策略。根据被控对象二极管钳位(NPC)型三电平三相四线制SAPF在dq0坐标系下的欧拉(EL)数学模型分析其无源性;从能量角度出发构造能量存储函数,得到能使被控量收敛至期望值的无源控制规律;以使内环电流解耦为目的,采用阻尼注入法对其简化,提高系统的动态性能;对所设计的NPC型三电平SAPF的非线性无源控制方法进行了仿真及硬件实验。结果表明,所设计的基于非线性无源控制策略的NPC型三电平SAPF能够实现电网平衡/不平衡情况下的电流低谐波、直流侧电压稳定及中点电压平衡;与传统的双环PI控制策略相比,具有较好的补偿效果。     

基于滑模控制的三电平并网风力发电系统研究

本文提出一种基于滑膜控制和空间矢量调制的三电平并网风力发电系统。本文设计的非线性滑膜控制器控制并网无功电流和有功电流。由于NPC型三电平逆变器采用单直流电压,通过采用空间矢量调制方法中改变冗余小矢量方法实现中点平衡控制。研究了提出滑膜控制的并网无功电流和有功电流性能,实验验证了所提算法具有快速的跟踪性能,低THD输出电流和直流侧电容电压的平衡能力。     

一种单相三电平中点钳位整流器的SVPWM控制方法

针对单相电压型三电平中点钳位(NPC)整流器,首先分析其工作原理,建立其基于开关函数的数学模型。针对单相三电平整流器直流侧两电容电压调节不平衡问题,探讨了一种基于空间电压矢量调制(SVPWM)控制方法和电压前馈的中点电位控制方法,并在Matlab环境下进行了计算机仿真。仿真结果表明,在机车运行的两种典型工况即牵引和再生制动下,SVPWM调制使得牵引变压器一次侧功率因数接近于1,在电网侧可获得近似正弦的电流波形,而且该调制方法易于离散数字化实现。该电压平衡方法能够有效地平衡直流侧电容电压。     

NPC型三电平并网逆变器模型预测功率控制研究

根据NPC型三电平逆变器的特点,本文提出一种新型模型预测功率控制,可以提高电流跟踪的速度和精度。首先对NPC型三电平逆变器进行建模,然后在两相静止坐标系下建立预测功率的模型,在此基础上提出了模型预测直接功率控制。该方法用电压矢量作为基本控制矢量,利用电压矢量误差最小的价值函数实现功率控制。并针对实际系统中存在延迟的情况,设计了延时补偿的控制方法。为了进一步解决NPC三电平逆变器的中点不平衡问题,通过侧电容和下侧电容电压的差值,通过选择小矢量实现中点电位平衡控制,实验结果验证了本文提出的新型模型预测直接功率控制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

不平衡电网电压下MMC-UPQC的Lyapunov函数控制方法

统一电能质量控制器(UPQC)结合模块化多电平换流器(MMC)而成的MMC-UPQC系统能够解决高压下电能质量问题，但目前MMC-UPQC常用PID等线性控制来补偿电流和电压，但因MMC-UPQC为非线性、多变量对象，因此，PID等线性控制难以得到满意的补偿效果。为此，提出将非线性Lyapunov函数控制用于MMC-UPQC电流和电压的补偿控制。首先，对不平衡电网下MMC-UPQC进行数学建模；接着，对不平衡电网下MMC-UPQC的电气量进行正负序分离；然后，将提出的Lyapunov函数控制用于不平衡电网下MMC-UPQC的电能质量补偿，并证明了Lyapunov函数控制系统的稳定性，推出了Lyapunov函数控制增益的稳定范围；最后，在仿真系统平台上对Lyapunov函数控制和传统PID控制两种方法进行仿真实验比较，仿真结果验证了Lyapunov函数控制方法能够更好地补偿MMC-UPQC电流和电压的电能质量。     

电容中点式三相四线制SAPF混合无源非线性控制策略

电容中点式三相四线制并联型有源滤波器(SAPF)相比于三相三线制SAPF,附加了零序电流通路,因而可在电网平衡/不平衡时补偿非线性负荷产生的各次谐波、零序及无功电流。利用SAPF的无源性对其进行非线性的无源控制(PBC)可取得较常规的线性和非线性控制器更好的补偿效果,且在电网不平衡时无需检测和处理谐波电流的正负序分量。文中提出了一种电容中点式三相四线制SAPF的混合无源控制策略。首先,根据被控对象SAPF在dq0坐标系下的EulerLagrange数学模型分析其无源性,并计算得到了能使被控量收敛至期望值的SAPF内环电流无源控制规律;然后,采用阻尼注入法对其进行简化,得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律,提高系统的动态性能;接着,根据直流侧总电压和差压与补偿电流存在紧密联系,设计了基于2阶低通滤波器控制的SAPF外环电压控制器;最后,通过Simulink软件仿真和实验验证了将文中混合PBC用于SAPF控制的可行性和优越性,相比于传统的比例—积分控制,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

预测控制三电平并联型有源电力滤波器系统

针对三电平并联型有源电力滤波器数控系统存在采样、计算等引起的固有延时及直流侧电压存在波动问题,提出了一种将直流侧电压模糊PI自整定控制、谐波电流预测控制和三电平电压空间矢量脉宽调制算法相结合的基于三电平SAPF数字模型等双闭环控制方案。仿真试验验证了该系统具有良好的谐波补偿性能和应用价值。     

NPC/H桥五电平逆变器直流侧电容电压平衡控制

针对三相NPC/H桥五电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题,由逆变器拓扑结构及负载结构建立数学模型,详细分析直流侧电容电压不平衡机理,阐述MPC与SVPWM算法相结合的思想。基于模型预测(MPC),提出平衡直流侧电容电压的新型电压预测算法,利用SVPWM算法确定参考电压矢量位置,并选择参与预测的位置矢量和平衡矢量,进而根据代价函数值择优输出。与传统MPC相比,其具有结构简单,计算量小及每次寻优矢量均不超过10个等优点。仿真和实验均表明提出的电压预测算法能有效平衡直流侧电容电压并且具有较强的动态响应能力。     

载波调换调制技术在级联多电平SAPF中的应用

电容电压不平衡是影响级联H桥多电平并联有源电力滤波器(SAPF)安全可靠运行的关键问题。通过分析载波相移调制技术(CPS-SPWM)对直流侧电容电压的影响,提出了一种基于控制直流侧电容电压平衡的载波调换调制技术,确立了双电压环与电流环结合的三闭环SAPF控制策略。这种调制方式算法简单、易实现,能在较小开关频率下实现较好的补偿效果的同时,有效地解决级联H桥多电平SAPF直流侧电压平衡问题。仿真和实验证明,该载波调换调制技术是有效、实用的,能对直流侧电容电压平衡起到良好的控制效果。     

基于PD-SFO-PWM的级联SAPF直流侧平衡策略

针对级联H桥并联有源电力滤波器(SAPF)存在直流侧电压不平衡的现象,以实现直流侧电压的稳压、相间平衡和相内平衡为目的,提出一种基于载波同相层叠-开关频率优化-PWM(PD-SFO-PWM)的直流侧电压三级平衡策略。当发生直流侧电压失衡时,三级策略发挥调节作用。与传统平衡策略相比,该策略原理简单、易于实现,由于调制策略同时兼有调制功能和直流侧相内电压平衡功能,避免了设计额外的直流侧相内电压平衡策略,从而大大降低了直流侧平衡策略的复杂性。最后进行七电平SAPF仿真和实验,验证了平衡策略的可行性。该平衡策略能够在较短的时间内,以较小的超调量实现平衡效果,并能保证SAPF的稳定工作。     

Three-phase four-wire shunt active power filter based on the SOGI filter and Lyapunov function for DC bus control

The three-phase four-wire shunt active power filter (SAPF) was developed to suppress the harmonic currents generated by nonlinear loads, and for the compensation of unbalanced nonlinear load currents, reactive power, and the harmonic neutral current. In this work, we consider instantaneous reactive power theory (PQ theory) for reference current identification based on the following two algorithms: the classic low-pass filter (LPF) and the second-order generalized integrator (SOGI) filter. Furthermore, since an important process in SAPF control is the regulation of the DC bus voltage at the capacitor, a new controller based on the Lyapunov function is also proposed. A complete simulation of the resultant active filtering system confirms its validity, which uses the SOGI filter to extract the reference currents from the distorted line currents, compared with the traditional PQ theory based on LPF. In addition, the simulation performed also demonstrates the superiority of the proposed approach, for DC bus voltage control based on the Lyapunov function, compared with the traditional proportional-integral (PI) controller. Both novel approaches contribute towards an improvement in the overall performance of the system, which consists of a small rise and settling time, a very low or nonexistent overshoot, and the minimization of the total harmonic distortion (THD).     

四桥臂并联型有源电力滤波器控制研究

针对三相四线制电力系统谐波治理,提出了一种四桥臂并联型有源电力滤波器(SAPF)谐波补偿改进控制方案。谐波电流跟踪控制采用三维空间矢量调制算法,SVPWM具有直流电压利用率高、电流畸变率小等优点;直流侧总电压稳定,采用模糊PI自适应控制,直流侧电压动态响应快,超调小。对SAPF直流侧上下电容电压值平衡控制进行了研究。通过仿真验证了该控制方案的正确性与可行性。     

三相四线制有源电力滤波器指定次数谐波控制策略

针对三相四线制低压配电网不平衡非线性负载的电能质量问题,提出采用矢量谐振控制器对电容分离型有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)进行指定次数谐波控制方案。在αβγ坐标系下对电容分离型APF进行建模,省去了在dq坐标系下的电流交叉解耦环节。比例谐振控制器应用在APF闭环控制系统时,存在各次谐振点附近谐振尖峰影响闭环控制系统稳定性和补偿精度的问题,采用矢量谐振控制器实现指定次数谐波跟踪控制,其分子零点与控制对象的极点抵消,实现控制系统降阶,提高了控制性能。仿真结果表明,所提控制方法在针对指定次数谐波补偿方面有着良好效果,其三相不平衡被抑制,直流侧电容电压得到均衡控制,证明了所提方法有效性。     

基于电流电压内在关系的SAPF的SVPWM控制 算法的研究及稳定性分析

为了提高并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)的电流跟踪性能,提出一种基于SVPWM的并联型有源电力滤波器的电流跟踪控制算法。由于SAPF参考指令是电流值,而SVPWM参考指令是电压值,因此根据电流电压内在关系将SVPWM控制算法与SAPF的参考指令电流相结合,通过改变SVPWM调制方式减少功率器件的开关次数,从而降低功率器件的开关损耗,提高控制性能。并且通过构造Lyapunov函数,对SVPWM控制的SAPF的稳定性进行了分析。仿真和实验结果证明该算法简单,可以很好地跟踪指令电流,能实现对SAPF的实时控制,并且具有非常好的谐波补偿效果。SAPF在负载扰动下的补偿效果证明了关于SVPWM控制的SAPF的稳定性分析的正确性。     

永磁直驱风电系统网侧换流器混合控制策略研究

针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。     

基于SAPF的电网多节点电压谐波优化补偿方法

随着局域配电网中非线性负载的分布式接入,以谐波就地补偿为目标的并联型有源电力滤波器（shunt active power filter, SAPF）传统配置方式需要接入大量治理设备,存在治理效率低、成本高问题。因此,出现了面向局域配电网谐波全局综合抑制的SAPF优化配置问题。首先利用诺顿等效法建立局域配电网谐波电压优化补偿目标函数;其次,结合非线性规划原理和几何辅助分析法对优化问题进行求解,确定SAPF在系统中的安装位置和最优配置容量,提出一种基于SAPF的电网谐波电压优化综合抑制算法;最后,通过搭建IEEE-18节点仿真模型,对所提出的算法进行验证。在网络非线性负载的不同分布情况下,配置结果都具有良好的治理效果,可通过更少数量、容量的SAPF实现配电网整体谐波畸变的高效抑制。     

基于虚拟同步机的并网逆变器不平衡电压灵活补偿策略

电力电子设备大量地接入电网,给电网带来了系统惯量和阻尼降低等问题。为了提高不平衡电网频率稳定性和改善电网电压的电能质量,提出了基于虚拟同步机的不平衡电压灵活补偿控制策略。通过采用虚拟同步控制,在电网频率波动时提供有功功率支撑,提高电网频率稳定性。通过采用负序电压前馈补偿,抑制公共连接点不平衡电压,改善电能质量。通过建立不平衡电网下的虚拟同步机模型,提出采用电压前馈的不平衡电压抑制策略。进而,分析了采用电压前馈补偿策略的控制性能,研究不平衡电压补偿系数的设定方法。提出的控制方法可根据电网电压不平衡度的控制目标和设备剩余容量自动地调整不平衡电压补偿系数,实现不平衡度灵活调节。最后,通过仿真结果验证所提控制策略的正确性和有效性。