负序和谐波条件下电能计量方式合理性分析

目前,负序和谐波条件下的电能计量方式仍然存在争议。以电气化铁路为研究对象,从功率因数调整电费的角度介绍了现行功率因数、算术功率因数、矢量功率因数和等效功率因数等参数的定义,对比分析了负序和谐波条件下功率定义的合理性。最后,通过仿真和实测数据分析了不同视在功率定义方法的应用特性。结果表明,等效视在功率因数更能反映牵引供电系统负序和谐波对电网产生的影响,具有更广泛的适用性与合理性。     

高速电气化铁路新型电能质量补偿系统

针对高速电气化铁路牵引供电系统面临的谐波电流含量高且较分散、负序电流大的电能质量问题,建立一种新型电能质量补偿系统。该系统主要由电气化铁路功率调节器、两组晶闸管控制电抗器和两组晶闸管控制3次滤波器组成,其中电气化铁路功率调节器只用来转移有功功率和治理部分谐波,3次滤波器用于滤除3次谐波和改变供电臂电流相角,电抗器也用来改变供电臂电流相角。该系统以最小的有源容量和较低的成本进行谐波抑制和负序电流补偿。本文在阐述其工作原理的基础上,建立了其基波域和谐波域的统一等效电气模型,并深入研究了其负序补偿和谐波抑制原理,分析了电气化铁路功率调节器最佳容量选取的原则,同时还对整个系统的谐振特性进行了分析,并模拟京沪高速电气化铁路实际供电系统进行了仿真,仿真结果验证了本文研究内容的正确性和有效性。     

基于IEEE 1459标准的非线性负载有功功率测量研究

针对谐波有功损耗测量问题,文中改进了Emanuel功率理论中非线性负载等效模型,并结合基于Emanuel功率理论的IEEE 1459标准中视在功率分解公式,推导了基于改进的非线性负载等效模型的谐波有功损耗测量表达式;利用Matlab仿真分析非线性负载有功损耗的3种测量方式;通过比较得出所提测量方法能更准确方便地测量非线性负载有功损耗。最后,利用电能质量测量仪器,实测某电网10 kV负载谐波含量,结合所提方法计算负载有功损耗,验证了该方法的有效性及其带来的经济效益。     

电压源型换流器稳态等值电路模型

为了计算分析含电压源型换流器(VSC)的电网,基于VSC序分量动态相量谐波分析模型和Thevenin定理,采用电流控制电压源对VSC进行等效,得出了VSC的稳态等值电路。首先,在序分量动态相量谐波分析模型下解析分析VSC稳态运行特性和交直流侧相互作用关系,列写交直流电压电流的代数方程;其次,在代数方程化简的基础上,建立了VSC交流侧基波正序稳态等值电路模型和基波负序与3次谐波正序的联立等值电路模型;最后,利用Thevenin定理,分别建立了不对称下基波负序稳态等值电路模型与3次谐波正序稳态等值电路模型。与仿真计算比较表明,通过电流控制电压源形式构建的Thevenin等效电路能够在稳态条件下等效基波正序分量、基波负序分量和3次谐波正序分量在VSC交直流侧的相互作用,可有效简化VSC的非线性特性与复杂的运行特性,为含VSC电网的稳态潮流计算和谐波潮流计算奠定基础。     

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。     

电气铁道阻抗匹配平衡型牵引变压器的特性分析

从Ｙ／△变压器的发展演变,分析了电气铁道阻抗匹配平衡型牵引变压器的电气特性,提出注入电力系统的谐波和基波负序电流计算式,并等效为中性点不接地的Ｓｃｏｔ变压器。对阻抗匹配条件、容量利用、不对称绕组容量,以及不对称、谐波和波动损耗进行了分析和计算。     

基于谐波畸变率和负载率的变压器损耗及寿命损失分析

本文对变压器谐波条件下的损耗及寿命损失进行了量化研究。首先建立了谐波条件下油浸式变压器的有功功率损耗的分解模型,得出了功率损耗相对谐波电流畸变率和变压器负载率的表达式,结合变压器最热点温升与有功功率损耗的关系以及变压器寿命损失与最热点温升的关系,建立了油浸式变压器寿命损失与谐波电流畸变率和变压器负载率关系的模型。分析了不同谐波畸变率和负载率下变压器谐波损耗和寿命损失的变化规律,以某型变压器为例进行了谐波条件下损耗和寿命损失的计算。本文对制定针对性措施以提高变压器谐波条件下的运行经济性具有参考价值。     

基于扰动式MPPT控制的光伏并网系统间谐波分析模型

为分析最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制对光伏并网系统产生间谐波电流的影响,该文首先建立考虑光伏电池、并网逆变器及其控制系统在内的并网系统模型;其次,分析扰动式MPPT的三点周期振荡特性及其等效输出表达式,揭示扰动式MPPT产生间谐波的具体作用机理;接着,通过在最大功率点附近的线性化处理,推导基于MPPT周期振荡的输出电流间谐波分析模型,通过该模型定量求解不同工况下的间谐波电流大小;分析由扰动式MPPT导致的间谐波电流特性;最后,通过仿真验证理论分析的正确性以及间谐波模型的有效性。该模型可为光伏并网系统的间谐波检测和抑制提供理论指导。     

载波相移三相单管电路在直驱系统中的应用

为改善传统的直驱型风力发电系统中永磁同步发电机的谐波特性,从功率因数校正(PFC)、升压和提高系统容量的角度出发,将3个三相单管Boost型PFC电路交错运行的方案应用在直驱系统中。结果表明,在支路电流均工作于断续电流模式时,合成电流基本工作于连续电流模式,谐波特性良好。三相单管BoostPFC电路具有开关频率固定、元件数量少、成本低、控制简单、可靠性高等优点,该拓扑能对永磁同步发电机的输出进行功率因数校正,减少发电机电流的谐波含量和发电机损耗,提高发电机的有功功率输出能力和系统效率。采用载波相移技术能在较低的器件开关频率下实现较高开关频率的效果,通过低次谐波的相互抵消提高等效开关频率而不是简单地将谐波向高次推移,能在提高装置容量的同时,有效地减小输出谐波,提高整个装置的信号传输带宽。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

牵引供电系统功率因数计量方法的研究

文章对牵引供电系统常见的变压器接线方式下电网三相不平衡度和谐波情况进行了理论分析,分别采用算术功率因数、矢量功率因数和等效功率因数三种定义方法,对三相不平衡、非线性的牵引供电系统功率因数计算进行了讨论,并且分析仿真了牵引供电系统三相不平衡度和谐波对三种功率因数计量的影响。理论分析及计算实例表明,IEEE Std.1459-2010标准中推荐使用的等效功率因数能准确计算三相不平衡非线性系统的功率因数,为电能计量的正确考核提供科学依据。     

基于模块化多电平变换器的负序电流补偿系统研究

针对三相负载不平衡引起的负序电流,提出了基于模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)进行补偿的方案,讨论了其工作特性,提出了相应的控制策略。首先,通过把三相不平衡负载等效为平衡负载的方法,推导出对补偿系统控制的基本要求,明确了补偿的基本原理;然后,分析了补偿系统输入功率特性,提出了MMC用于负序补偿时的等效模型,并分析了环流及电容电压的波动特性,指出三相电容电压之和必定存在二次谐波波动;引入正负序坐标系分离控制的控制策略;最后通过仿真和实验验证了文中提出的结论和控制策略。     

三相非正弦配电网的多重矢量功率理论及无功电流补偿策略

随着配电网源网荷储的复杂性提升使电压不平衡和畸变更加严重,现有三相功率理论不能满足平衡条件并导致无功补偿效果不佳。为此,提出了三相非正弦配电网的多重矢量功率理论和无功补偿策略。利用对电压和电流的频域分解结果建立基向量并形成电压和电流矢量,并定义两矢量的几何积为多重矢量功率,并证明该理论满足功率平衡。根据多重矢量功率理论提出了以单位基波功率因数和理想谐波消除为补偿目标的2种改进补偿策略。在不同非理想电压工况下对比了不同功率理论下的7种无功分量检测算法,并选择结果较好的5种算法进行无功补偿仿真分析和实验验证。结果表明,改进单位基波功率因数法可实现流入系统的视在功率最低,从而实现传输损耗最低;改进完美谐波消除法对无功、谐波和不平衡分量的综合补偿效果最好。     

基于频变特性的变压器谐波损耗分析

工业变频设备和高频装置的广泛应用导致电力系统谐波污染加剧,致使非线性负荷下的变压器损耗计算与分析备受关注。研究了谐波等值模型,修正了传统曲线拟合谐波损耗计算法,从涡流场角度分析模型准静态磁场中不同材料的磁扩散情况,归纳出其谐波频变特性。同时,考虑不同频率谐波下绕组的等效非线性参数和谐波损耗叠加计算,对谐波损耗进行修正。...     

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。     

V/v牵引供电所电能质量控制系统非对称补偿设计及综合优化控制

为解决V/v牵引供电所功率因数低、负序及谐波含量大、电压波动大等问题,提出了一种由多重化背靠背双向变流器和非对称无源补偿滤波支路构成的低成本大容量动态综合补偿系统。有源部件实现两供电臂有功功率平衡和无功功率动态补偿,无源补偿滤波支路实现无功功率补偿和谐波治理。分析了系统非对称补偿原理,推导了容量设计方法,降低了有源部件容量和装置总成本。补偿功率给定值的综合优化计算能够减少系统损耗,提高装置长期运行能力。将该系统投入运行,对比分析投运前后电能质量参数,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于小波变换的谐波电流监测及线损分析

针对谐波电流带来的电网损耗问题,提出了利用小波变换和FFT进行谐波电流检测及电网损耗分析的综合监测方法。基于小波变换的多分辨率分析方法,对电网电流谐波进行了检测,并将基波信号和谐波信号分离,利用傅里叶变换方法,得到低频部分中稳态谐波的频谱信息;根据各谐波分量的幅值,计算电网电流畸变率、功率因数以及造成的线路功率损耗,实现对谐波电流的监测。结果表明,随着低频谐波电流幅值的减小,电流畸变以及造成的功率损耗将会明显降低;随着电流谐波成分的增加,将会导致电网功率损耗增加。该研究为电力系统电能质量监测以及谐波治理提供了理论基础。     

双绕组变压器谐波传递特性研究

随着电力系统中电能质量交叉耦合问题日趋复杂,研究谐波经变压器的传递特性具有重要意义。本文从双绕组变压器的等效谐波模型出发,以谐波电压系数、谐波电流系数作为衡量谐波传递规律的依据,分别研究了谐波电压源、谐波电流源经双绕组变压器在不同负载率、不同功率因数和不同短路容量下的传递特性,为实际系统的变压器选型以及滤波器装置设计与投运提供理论指导。     

电流型交直交变频六相同步电动机的电磁设计

提供了电流型交直交变频器供电的六相凸极同步电动机电磁设计的计算方法,同时对此电机换相特性、功率因数特性、谐波损耗、功率流程和效率进行了详细的计算与分析.     

基于牵引负荷负序功率潮流计算及电能计量方式研究

不对称的牵引负荷会引起负序功率潮流,直接影响电能计量结果的可靠和准确性,本文提出了牵引负荷负序功率潮流计算及电能计量的调整方法。分析了牵引负荷负序功率分布情况,将分析结果结合牵引负荷的相关性,采用Copula理论构建牵引负荷负序功率潮流分析模型,计算牵引负荷正序功率的潮流结果以及分布和流向;依据计算结果分析牵引负荷负序功率潮流对电能计量的影响,并提出基于功率因数理论电能计量调整方案。测试结果表明：文中方法具备良好的负序功率潮流计算效果,与实际结果之间的最大差值均低于0.000 6,功率因数的取值为0.7时,能够合理、可靠地完成电能计量,保证计量结果的准确性。     

电气铁道阻抗匹配平衡型牵引变压器的特性分析

从Ｙ／△变压器的发展演变,分析了电气铁道阻抗匹配平衡型牵引变压器的电气特生,提出注入电力系统的谐波和基波负序电流计算式,并等效的为中性点不接地的Ｓｃｏｔｔ变压器。对阻抗匹配条件、容量利用、不对称绕组容量,以及不对称、谐波和波动损耗进行了分析和计算。