矩阵变换器谐波计算方法与滤波器设计

文章描述了矩阵变换器间接空间矢量调制的基本原理,提出了一种基于傅里叶级数的矩阵变换器谐波计算方法,建立了矩阵变换器输入电流谐波计算的Matlab仿真模型并进行仿真;根据输入谐波仿真结果,设计了输入和输出滤波器.加入输入和输出滤波器后的仿真结果,证明了谐波计算方法和滤波器设计方法的正确性和可行性.     

矩阵变换器阻尼输入滤波器的优化设计

矩阵变换器(MC)在实际工作时存在一定的谐波,对所带的负载将产生很大的影响。基于矩阵变换器(MC)空间矢量调制法,提出了一种优化的阻尼输入滤波器。从输入侧将矩阵变换器功率单元等效电流源,推导出了输入滤波器稳态时数学表达式,得到了并联在电容两端电阻的计算公式,通过静态寻优法,确定了适合系统的最优值。在Matlab/Simullink中进行了建模和仿真,结果验证了分析结果的可行性。     

基于改进多目标粒子群的HVDC交流滤波器优化设计

高压直流输电（HVDC）系统中的换流器在运行中会生成大量谐波电流,为减小其对交流系统的不利影响以及保证直流输电线路电能的有效传输,必须在换流母线上装设交流滤波器。针对现有HVDC系统交流滤波器设计方法的局限,建立了以滤波器投资成本和交流母线电压总谐波畸变率为目标、以电话谐波波形系数为约束的交流滤波器优化数学模型,并提出改进多目标粒子群算法（MOPSO）实现交流滤波器多目标优化设计,该算法使用自适应网格的二级存储库,且添加了约束处理机制和一种特殊的变异算子来提高算法的搜索能力;采用模糊决策方法对多目标优化设计最优解进行选取。建立了±500 kV HVDC系统仿真模型,仿真表明,多目标优化设计的交流滤波器既可有效滤除换流器谐波又可节约成本,达到了滤波性能与投资成本之间的最佳平衡。     

考虑变换器功率约束和直流电压约束的交直流混合配电网最优潮流计算

电力电子变换器是现代交直流混合配电网关键的电能变换设备,应通过可靠的设计、控制,尤其是优化运行,保证其长期运行的可靠性。基于变换器的灵活可控性,提出了考虑变换器功率约束和直流电压约束的交直流混合配电网最优潮流计算。首先,建立电力电子变换器及交直流混合配电网潮流计算模型。其次,提出分级功率均分的优化策略,并建立考虑可靠性约束的最优潮流目标函数。最后,基于JAYA算法计算得出决策变量的最优解。其中,提出一种雅可比矩阵的处理方法,以提升潮流计算速度、提高算法效率。算例结果表明:该方法能很好地解决含两端、多端、多馈入的交直流混合配电网考虑长期运行可靠性的最优潮流问题。     

基于数学构造的矩阵变换器输入功率因数补偿算法

为了滤除矩阵变换器的输入电流高频谐波成分,需要安装输入滤波器。然而,输入滤波器会影响矩阵变换器输入功率因数,尤其在轻载运行情况下影响较大。为了在更宽范围内实现单位功率因数运行,提出一种基于数学构造的输入功率因数补偿算法,算法采用预估-校正思想,实现了更宽范围的精确单位功率因数运行,同时也不依赖输入滤波器的具体参数。实验结果验证了所提算法的正确性与可行性。     

一种改善矩阵变换器系统动态性能和稳定性的控制方法

提出了一种简单实用的改善矩阵变换器系统动态特性和稳定性的虚拟电阻方法.矩阵变换器系统存在潜在不稳定的根本原因是输入滤波器对不同次数的谐波的传输系数不同.论文提出采用虚拟电阻算法代替实际电阻来衰减系统中LC输入滤波器的振荡,不增加任何的损耗,提高了系统的效率,改善了系统的动态性能和稳定性.仿真结果证明了所提出方法的正确性和可行性.     

考虑VSC系统谐波稳定条件下的LCL滤波器参数优化设计方法

可再生能源发电系统通常在逆变器出口处接入LCL滤波器以抑制高频谐波,然而在LCL滤波器的参数设计过程中,不合理的参数设计会加剧系统中的谐波不稳定问题。因此,通过结合LCL滤波器的外特性需求,并且综合考虑系统稳定性对滤波器的约束条件,建立以谐波衰减率最大、电感成本最小以及系统稳定性最好为目标函数的LCL滤波器参数多目标优化模型。在模型的求解过程中,针对单目标优化算法和传统的多目标优化算法存在设计目标单一、收敛性差和优化效果不佳等问题,提出采用MOEA/D多目标优化算法来求解。该算法利用权重向量的进化导向性以及子问题邻域的优势共享特征,保证了算法对最优解的寻优能力以及在目标空间上的均匀分布,以获得理想的pareto最优前沿,并进一步采用模糊隶属度函数定量分析其优化效果。最后,利用Matlab/Simulink软件对光伏并网系统中的电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)进行仿真。仿真结果充分表明所设计方案的有效性和适用性。     

基于免疫克隆约束多目标优化方法的电网故障诊断

针对基于优化技术的电网故障诊断的现有数学模型存在权值分配受人为主观因素影响的问题,提出了基于免疫克隆约束多目标优化方法的电网故障诊断。首先,在剖析原有诊断模型的目标函数的基础上,提出采用多目标优化的方式,将电网故障诊断问题转变为多目标优化问题,并采用Pareto最优解的方法进行求解,降低了故障诊断过程中人为主观因素造成的误差。其次,考虑现有数学模型采用罚函数法处理约束问题的不足之处,将约束条件转化为一个目标函数,使约束多目标优化问题转化为无约束多目标优化问题,进而提出采用免疫克隆约束多目标优化算法进行求解,制定了适用于电网故障诊断问题的多目标Pareto优化算法流程。最后,采用模糊集理论对Pareto最优解集中的解进行评价。故障实例和复杂电网故障案例的诊断结果验证了所提方法的有效性与可行性。     

面向谐波和电压综合治理的电压检测型APF与SVG协同配置

为解决电力电子化配电网中谐波和电压偏差污染分散化、全网化导致传统点对点治理模式无法满足需求的问题,提出一种电压检测型有源滤波器(VDAPF)与静止无功发生器(SVG)协同优化配置策略.采用分区思想,提出基于社团理论,同时考虑谐波和电压偏差指标的综合分区方法;依据不同的灵敏度指标,选取各区域主导节点,为VDAPF和SVG提供候选接入节点;考虑功能和成本差异,建立以系统总投资费用最小和电能质量水平最优为目标的VDAPF和SVG优化配置模型,协同优化设备的选址和定容;采用规格化平面约束法求解得到多目标优化问题均匀分布的Pareto最优解集,并选出两个目标都较优的折中最优解作为最终优化配置方案.以IEEE 33节点系统进行算例分析,仿真结果验证了所提方案的合理性与有效性.     

基于改进遗传算法的风电场多目标无功优化

针对风电场并网运行的多目标无功优化和电压稳定问题,建立了基于异步发电机内部等值电路的含风电场的电力系统无功优化模型,提出了风电场无功优化的目标函数和约束条件。结合非支配排序思想、精英保留策略、改进的小生境技术,得到了一种将向量模适应度函数作为淘汰准则的改进Pareto遗传多目标优化算法。以某风电场接入IEEE 14节点标准测试系统为例,将改进算法用于含风电场的电力系统无功优化。仿真结果表明,应用改进的遗传多目标优化算法可以同时得到多组Pareto最优解,为决策者提供了更多的选择余地,使风电场并网点母线电压在允许范围内。     

一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器控制策略

矩阵变换器由于输出电压、电流中存在的谐波成分对所带的负载有很大影响,引入电压、电流双闭环控制策略,提出一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器.该变换器包含交-直(整流)和直-交(逆变)2级电路,其直流侧不需要储能元件,整流级和逆变级采用双向开关,在一定的约束条件下可降低开关的数量.分析了矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调控算法、LCL滤波器设计及其在矩阵变换器逆变级的应用等.通过Matlab/Simulink软件进行了仿真实验,结果表明,带LCL滤波器的新型矩阵变换器能有效地降低输出电压、电流谐波,并能抑制输入侧谐波对输出电压、电流的影响.     

一种单级高频AC-AC变换器的低通输入滤波器的参数设计

单级高频AC-AC变换器将工频电网电压转换为高频(一般大于100k Hz)正弦交流电压,并实现功率因数校正的功能。由于其功率因数校正单元工作于电流断续模式(DCM),使得输入电流含有大量高次谐波,需采用低通输入滤波器予以滤除。上述低通输入滤波器的滤波参数不仅影响其滤波性能,还会影响到输入功率因数等诸多方面,因此滤波参数的确定十分重要。首先,根据叠加定理分别建立变换器交流侧等效电路模型,即工频分量和开关频率分量单独作用下的等效电路;进而,根据滤波器输入、输出要求合理设置相关预设参数,使加入滤波器后电网输入侧满足能量之星关于功率因数的要求。在此基础上以LC低通输入滤波器为例,对输入滤波器参数的定量设计过程进行详细阐述,并归纳出一种程序化的设计方法;最后,进行仿真及实验验证设计方法的正确性,该方法也可用于单级有源功率校正器的输入滤波器设计,而且对设计其他类型的低通输入滤波器有借鉴价值。     

电流控制型储能变流器控制稳定性分析与谐波谐振抑制技术研究

储能变流器是储能系统平抑新能源电站功率波动和支撑电网调频调压功能的核心载体。对储能变流器关键运行控制技术特别是电流控制模式下的控制策略进行研究,提出了电流内环无静差跟踪控制策略,建立了PI控制器比例、积分关键控制参数最佳阻尼比优化设计方法。基于开环幅相频率特性和开环对数频率特性方法,构建计及储能变流器电流内环的开环频域模型。通过Bode稳定判据,定量分析了不同电流内环比例系数、积分参数以及变流器阻感参数变化对储能变流器控制稳定性的影响,并采用Nyquist稳定判据对比验证,在实时数字仿真试验平台（RT-LAB）开展储能变流器并网测试,不同比例系数和积分系数下的并网系统均保持稳定。基于滤波器的输入电压到输出电流的传递函数,发现储能变流器存在谐波谐振问题,提出基于电容电流反馈的有源阻尼谐振抑制策略,有效消除谐波谐振影响。分析结果表明,所设计的储能变流器及其谐波谐振抑制策略,具备鲁棒性,能够为大型新能源电站建设提供有力支撑。     

一种实用的串并联混合有源电力滤波器

设计了一种实用的串并联混合有源电力滤波器,分析了其结构、工作原理和滤波性能。在该滤波器中,串联在系统和谐波负载之间的零磁通变流器可自动对基波呈低阻抗、对谐波呈高阻抗,从而实时检测出剩余谐波电流流过变流器时产生的谐波电压降、实现滤波;逆变器可产生一个与检测到的谐波电压成正比的电压。通过将耦合变压器与无源电力滤波器串联后并入电网,减少了流入系统的谐波电流。实验结果验证了该滤波器设计原理的正确性,表明其能有效降低滤波器有源部分的容量,具有良好的滤波性能。     

矩阵变换器系统稳定性分析及其一种提高方法

采用了小信号分析方法对三相-三相MC系统的稳定性进行了分析.分析是在两种不同的控制策略下进行的,一种为占空比计算基于瞬时输入电压值,另一种则基于数字低通滤波器后输入电压值.由供给电源、输入L-C滤波器以及MC和阻感性负载建立系统的状态平均模型.对该模型在稳定工作点处进行微偏线性化,建立小信号的状态方程,并对其特征值进行分析,研究了系统各参数影响稳定性的规律.结果表明MC稳定运行的最大电压传输比可作为数字低通滤波器时间常数的函数进一步分析出影响系统稳定性的因素,为系统稳定性的改善和输入滤波器的设计提供了有效的指导.     

矩阵变换器系统小信号模型稳定性分析

提供了一种基于小信号模型的矩阵变换器稳定性分析方法。以电源、二阶输入L-C滤波器、矩阵变换器和R-L负载为对象,建立矩阵变换器系统小信号模型。获得传递函数,通过对其零极点的分布进行分析,探明了各参数对系统稳定性影响的规律,并着重研究了矩阵变换器管压降、换流和死区这些非线性因素对系统稳定性的影响。通过傅里叶分析给出了谐波表达式,分析了这些非线性因素与稳定性的关系。仿真结果验证了建模和分析结论的正确性。     

基于电流解耦控制的三相电压型PWM整流系统分析与设计

建立了三相电压型PWM整流器电流控制数学模型,输入电流在静止坐标系下实现了固定开关频率的解耦控制.得到了系统交流侧滤波电感,直流侧电压值以及系统结构和控制器的设计方法.同时,分析了系统关键参数对交流电流谐波含量的影响.最后,设计了一台基于固定开关频率电流控制方案的三相电压型PWM整流装置样机.实验研究表明所设计的系统可以实现整流和逆变两种运行状态双向可逆,动态特性好,交流侧功率因数接近1,所提出的设计方法是可行的.     

不同负载条件下DICM Cuk PFC变换器稳定性分析

重点分析了系统负载变化时,不连续电感电流模式Cuk功率因数校正PFC（power factor correction）变换器稳定性的变化情况。在变换器工作特性的基础上,根据谐波平衡法和Floquet理论分析,研究结果表明：当负载电阻变小时,即系统由轻载到重载变化时,系统发生了工频频率上的倍周期分岔。给出了系统发生倍周期分岔时的电阻,以及在输出电感、输入电压产生改变时和负载电阻共同构成的系统不稳定与稳定的边界区域图,基于输入电感电流-输出电压的相轨图和输出电压的谐波分析谱,更好地观察到系统的动力学行为。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

三相整流装置谐波产生机理分析及简化模型

基于三相整流装置的谐波耦合矩阵模型,深入分析了此装置的谐波产生特性。整流装置供电电压对其谐波电流的影响可分为3个方面:基波电压的影响、与谐波电流次数相同的谐波电压的影响,以及由不同次数的谐波电压及其共轭相量产生的影响。根据整流装置谐波耦合矩阵模型的解析公式,对矩阵元素的取值规律进行了研究,分析了供电电压各部分影响的重要性,推导得出了经典的恒流源模型和诺顿等值电路模型的解析计算公式,并提出了忽略谐波电压共轭影响的简化模型。将各谐波模型应用于谐波潮流分析中,对模型的精度进行了评估,为谐波分析中三相整流装置谐波源模型的合理选择提供了理论参考。     

电流源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了基于反激F1yback变换器的电流源高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族。该电路结构由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出周波变换器构成，能够将一种不稳定畸变的交流电变换成问频率稳定的正弦交流电压；该电路拓扑族包括单四象限功率开关式、推挽式、半桥式、全桥式等四种电路。以单四象限功率开关式电路拓扑为例，分析研究了这类变换器工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线、关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类变换器新概念的正确性与先进性。