主动电力滤波器高性能补偿控制策略分析

天津海河开启桥是一座集机械、液压、电气智能控制及监控、景观与一体的综合性桥梁,它开辟了我国桥梁史的先河,其技术在亚洲乃至世界上都是较先进的。由于该桥供电部分存在非线负载,由此产生大量谐波电流及无功电流,需要主动滤波器滤除谐波,提高功率因数。本文对主动电力滤波器传统电流环PI控制器进行了详细的理论分析,指出了检测负载侧谐波电流的局限性,提出了一种电源侧电流前馈补偿的控制器,克服了检测负载侧谐波电流时传统PI控制器的缺陷,即使负载谐波电流高于主动电力滤波器的容量,也能够无静差输出,理论分析和仿真验证了此种新型控制策略的正确性和有效性。     

基于PCC电压检测的有源电力滤波器研究

传统有源电力滤波器(APF)实现谐波补偿功能时采用较多的是基于负载电流检测的方法,且使用比例积分(PI)控制器。由于PI控制器无法实现对交流量的无静差跟踪,所以补偿效果有限;且检测负载电流需额外的电流传感器,当谐波源距离较远时,检测负载电流并将其信号远距离传送就很困难。因此这里采用一种无电流传感器的谐波补偿控制方式。该方法检测的是滤波器与电网所连接的公共耦合点(PCC)电压。通过归纳电压与电流之间的关系,将电压信号转换为补偿谐波的指令电流信号,经比例复数积分(PCI)算法,实现无静差控制,完成系统谐波补偿。仿真与实验结果验证了该方案的正确性与可行性。     

改进型谐振控制三相并联有源电力滤波器的仿真研究

为了优化有源电力滤波器(APF)所产生的补偿电流的质量,在对APF电流跟踪控制进行分析的基础上,提出了一种改进的方法,即通过谐振控制器和比例控制器的并联实现无静差控制。结合瞬时无功功率理论检测谐波,对APF进行了理论分析和Matlab/Simulink仿真验证。改进后的方法能够实现对多个谐振频率进行零稳态误差跟踪,在三相并联APF中滤除掉50次以内的特定谐波。仿真结果证明了该设计方法的合理性和有效性。     

有源电力滤波器电源电流直接控制改进方法

提出一种改进的有源电力滤波器(APF)的电源电流直接控制方法。通过检测负载电流,利用负载电流检测结果进行前馈补偿校正并提取其中的有功电流作为APF控制器的参考值。同时,通过电网电压前馈和系统解耦,把电源电流直接控制的APF数学模型简化成一阶惯性环节。相对于把负载电流作为干扰不进行检测的电源电流直接控制方法,所述方法的比例—积分控制器在理论上就能做到无静差跟踪,并且具有更好的动态响应。仿真和实验证明了所提方法的优越性。     

基于电流控制的选择性谐波补偿方法的研究

目前,谐波污染越来越严重,灵活的补偿方式对于抑制谐波有着重要的意义。针对于此,文中采用了一种基于电流控制的有源电力滤波器选择性谐波补偿方法,设计与应用了广义积分控制器与PI控制器,并且对其控制器的谐振频率点处进行了频谱分析。该方法实现了电流的无静差选择跟踪补偿控制,节省了谐波检测环节,并且在实验室搭建的实验样机上验证了其有效性。     

改进谐波分次检测结合集中电流环的APF谐波独立控制实现

有源电力滤波器(active power filter,APF)谐波独立控制的本质是实现3方面功能:1)谐波补偿频次可选;2)各选择次谐波补偿程度可独立设定;3)各选择次谐波可无静差补偿。从谐波控制系统结构的角度,分类对比现有APF谐波控制策略,进一步提出改进谐波分次检测结合集中电流环的选择次补偿和全补偿两种运行模式下结构,并以多同步坐标系谐波分次检测结合采用单PI控制器集中电流环为例,定性和定量分析集中电流环静差,给出校准的具体方法。所提方法利用集中电流环频域特性,通过谐波分次检测后再分次校准集中电流环静差,很好地实现了APF谐波独立控制三方面功能,同时控制系统简单,参数易整定、不易出现稳定性问题。最后通过仿真和实验,验证所提方法的可行性和优越性。     

并联型有源电力滤波器两种控制方法的性能分析

通过分析有源电力滤波器的补偿谐波的工作原理,提出了一种基于功率平衡双闭环的新型控制方法,将逆变器输出电流的参考值直接从负载电流中减去基波有功分量,消除了谐波检测的过程,控制更简单,但稳态误差大,动态稳定性差.在此基础上提出了基于瞬时无功理论负载谐波电流前馈的控制方法,采用三相锁相环对电网电压的相位进行跟踪锁定,使谐波电流检测、系统谐波及无功补偿更精确.通过Matlab仿真研究及对两种方法的性能进行对比,加负载谐波电流前馈能起到更好的补偿效果.     

任意负载条件下动态电压恢复器的复合谐振控制策略

针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐针对传统比例-积分(proportional-integral,PI)反馈控制器应用于动态电压恢复器时存在稳态误差较大、负载适应性差、难以对非线性负载进行电压补偿等问题,提出一种任意负载条件下的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)控制策略。该控制策略利用谐振控制实现对负载的无静差电压补偿,结合前馈控制来提高系统的动态响应速度。针对非线性负载在DVR串接电容上产生的谐波电压问题,引入一种电容谐波电压的抑制方法,该方法实时检测电容谐波电压所对应的谐波电流成分并控制DVR产生反向的谐波电流,间接消除了DVR输出电压中的谐波成分,显著提高了动态电压恢复器对任意负载特别是对非线性负载的电压补偿能力。实验验证了所提控制策略的有效性。     

多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制

为提高有源电力滤波器(active power filter,APF)的补偿性能和动态响应,提出一种基于多同步旋转坐标的谐波电流控制策略,采用通过与某指定次正序或负序谐波角速度同步的旋转坐标变换,将该指定次谐波变为直流量,实现指定次谐波的检测和PI控制,从而实现对某指定次谐波电流的无静差补偿。完整的谐波电流控制器由多个独立不同角速度的谐波电流控制器叠加组成。建立了APF在谐波旋转坐标系下的数学模型,提出一种简单的电流耦合解耦策略。对指定次谐波电流控制器进行分析,从理论上证明了与传统的电流环控制方法相比,指定次谐波控制可提高补偿精度,并利用零极点对消方法对控制器参数进行了设计。实验结果验证了所提控制策略的优越性。     

一种无谐波检测的并联型电能质量调节器

介绍了一种无谐波检测的并联型电能质量调节器(PPQC),可同时补偿谐波和无功而无需对其进行检测。通过研究交流侧与直流侧能量交换的过程和规律,采用控制流入直流侧电流大小和方向的方法使直流侧电压稳定。详细分析了负载有功电流对直流侧电压的影响;将负载有功电流作为扰动,提出了一种无谐波检测的新型控制策略,省去了复杂的检测算法,避免了检测误差和延时。实验结果表明所提无谐波检测的PPQC具有较好的谐波、无功补偿效果及较快的动态响应速度。     

三相并联型有源电力滤波器补偿电流性能分析与改进

三相有源电力滤波器通常用来补偿非线性负载所引起的谐波和无功电流。在有源电力滤波装置中，其补偿性能的好坏，很大程度上取决于控制器的设计。但由于非理想因素的影响，例如输出电流环路带宽有限、检测电路的延时、指令电流的产生等，都会影响补偿效果，而传统的PI控制由于带宽有限不能实现无静差输出。为了提高三相并联型有源电力滤波器的补偿性能，该文在同步旋转坐标系下提出了一种理想的电流控制策略即基于PI控制和重复控制并联结构的电流控制方法，利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。实验结果和理论分析充分证明了所提并联结构电流控制器的可行性。     

Influence of output power out of a synchronous generator installed in a customer system on current limiting effects due to a fault current limiter

In this paper, it was assumed that a synchronous generator in a customer system was connected to a distribution system via the fault current limiter (FCL). We theoretically investigated the influence of the output power of the generator on the limiting effect of the fault current when a three‐phase short‐circuit fault occurs. It was shown that the fault current out of the customer system, limited by the FCL, rises with the output power of the generator. It was found that the larger the output, the higher the fault current at the fault point is when the limiting resistance is less than 15 Ω in the case of the resistive‐type FCL. On the other hand, the fault current at the fault point decreases with an increase in the output power for a limiting resistance more than 15 Ω. In contrast, it was found that the suppressing effect on the fault current at the fault point due to the inductive‐type FCL hardly depends on the output power. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 148(3): 15–24, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10357     

Analysis of the ZVS two‐switch forward converter with synchronous current doubler rectifier

A soft switching two‐switch forward converter is presented to achieve zero voltage switching (ZVS) turn‐on of switching devices. In the adopted converter, a buck‐boost type of active clamp is connected in parallel with the primary winding of transformer. The energy stored in the transformer leakage inductance and magnetizing inductance can be recovered so that the peak voltage stress of switching devices is limited. The resonance between the transient interval of two main and auxiliary switches is used to achieve ZVS turn‐on of all switches. The current doubler synchronous rectifier is used in the secondary side of transformer for reducing the root mean square value of output inductor current, transformer secondary winding current and output voltage ripple by cancelling the current ripple of two output inductors. First, the circuit configuration and the principles of operation are analyzed in detail. The steady‐state analysis and design consideration are also presented. Finally, experimental results with a laboratory prototype based on a 380 V input and 12 V/30 A output were provided to verify the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

并网逆变器负序电流优化补偿策略

新能源并网逆变器主要用于传输正序有功功率,也用于可补偿配网中广泛存在的无功电流和负序电流.文中提出一种正序优先时的负序电流优化补偿策略,对于一定容量并网逆变器,保持正序功率输出,负序电流优化补偿策略提高了负序电流补偿能力.已知正序功率输出,根据电流约束得到负序补偿电流相量的解域,运用几何思想求出负序电流最优补偿解,并给出生成参考电流的控制框图.文章通过MATLAB分析负序电流优化补偿策略补偿能力提升效果,建立PSCAD仿真,验证所述负序电流优化补偿策略的有效性.结果表明,保持正序功率输出,负序电流优化补偿策略提高了有限容量并网逆变器对负序电流补偿能力.     

基于电流环复合控制的有源电力滤波器

针对有源电力滤波器电流环单纯数字PI控制补偿性能有限.提出基于数字PI控制和数字重复控制的复合控制系统.将PI控制器和重复控制器并联在控制系统电流环的前向通道,共同对系统的输出产生影响.利用数字PI控制改善系统的动态特性,利用重复控制改善系统的稳态跟踪性能.提出电流环PI控制器、重复控制器和复合控制系统的结构,并在同步旋转坐标系下,对其进行控制性能分析,详细推导和分析复合控制系统中重复控制器的设计方法、补偿性能及稳定性.进行三相并联型有源电力滤波器的研制和试验研究,结果证明该控制器在稳态运行时能将电网电流的THD值从30%降到3%,而其动态性能尽管有低通滤波器的影响也仅有半个基波周期(10ms)的延时.理论分析、仿真结果和试验结果均证明所提出的基于数字PI控制和数字重复控制的三相并联型有源电力滤波器复合控制可以兼顾系统动态特性和稳态特性.     

基于瞬时电流直接控制的有源电力滤波器电流跟踪新方法

阐述了有源电力滤波器(APF)实现瞬时电流直接控制的基本理论,并藉此提出一套新型脉宽调制电流跟踪控制方法。该方法通过分析并网型逆变器不同开关状态对瞬时电流的直接控制作用得出一组瞬时电流位移因子算式。在调控输出电流时,采用脉宽调制方法选择不同瞬时电流位移因子并控制其作用时间,完成当前电流向下一时刻指令电流的转移,从而达到输出电流跟踪指令电流的控制目标。该方法仅用单数字信号处理器(DSP)系统即可实现有源电力滤波器的高性能快速检测与控制,简单实用,有效减小了输出滤波电感量。最后,通过两电平有源电力滤波器仿真实验证明新方法优于传统方法。     

Generation of current mode filters using NAM expansion

Systematic synthesis method to generate a family of current mode band‐pass–low‐pass circuits based on nodal admittance matrix (NAM) expansion is given. Eight equivalent circuits are obtained, five of them are new. Each of the generated circuits uses two grounded capacitors and three grounded resistors and two balanced output current conveyor (BOCCII) or two balanced output inverting current conveyor (BOICCII) or a combination of the two types. Generation of a low input impedance current mode band‐pass–low‐pass circuits based on NAM expansion results in 16 equivalent circuits. The NAM expansion is also used to generate 32 equivalent current mode universal filters using four BOCCII or BOICCII or a combination of the two types. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种改进的i_p-i_q无功电流检测方法及其应用

静止无功补偿器(STATCOM)是一种广泛应用的动态无功补偿装置,其指令电流检测一般采用i_p-i_q运算方式。但是,传统的i_p-i_q运算方式直接把负载电流无功分量作为STATCOM输出无功电流指令值,这就要求STATCOM的安装位置必须与负载电流检测点一致,限制了STATCOM位置的灵活选择。针对此问题,提出了一种基于瞬时功率平衡原理的改进的ip-iq无功电流检测方法,该方法引入了检测点与补偿点两处的电压相位信息,使得STATCOM补偿点的位置不再受负载电流检测点的限制。将改进的ip-iq电流检测方法应用到跨变压器STATCOM系统中,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

Novel current‐source multilevel inverter driven by single gate drive power supply

This paper proposes a novel current‐source multilevel inverter, which is based on a current‐source half‐bridge topology. Multilevel inverters are effective for reducing harmonic distortion in the output voltage and the output current. However, the multilevel inverters require many gate drive power supplies to drive switching devices. The gate drive circuits using a bootstrap circuit and a pulse transformer can reduce the number of the gate drive power supplies, but the pulse width of the output PWM waveform is limited. Furthermore, high‐speed power switching devices are indispensable to create a high‐frequency power converter, but various problems, such as high‐frequency noise, arise due to the high dv/dt rate, especially in high‐side switching devices. The proposed current‐source multilevel inverter is composed of a common emitter topology for all switching devices. Therefore, it is possible to operate it with a single power supply for the gate drive circuit, which allows stabilizing the potential level of all the drive circuits. In this paper, the effectiveness of the proposed circuit is verified through experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(2): 88–95, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20475     

20kA闭环霍尔电流传感器在核聚变装置供电电源系统中的应用

本文介绍闭环霍尔电流传感器的工作原理及在核聚变装置系统中的应用,实现了对核聚变装置供电系统中直流大电流的隔离测量、控制,解决了该装置能量的稳定供给问题。