基于能量分析的MMC-STATCOM电容电压三级平衡控制

为实现模块化多电平变流器(MMC)作为电网静止同步补偿器(STATCOM)进行无功补偿的目的,同时满足各模块电容电压平衡的要求,可以采用三级能量平衡控制策略。首先对MMC中相与相之间、上桥臂与下桥臂之间、子模块与子模块之间能量变换和转移机理及特性进行了深入分析。详细探讨了影响MMC能量平衡的决定因素;又采用了基于准PR控制器的二倍频环流抑制策略抑制环流;在此基础上,借鉴了三级能量平衡控制策略,实现了电容电压的平衡控制。仿真结果表明:通过对MMC内部能量平衡控制,能够减缓系统遭受相间负载不平衡大扰动后的电容电压波动,从而避免由于三相不平衡所引起的STATCOM脱网运行事故。采用所提的电容电压平衡控制策略可以有效提高MMC-STATCOM的安全稳定运行能力。     

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

负载不平衡条件下MMC-STATCOM补偿策略研究

文中介绍了静止同步补偿器(STATCOM)在电网中的无功补偿原理及电压补偿原理,针对传统STATCOM拓扑电平数提升困难问题,采用了模块化多电平换流器(MMC)拓扑的STATCOM补偿负载不平衡条件下的电压。针对传统平衡条件下的控制策略在负载不平衡时控制效果较差的问题,在正负序模型下对此无功补偿器进行分析并提出了采用将电压和电流分成正序和负序分别控制的分序控制策略,用解耦双同步参考坐标系的锁相环技术锁住公共连接点处电压,同时对MMC子模块电容电压平衡采用分布式控制,最后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建五电平静止无功补偿器,通过仿真验证了分序控制策略和子模块电容电压分布式控制策略的有效性。     

三相电压不平衡下级联STATCOM的控制方法

针对三相电压不平衡下级联静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,分析了级联STATCOM在三相电压不平衡时的工作特性,指出可以通过让级联STATCOM输出负序电压的办法来保证接入点的电压平衡。详细推导了系统在正序和负序环境下的解耦控制方程,提出一种新的正序—负序解耦脉宽调制的控制方法,分析了其两种工作模式:无功功率补偿模式和电压控制模式。级联STATCOM上层采用正序—负序解耦控制;下层采用能量平衡的控制策略保证各模块直流侧电容电压平衡。仿真和实验表明,该方法可以有效地解决级联STATCOM在三相电压不平衡下的安全运行问题,使得其在抵御一定的不平衡电压的同时具有较快的无功功率补偿特性,实现其最大化利用。     

不平衡工况下混合微电网交直流母线接口变换器多模态运行控制策略

针对混合微电网不平衡工况下交流母线电压不平衡、直流母线电压二倍频波动和三相电流不平衡等电能质量问题,提出交直流母线接口变换器多模态运行控制策略,所提策略可以使接口变换器实现功率双向传输与电能质量治理统一控制,提高了变换器的利用率,降低了系统运行成本。首先,根据接口变换器在不平衡工况下的瞬时功率传输特性,并结合变换器带载情况及交、直流母线电压质量的不同要求,将变换器的工作方式划分为3种主要运行模态:电流不平衡补偿、电压不平衡补偿和直流电压稳定。其次,将交直流混合微电网作负序等效,通过引入多模态控制参数,实现对接口变换器负序等效阻抗控制,详细阐明了各工作模态系统的工作原理并通过伯德图详细分析了所提控制策略对三相不平衡电压、电流的补偿特性。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络采用VSG控制实现正序调频调压和电流的自主分配,负序网络加入负序补偿环抑制微电网三相电压负序分量.详细分析了微电网电压负序分量与负序补偿系数和逆变器输出电流负序分量的关系.负序补偿环采用自适应控制,在实现微电网三相电压平衡的同时根据逆变器额定容量自主分配输出电流负序分量.建模仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

模块化多电平变换器三相电网电压不平衡控制策略研究

模块化多电平变换器（MMC）广泛应用于高压直流输电系统中,三相电网电压不平衡时,MMC输出电流谐波含量较高,因此MMC输出有功功率、无功功率波动较大,且波动频率为2倍的基波频率。为了提高MMC工作特性,首先,分析了三相电网电压不平衡工况下,MMC在不同坐标系下的数学模型,并推导了其控制策略;其次,提出了三个控制目标,分别为抑制输出电流负序分量、抑制有功功率波动与抑制无功功率波动;最后,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,验证了控制策略的有效性。仿真结果表明：基于所提的三个控制目标,MMC输出电流的谐波含量大幅降低,工作性能得到了提升。     

模块化多电平换流器不平衡环流抑制研究

为抑制三相电压不平衡工况下模块化多电平换流器（MMC）内部三相环流,首先对不平衡工况下的MMC进行功率分析和网络分解;然后提出了通过控制换流器出口侧有功功率恒定将4个MMC序分量网络简化为正序网络和负序网络。接着对负序网络中三相环流的产生机理和动态特性展开分析,并提出了通过正序倍频旋转变换将负序网络三相环流转换为直流分量的方法。最后结合已有文献中关于正序环流特性和抑制控制方法的结论,得到了一种基于双同步旋转坐标变换的MMC不平衡环流抑制控制器设计方法。对61电平MMC的仿真分析,证明了提出的环流抑制控制策略在不平衡工况下既可保证MMC的正常运行,又可以在不增大桥臂限流电抗大小的前提下,有效地抑制内部环流。     

基于模块化多电平换流器的直流输电系统网侧不平衡故障穿越研究

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)柔性直流输电系统在电网发生单相或两相故障时,会导致MMC桥臂上产生两倍频的正序、负序和零序环流,零序环流由于不能在三相桥臂之间相互抵消而进入高压直流侧,会影响其他换流站的运行。为此设计了二次零序环流控制器来对其进行抑制。并针对不平衡故障时,在相同传输功率下子模块电容电压波动幅值变大的问题,提出了通过对桥臂注入一定的负序二次环流,降低子模块电容电压波动的控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了基于MMC-HVDC的仿真模型,仿真结果表明此算法能保证直流母线电压的稳定,并降低子模块电容电压的波动,提高了MMC换流器不平衡故障的穿越能力。     

基于改进型单周控制的MMC系统三相不平衡控制法

为了应对模块化多电平(MMC)系统在三相电网不平衡条件下的运行,本文提出了一种改进型单周控制法,在基本单周控制的基础上使用网侧负序电压来补偿MMC网侧电流反馈量,避免了三相电流的正负序转换运算。同时加入虚拟循环映射方案进行子模块电容均压。本方法相比现有的MMC不平衡控制策略,简化了控制环节,参数设计较为容易。三相电压跌落仿真结果表明,本文提出的控制方法不仅能够实现MMC在三相不平衡时的单周控制,降低直流电压中两倍于基频的谐波,使电网输出的有功功率趋于稳定,而且可以使子模块电容电压自动达到均衡,减少了系统的器件损耗。     

级联式电力电子变压器的电压平衡控制策略

针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象,采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器,为了解决直流侧电压平衡问题,在输入电压和输出负载不对称时,提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡,建立了每相平均功率与负序电压之间的关系,在dq坐标系中对负序电压进行了计算,避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流,无需对电流进行正负序分离,只需采用单电流内环控制。另外,在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。     

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于相位角平衡的有源电力滤波器研究

针对并联型有源电力滤波器 ,提出一种新的控制算法来消除非线性负载产生的谐波。通过使负载电流基波正序分量偏移电源电压的相移等于输入电流的相位角 ,来使得电网中的电流不含有谐波分量。利用DSP (数字信号处理器 )作为硬件控制平台可以使该算法得以实现。该方法不需检测网侧的电源电压 ,具有较好的实用价值。     

T型三电平VSC-HVDC系统模型预测灵活功率控制策略

建立了基于T型三电平基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统功率模型,并据此提出了基于两步预测的有限控制集模型预测直接功率控制策略,其可实现功率指令值的精确跟踪、直流侧电容电压平衡和降低平均开关频率3个控制目标。但该控制策略在电网电压不对称时会产生谐波电流,为了解决该问题,通常增加功率补偿策略。然而当采用传统的功率补偿策略时,只有3种可选的控制目标:抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动。上述3种控制目标难以在各种类型的交流故障下同时满足换流器自身的限制条件和电网对换流器故障穿越的要求。为此,提出了灵活功率控制方法,其可在各控制目标之间实现折中控制,控制方式灵活。搭建了T型三电平VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的正确性。     

有源电力滤波器两种补偿目标的分析和比较

在有源电力滤波器(APF)中，被广泛应用的有2种类型的补偿目标：一种是将非线性负载的馈线电流补偿为基波(正序)有功电流，另一种是将非线性负载补偿为一个等效线性电阻。采用不同的补偿目标，其APF补偿效果以及对电网的影响也不相同。该文从谐波传递的角度，分析比较了在2种补偿目标下的补偿特性对电网中谐波传递的影响。结果表明：无论在抑制电网谐波电压对负载的影响方面，还是在抑制谐波电流对电网的污染方面，采用后一种补偿目标的效果都要优于前一种补偿目标。仿真和实验验证了结论的正确性。上述结论对三相不平衡系统负序分量传递的影响也同样适合。     

电能质量治理技术的研究

分析了影响电能质量的原因,强调对电能质量的管理,研究电能质量治理的技术,提出消除电力系统谐振的措施,如在电力系统中装设并联电容器,接入非线性器件、采用并联滤波器、并联电容补偿装置等,对大功率冲击性、非线性负荷造成的电能质量指标下降,应采取综合治理措施。     

矿热炉混合无功补偿系统优化协调控制研究

为解决矿热炉给电网中其他用户带来的电能质量问题,尤其是电压跌落和电压闪变,提出了一种由FC、SVC和STATCOM组成的混合无功补偿系统。其中FC负责低层低成本无功补偿;SVC负责跟踪补偿无功功率变化,改善三相不平衡;STATCOM则通过快速响应来补偿SVC由于响应速度慢而导致的补偿误差,从而提高整个混合补偿系统的补偿精度。三者通过系统规则判断进行协调控制。对混合无功补偿系统进行仿真试验,分析对比了系统投入前后的电压波形,证明其补偿效果等效于等容量的STATCOM。     

基于功率平衡的PWM整流器不平衡控制策略

为抑制三相电压型PWM整流器的直流输出电压谐波,根据功率平衡原理,提出了一种基于正负序控制器的不平衡控制策略.该策略由瞬时功率相等的原则,推导出输入电流正负序分量指令值,构建正负序两个控制器分别对电流正负序分量进行调节,采用普通的前馈解耦和PI控制器就可获得良好的控制性能.仿真结果表明提出的控制策略能够很好地抑制直流输出电压谐波.     

有源滤波器的神经网络控制

提出了一种应用于有源滤波器系统的神经网络控制器,能为该系统提供合适的开关控制信号,可应用于单相、三相三线制、三线四线制非线性负载电流波形畸变的抑制。进化算法和反向传播被用于神经网络的训练。仿真结果表明了所提出的神经网络控制器的有效性。     

基于序分量法的D-STATCOM直接功率控制策略研究

将基于序分量法的P-DPC引入到配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的控制研究中,来解决传统预测直接功率控制策略只可控制补偿负荷无功功率的问题。将电网电压不对称因素考虑在内,利用瞬时对称分量法对各个采集电气量进行序分解,构建正、负序等效电路。无功和三相不平衡负荷补偿时,根据序网络等效电路分别推得正、负序功率预测模型。基于正序功率预测模型的P-DPC算法控制D-STATCOM补偿负荷无功,而基于负序功率预测模型的D-DPC算法控制补偿负荷所需负序电流。两种算法相互牵制,严格控制了D-STATCOM的输出电流,消除了装置在电网电压不对称时可能产生的过流威胁,实现了负荷无功和平衡化补偿。仿真结果表明,不论电网电压对称与否,该控制策略都能良好地补偿负荷的无功和负序电流,确保电源侧三相电流平衡且单位功率因数运行。