三相高功率PWM整流变换器的设计与开发

电力电子负载非线性特性容易造成电网网侧电流畸变,会引发谐波污染.针对传统大功率整流变换器转化效率低、非线性负载能力不强、电流谐波高、功率因素低等一系列问题.提出一种新型脉宽调制(PWM)整流变换器控制方案,并对三相PWM整流变换器半桥主电路拓扑结构进行建模分析,建立旋转d,q坐标系数学模型,采用空间矢量PWM(SVPWM)方案使PWM整流变换器运行在高功率状态.在建模的基础上借助于Matlab软件进行仿真,仿真结果与理论分析一致.最后搭建了一套6 kW的高功率因数PWM整流器装置并进行测试,结果表明:三相高功率PWM整流变换器输出电压可以实时同步跟踪电网相电压及相电流,系统输出相电压相电流可实现与电网电压、电流同频同相并网;整流变换器在不同输出负载情况下功率因数接近于1,效率接近98％,输出电压对整个电网无谐波污染,可抑制非线性负载造成电网网侧电流发生畸变,具有工程参考价值.     

单相PWM整流器输出2次谐波电压抑制方法

单相电压型脉宽调制(PWM)整流器直流输出电压存在2倍于电网频率的谐波分量,该谐波分量会严重恶化整流器静、动态性能,采用谐波电流补偿电路,抑制该谐波分量。谐波电流补偿电路是由两个电力电子开关器件和一个电感、电容组成的Boost-Buck变换电路,通过对开关器件的有效控制,实时补偿整流器输出直流侧2次谐波电流,从而达到抑制输出2次谐波电压的目的。最后,搭建了谐波电流补偿电路,在单相PWM整流器上验证了该方法的正确性和有效性。     

i_p-i_q检测法的单周控制三电平有源电力滤波器

并联型有源电力滤波器APF可以有效补偿由非线性负载产生的谐波和无功功率电流。为了实现单独对谐波分量、无功功率分量进行补偿,或者对谐波和无功功率分量同时进行补偿这些不同的补偿目标,同时为了满足大功率、高电压和输出电流波形畸变小的需要,提出了将中点箝位变换器和ip-iq电流检测法应用于单周控制有源电力滤波器的方法。采用ip-iq电流检测算法可分离出负载电流中的谐波分量、无功功率分量,且电网电压波形畸变不影响检测结果,故可提供不同补偿目标的参考信号。理论推导和仿真结果表明,该法能分别单独补偿谐波分量、无功功率分量,或者同时补偿谐波和无功功率分量,而且电网电压波形畸变不影响补偿效果。通过将ip-iq电流检测法运用于单周控制三电平有源电力滤波器,既实现多种补偿目标,又具有电网电压波形畸变不影响补偿效果、单周控制策略简单、三电平变换器输出电流波形畸变小的优点。     

单相PWM整流器设计

针对目前非线性化负载大量使用引起电网谐波和无功污染日益严重的问题,设计对电网污染很小的单相PWM整流器。通过建立和分析单相电压型PWM整流器的拓扑结构和数学模型,给出了该系统的电压、电流双闭环控制方法。该方法采用构造虚拟电流的方法进行电流内环的解耦控制,并通过分析系统的瞬时有功、无功功率流以实现电压外环的线性化控制。对系统进行基于Matlab/SIMULINK的仿真分析,并进行硬件设计,搭建整流器实验模型,以进行实验验证。仿真和实验结果验证了该电压、电流双闭环控制方法的可行性,同时表明单相PWM整流器具有网侧单位功率因素运行、网侧电流正弦化、直流输出电压纹波小等优点,对电网的谐波和无功污染很小。     

基于模型预测算法功率补偿双PWM协调控制

从能量流动角度分析双PWM结构,在前端整流侧采用模型预测算法实现对整流器输出的有功功率与无功功率最小跟踪误差的基础上,采用动态与静态相结合的功率补偿方法实现对系统能量控制,从而代替前端整流侧电压外环PI控制,用以达到在负载功率突变时抑制直流母线电压波动,减少直流侧电容容量,控制网侧谐波的目的。后端采用转子磁链定向控制方法实现对三相异步电动机的控制,最终实现双PWM前端整流侧与后端逆变侧的协调控制。仿真结果表明,系统在电动机功率突变时,能够实现功率最小误差跟踪控制,并且能够抑制直流母线电压波动,网侧电流波形良好。     

基于STATCOM三相不平衡负载的平衡补偿

由于单相STATCOM具有输出无功电流谐波含量低、响应速度快等优点而适用于不平衡负载的平衡化补偿。提出了采用单相STATCOM实现平衡化补偿的两种主电路结构及电压-无功综合控制方法。三相补偿电流相量采用对称分量法通过矢量变换获得，单相无功功率采用单相瞬时无功功率算法得到，单相逆变器采用特定谐波消除PWM算法(SHE-PWM)以保证输出无功电流的总谐波畸变率(THD)小于5％，同时保证直流侧电容电压的稳定。试验结果验证了STATCOM进行平衡化补偿的快速性。     

谐波情况下电网无功补偿器容量算法的研究

非线性电网中传统功率定义不再适用于无功补偿电容器的容量计算,为此分析了谐波条件下频域和时域功率定义,但频域功率定义存在不足,因此从时域功率定义的角度,推导了一种基于非线性电流正交分解的补偿电容器容量算法。该方法将电网非线性负载侧的电流正交分解,确定补偿系统所需的无功电流,利用无功电流与电容器容量的关系,获得能准确补偿系统无功功率的电容器电容值。Matlab仿真表明,该方法更能针对性地补偿系统无功功率,有效改善电网无功功率欠补偿的现状,提高系统的功率因数,从而保障电网供电质量。     

基于PWM整流器的无功补偿容量整定方法

为了充分利用PWM整流器的容量,实现对电网无功功率的调节及电网电压的稳定控制,深入分析了一种基于PWM整流器的无功补偿容量整定方法。重载情况下,PWM整流器在其容量范围内向电网不补偿或少量补偿无功功率,无功功率补偿量由PWM整流器的额定容量和直流负载功率共同决定;轻载情况下,PWM整流器能够补偿电网所缺的所有无功功率。文章还详细分析了直流电容参数的选取方法。最后通过MATLAB/Simulink仿真进行了验证,仿真结果表明该整定方法能够实现无功功率的动态补偿。     

无源与有源结合电力滤波器阻尼谐波振荡的重复学习Boost变换控制

提出了一种基于恒频Boost变换技术的PWM逆变器重复学习控制策略.该控制策略中,逆变器被视为Boost变换器实现谐波域内单位功率因数整流控制的同时,重复迭代学习策略由每个学习周期内Boost变换控制所产生的系统谐波电流获取被补偿谐波电压源的模型知识,从而形成PWM逆变器参考电压.以负载为晶闸管整流器的工业电力系统为例,验证了无源与有源结合的混合滤波器应用该控制策略的补偿效果.仿真结果表明,该控制器具有高稳定性、强鲁棒性、低稳态误差、快速跟踪等特点,抑制谐波振荡非常有效.     

弱抖振强扭曲电压型PWM整流器控制

为降低物理参数摄动及负载扰动对稳定控制的影响,提高电压型PWM整流器的电源品质,降低输入电流谐波含量,通过在传统强扭曲控制(super?twisting,ST)算法中引入双曲正切函数,提出一种弱抖振强扭曲控制(weak chattering super?twisting,WST)方法.通过构建电压型PWM整流器非线性鲁棒控制仿真模型,在负载突变及物理参数大范围摄动条件下,对传统ST及WST算法进行了控制算法仿真对比分析,仿真结果表明,WST算法可以明显缩短电压稳定时间,并能有效降低物理参数摄动条件下的交流输入电流谐波含量,对于降低整流电压的纹波具有明显效果,对于提升电压型PWM整流器抗负载冲击及模型不确定性具有较好的鲁棒性.     

有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器综合补偿系统的研究

针对供、配电站需要对谐波和无功进行综合治理,提出一种新型的有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器构成的综合补偿系统。该系统中有源滤波器与无源滤波器构成新型的混合滤波器,能够同时补偿谐波电流并提供容性基波无功电流,而直流偏磁式静止无功补偿器采用新型的PWM整流器产生控制直流,可快速地提供感性无功电流。该系统采用新颖的拓扑结构,功率器件工作于低压侧,有效地降低有源滤波器和无功补偿器中功率器件的容量。文中介绍了该系统的结构和补偿原理,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行的仿真表明该综合补偿系统能同时补偿谐波与无功电流,并能抑制可能产生的谐振现象,具有较好的补偿效果。     

混合有源电力滤波器的新型迭代学习控制

将混合型有源电力滤波器应用于电网谐波抑制与无功功率补偿,在传统比例一积分（proportion—integration,PI）控制迭代学习算法基础上加入关于电流误差信号的微分项,提出一种新型比例-积分-微分（proportion—integration-differentiation,PID）控制迭代学习控制算法,并推...     

基于复合控制的并联有源滤波器的仿真研究

并联有源滤波器是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段。针对PI控制器在并联有源滤波器中的局限性,将重复控制和PI控制器并联用于并联有源滤波器输出电流波形的控制。笔者在给出并联有源滤波器主电路结构的基础上,介绍了一种基于瞬时无功功率法的谐波检测方法及基于重复控制和PI控制的复合控制策略。最后,通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行了仿真验证。仿真结果证明了该控制策略的有效性。     

基于LCL滤波的大功率三相电压型PWM整流器

三相电压型PWM整流器,交流侧采用LCL滤波器,在满足谐波标准时可以大幅减小电感量。本文首先分析了采用LCL滤波器时系统数学模型及控制算法,然后根据IEEE-519标准要求的电流谐波限制条件,利用SVPWM调制方式产生的谐波电压幅值进行迭代运算来计算LCL滤波器参数,同时从离散域分析了采用无源阻尼时系统的稳定性。在此基础上,本文研制了一台500kW三相电压型PWM整流器样机,实验结果验证了上述分析方法的有效性。     

三相BUCK型SVPWM整流器LC振荡阻尼混合控制

为了抑制电流型PWM整流器输入侧LC滤波器谐振引起网侧电流畸变和系统振荡,提出了一种采用有源阻尼控制和改进SVPWM技术结合的控制策略。采用虚拟谐波阻尼器的有源控制策略,在控制过程中增加虚拟的等效阻尼电阻,能够在不改变基波功率流动的前提下抑制LC谐振引起的畸变和振荡。分析BUCK型PWM整流器的数学模型,比较无源阻尼和有源阻尼控制优缺点,在采用改进SVPWM的BUCK型整流器中引入有源阻尼补偿器。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法能够有效地减小线电流畸变,改善系统稳定性,具有一定的工程实用价值。     

A fuzzy-controlled single-phase active power filter operating with fixed switching frequency for reactive power and current harmonics compensation

This paper introduces a single-phase voltage source current-controlled pulse width modulation rectifier model, acting as an active power filter (APF), with a fuzzy logic controller in the inner loop and a simple proportional-integral (PI) d.c. link voltage controller in the outer loop to compensate reactive power and current harmonic components simultaneously from nonlinear loads. The proposed scheme operates with a fixed switching frequency. The control scheme of the APF is simple, since it has fewer control inputs for determining the desired action. It is easily tunable for different performance criteria and can be achieved by means of low-cost of hardware installation, as it does not need to use more sensitive and accurate measuring devices. The model can also compensate both reactive and harmonic current components from nonlinear loads.     

基于虚阻尼控制的T-SAPF滤波系统谐振抑制研究

为了降低整流桥、变频器等强非线性负载向电网引入的谐波污染,提出一种由并联型有源电力滤波器(SAPF)与晶闸管投切滤波器(TSF)构成的T-SAPF混合滤波系统。针对TSF可能与电网发生并联谐振的问题,在对谐振机理进行分析的基础上,提出一种可以抑制系统并联谐振的SAPF虚阻尼控制策略,将自调谐滤波算法应用于阻尼电流指令的提取,并根据三个约束条件来界定阻尼系数的有效值域。仿真结果表明,该虚阻尼控制策略能够有效抑制系统的并联谐振,降低谐振时PCC电压的畸变程度,同时保证谐波电流的补偿效果。     

单周控制直流侧单相有源电力滤波器

提出了一种基于单周控制理论的直流侧有源电力滤波器 (DC侧APF)。该DC侧APF并联在整流桥的直流侧。文中提出的采用单周控制理论实现的DC侧APF不需要检测负载电流、不需要计算负载电流的谐波和无功分量、不需要乘法器 ,只需要检测整流桥直流侧的输出电流和APF的储能电容电压。具有主电路结构新颖、控制电路简单 ,补偿效果好等优点。实验结果验证了文中所提出理论的正确性     

三电平PWM整流器直接功率控制

在给出了三电平电压型PWM整流器数学模型的基础上,结合瞬时功率理论,推导了输入有功、无功和整流器矢量的关系,提出了一种应用于三电平PWM整流器的直接功率控制(DPC)方法.该方法不仅能够实现系统对有功、无功的直接控制,而且能够避免矢量切换时相电压、线电压幅值的过高跳变,同时有效地控制了中点电位的平衡.仿真和实验结果表明此方法算法简单,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.     

4象限级联型多电平变换器及其整流器控制

在级联型多电平变换器的功率单元中,用PWM整流器替代二极管整流器,可以实现能量的双向流动;利用隔离变压器的副边漏抗代替整流器的输入电抗器,可以减少变换器的体积和成本;隔离变压器的副边绕组移相消除了由单个功率单元所引起的谐波电流,抑制了网侧谐波尤其是低次谐波的产生.在整流器控制中使用锁相环对电网的相位和频率跟踪,采用PW...