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电工技术学报 2016年第A02期杂志 文档列表

大功率牵引逆变器的中频区调制算法对比研究1-9

摘要：轨道交通用大功率车载牵引逆变器开关频率低、调速范围宽,其调制算法通常采用低频区异步调制、基频以上方波调制的方式,而中频区用于实现异步调制与方波调制的过渡,并对逆变器输出谐波特性进行改善.该文对过调制和优化同步调制这两类中频区调制算法进行了研究,从调制性能、应用范围等方面进行了详细的对比分析,并通过仿真和实验进行了验证,结果表明：优化同步调制虽然数字实现相对复杂,但是具有更好的谐波特性,因此具有更广阔的应用前景.

分布式光-储发电系统的双向DC-DC非线性控制10-18

摘要：近年来,分布式光-储发电系统正在迅速发展,储能跟踪源-网侧功率指令的能力成为研究热点.首先建立储能系统中非隔离型双向DC-DC变换器在电流连续模式下的仿射非线性模型,并引入电压跟踪参数,得到大信号建模下的非线性状态空间描述;然后,依据状态反馈线性化条件,建立虚拟输出,利用非线性变换映射非线性空间至线性空间,并分析线性空间内二阶经典控制系统的参数对系统性能影响,计算状态反馈系数,完成控制器设计;最后,经数字仿真及实验,证明了所提控制方法可准确、快速地实现功率指令跟踪功能,在电压扰动、负载突变及系统参数不准确等情况下具有强鲁棒性,是正确、有效的.

具有低次谐波抑制能力的PIR控制器设计19-27

摘要：为了抑制由牵引网网压畸变引起的单相四象限变流器交流电流中的低次谐波,在电流环中引入一种比例积分谐振（PIR）控制器.通过对比研究不同种类的谐振控制器性能差异,选取一种较为合适的准谐振控制器应用于PIR中,并利用根轨迹法设计PIR控制器的参数,以保证系统稳定并具有良好的动态性能.通过Matlab/Simulink仿真及样机实验,验证了所提PIR控制器在谐波抑制及稳定运行方面的优越性.

电网电压不平衡跌落下同步参考坐标系锁相环瞬态响应分析28-38

摘要：网侧电压跌落是三相并网变流器运行时的常见工况之一.分析变流器锁相环的瞬态响应有助于提高装置耐受电网故障的能力.基于三相电压型PWM整流器及锁相环的数学模型,以单相电压跌落故障为例,给出了计算同步参考坐标系锁相环（SRF-PLL）相角输出的二阶非线性微分方程,进而由Mathematica软件计算给出数值解.通过Simulink仿真验证了方程的正确性.通过方程分析和仿真对比,得出锁相环PI环节参数影响故障电流波形规律.可知部分情况下,不当的积分参数会导致系统电流出现发散.通过数字物理混合实验验证了仿真结果和理论分析的正确性.

网压不平衡下系统控制目标对MMC运行性能的影响39-48

摘要：不平衡网压会造成模块化多电平变流器的模块电压波动增大、桥臂电流过流等问题,影响系统的安全运行.为分析该情况下模块电压波动及桥臂电流的变化情况,以变流器控制目标调节系数k与不平衡度ε为变量,计算出三相桥臂电流峰值及模块电压波动表达式,并利用得到的三维图分析变量k、ε对各电气量的影响.分析结果表明：随着不平衡度的增加,k=0情况下系统各电气量增幅低于k=-1的情况.最后利用Matlab进行了仿真,结果验证了理论分析的有效性,可为系统在不平衡情况下的安全运行提供参考.

基于多目标四维可视化算法的有源电力滤波器滤波电感优化设计49-57

摘要：脉宽调制技术的应用会产生高频开关纹波,一般采用LCL滤波器对其加以滤除,以保证有源电力滤波器的补偿性能.首先根据系统对纹波电流的抑制要求和最大电流跟踪能力要求,对LCL中的滤波电感取值进行优化设计.然后针对传统电感设计过程复杂繁琐、带有重复性且很难求得可靠解析解的缺点,提出一种四维可视化算法,先推导建立各设计目标和已知自变量之间的三元函数表达式,然后通过四维数据场可视化编程直接给出满足多目标设计要求的最优解集,直观、清晰且简单、实用.最后,根据所提算法结果绕制相应电感,并应用于一台50kV·A三相四线制有源电力滤波器样机,实验结果验证了该策略的可行性和有效性.

应用逆导型IGBT二极管退饱和控制的单相牵引变流器58-66

摘要：与普通IGBT模块不同,逆导型IGBT（RC-IGBT）在同一个芯片上集成了二极管与IGBT,增强了相同封装面积的电流承受能力.同等电气参数和封装尺寸下,RC-IGBT芯片数量减少,模块通流能力和散热性能大大提高.对RC-IGBT的集成二极管进行退饱和控制,可以明显降低二极管的反向恢复损耗.该文在牵引变流器上施加二极管退饱和脉冲控制,以实现PWM整流输出工况下RC-IGBT总损耗降低.分析了加入退饱和脉冲控制的牵引变流器的工作原理以及损耗计算方法,并通过仿真计算证明了该方法可比普通IGBT更有效地降低损耗,即使用RC-IGBT并采用二极管退饱和控制的牵引变流器,相比普通IGBT变流器,电流耐受力更高,温升和散热特性更好.

三相并网系统的一种快速相位检测方法67-75

摘要：在三相并网系统中,要求三相锁相环技术能够快速准确地检测电网电压相位信息,并且抗扰能力强、响应速度快.提出一种区别于传统的基于同步旋转坐标系三相并网系统锁相方法的相位检测方法,该方法通过分析三相电网电压的瞬时值在三相电压绝对值之和中所占的比值与相位角之间的关系,利用二者之间的对应关系,通过查表计算的方法直接求出当前实际的电网电压相位,能够快速、无延时地得出相位信息,且无需进行Park坐标变换.在电网电压不平衡及谐波含量较大导致电网电压畸变等异常情况下,电网电压中会含有负序以及谐波分量,传统锁相方法和该文所提锁相方法都无法精确地追踪相位信息,所以该文又通过采用双二阶广义积分器的方法提取电网电压的正序分量以及滤除低频谐波,然后将正序分量通过该文锁相方法计算得到相位信息.此相位检测方法操作简便、易于实现.最后,对所提相位检测方法进行了实验验证,并与传统方法进行了对比,证明了该方法的有效性.

抑制电气化铁路低频振荡的四象限变流器控制方法76-83

摘要：针对电气化铁路中列车四象限变流器和牵引供电系统不匹配造成的低频振荡现象提出了抑制方法.首先,介绍列车牵引传动系统中的四象限变流器主电路及其瞬态电流控制策略.然后,在四象限变流器线性化闭环传递函数的基础上,对车网耦合系统进行稳定性分析,研究了低频振荡的机理.基于分析结果,采用改变系统阻尼的思路,提出主动阻尼补偿措施,并进行理论分析.最后,利用多车仿真模型及小功率实验平台对所提控制方法的正确性进行了验证.

双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究84-91

摘要：在伺服系统中高刚度控制可以有效抑制负载变化造成的动态干扰现象.状态观测器基于电机模型可以准确快速地为抗干扰控制提供负载信息,进一步加强了系统的抗干扰能力.但较强的抗干扰能力会在传动装置刚度有限的情况下引发机械谐振.针对此问题,着重研究了双惯量抗谐振与抗干扰存在的矛盾,在保持系统抗干扰能力不变的基础上,提出一种基于分数阶状态负反馈观测器控制策略来抑制谐振所造成的速度波动,增强系统的抗谐振能力.分数阶滤波器最大程度上拓展了滤波器的选择范围,同时协调了观测器的鲁棒性和抗谐振能力.将负载状态观测正反馈控制与基于分数阶滤波器的状态负反馈观测器控制相结合,同时实现抑制谐振和增强系统抗干扰能力,并通过实验验证了所提控制策略的有效性.

主动配电网中分布式发电系统接入技术及其进展92-101

摘要：大量分布式可再生能源的接入给现代配电网的运行控制带来了巨大的挑战.主动配电网是智能配电网技术发展的高级阶段,是内部具有大量分布式电源,具有主动控制和运行能力的有源配电网,其核心是解决配电网中分布式电源接入消纳问题.针对分布式电源的特点,结合主动配电网的定义及其特征,从分布式发电系统接入电网的拓扑方式、控制策略方面,分析总结了配电网下分布式电源接入并参与电网运行关键问题与技术,并对未来的研究方向进行了探讨和展望.

考虑无功控制特性的交直流电网双解耦潮流计算方法102-109

摘要：直流换流站的无功控制策略直接影响交直流电网之间的无功功率交换和电压运行情况,而现有潮流计算方法由于忽略交直流电网之间的无功电压作用,导致计算结果的准确性较低.为此,提出一种考虑直流换流站无功控制特性的交直流电网双解耦潮流计算方法.首先对交直流系统进行功率解耦,交流系统潮流计算时将直流等效为恒功率节点,进而根据交流侧母线电压结果计算换流变压器的分接头;然后将交流系统潮流方程进行PQ解耦,建立包含直流无功控制策略、直流侧潮流方程以及交流系统无功功率约束的无功优化模型,采用内点法求解得到电网电压和直流控制变量的准确解;最后以4回直流接入下的江苏电网为例进行仿真计算,结果证明了所提算法的有效性.

一种基于直流微电网的电动汽车充电优化控制策略110-119

摘要：针对可再生能源、电动汽车充电和电网峰谷负荷不协同问题,研究了直流微电网环境下光伏、储能和电动汽车充电的协同优化控制策略.首先给出了直流微电网的系统结构及其单元功能模型,建立直流微电网条件下的电动汽车优化充电模型,分析比较含多种约束条件的充电经济性.根据不同场景的功率需求,制定含光伏和电动汽车充电需求预测的微电网能量管理优化控制策略.最后通过实际直流微电网算例分析,验证了该优化控制策略在直流微电网环境中能够实现可再生能源与电动汽车充电装置的协同增效,为解决大规模电动汽车充电负荷和可再生能源消纳问题提供了参考.

一种基于储能回路的小型并网风力发电系统120-130

摘要：提出了一种小型并网风力发电系统并重点分析了其拓扑结构.通过采用具有高电压增益的单级三相反激式倍压整流电路,以及在直流母线处引入储能支路,系统可以在低风速条件下利用整流器的高电压增益和零电流开通特性,将微弱的风能能量以相对较高的效率存储在储能装置中以提高风能利用率;在风能充足条件下,储能装置辅助系统并网发电,使得捕获的风能直接传输至电网,以保证较高的系统整体效率.进一步,为实现提高电压增益和抑制输入电流畸变的目标,详细分析了整流器的拓扑构成和参数设计方法;同时简要介绍了系统的控制策略,即根据电池荷电状态和风速情况灵活调用相应控制方法的策略.最后,给出了样机在实验室和真实环境下的实验波形和运行数据,实验结果证明了理论分析的可靠性以及系统对小型风场的高度适用性.

负载突变情况下直流微网的分岔现象及分析131-141

摘要：本地负荷突变是电力系统中常见的现象,当大电网无法给予完全支撑时直流微网的母线电压会出现崩溃现象,影响大电网电压和频率稳定,导致严重的后果.基于上述情况,在Matlab/Simulink中建立了包含光伏、储能和大电网在内的并网型直流微网模型,从能量流的角度介绍了直流微网运行的4种工作模式,研究了负荷突变时出现的系统失稳现象,探讨了直流微网系统稳定性与工作模式以及能量流的关系,从理论分析和仿真两方面研究了直流微网系统失稳的机理,并得到了给定条件下系统的稳定边界,为直流微网的设计提供了参考.

直流微网中复合储能装置的并联技术研究142-149

摘要：随着电网中分布式电源的日益增多,储能技术在提高系统的稳定性和改善电能质量方面显得越来越重要.考虑到当前储能元件的特性,复合储能系统比单一储能系统具有更多优点,但当前复合储能技术多基于主从控制,需要高带宽通信,系统可靠性被削弱,不适合于分布式特点的直流微网.从提高直流微网中储能装置的扩展性及冗余度角度出发,提出了一种新型复合储能装置的并联控制策略.该策略中,电池采用电压-电流（U-I）下垂控制,超级电容采用电压变化率-电流（U＇-I）下垂控制.该系统在仅依靠储能装置本地信息时,实现不同类型储能装置响应对应频段的分量和同类型储能装置之间的功率自动分配.最后,仿真和实验结果验证了该策略的正确性和有效性.

计及电能质量影响的智能配电网孤岛划分策略150-158

摘要：现有智能配电网孤岛划分研究主要从功率平衡的角度出发,对电网安全约束考虑不充分,未考虑电能质量的影响,难以保证孤岛安全可靠运行.提出一种计及电能质量影响的智能配电网孤岛划分策略.故障后,首先计及联络开关进行网络连通性分析,进行初始孤岛划分.然后,对每个初始孤岛,建立切负荷-网络重构双层优化模型,并采用微分进化算法和混合粒子群算法求解,以降低搜索空间维数.具体地,在切负荷优化模型中,在允许频偏范围内充分发挥DG的调频特性,以减少负荷切除量;在网络重构优化模型中,建立包含频率约束、负序及谐波不确定性约束的电能质量综合约束集.提出基于序列二次规划法的配电网柔性潮流算法计算频率偏移条件下的孤岛潮流,引入点估计法进行负序、谐波不确定性分析,以改善孤岛的电能质量,提高其运行可靠性.最后,基于实际复杂配电网算例,验证了该策略的有效性和优越性.

电机串联新能源并网系统的控制方法及其运行模式159-166

摘要：随着新能源并网渗透率的不断提高,同步发电机被并网逆变器替换造成的系统惯性大幅减少,引发新能源电力系统的稳定性问题越来越严重.为了提升新能源并网惯性,提出了基于电动机一发电机串联（MGP）的并网系统.首先通过分析双机机端电压及励磁电动势相位关系,确定MGP系统传输新能源发出的有功功率与电机参数之间的关系,建立了改变源网相位差的控制方法,以控制MGP系统的有功传输,实现对MGP系统的功率闭环控制.接着对MGP系统的稳定运行模式进行了研究,提出一个可以利用源网相位控制方法来运行的模式.在该模式下,MGP系统可以稳定传输有功功率.最后通过仿真和实验验证了该控制方法的可行性.