高频直流电压

高频直流电压（精选九篇）

高频直流电压 篇1

直流滤波器并联装设在直流高压母线和中性母线之间, 它用来保证换流器在任何方式下, 最大等效谐波电流不超过其限定值[1,2]。平波电抗器则与直流滤波器一起构成换流站直流侧的谐波滤波回路, 抑制直流线路电流和电压脉动成分, 降低直流侧的谐波分量[3]。从直流滤波器及平波电抗器的作用不难得知, 它们均是直流输电工程不可或缺的重要设备之一, 且对高频电压信号有一定的衰减特性。

由于现有直流线路保护在实际运行中存在种种弊端, 例如易受雷电、换相失败、交流侧故障等暂态现象干扰, 并且在线路高阻抗接地时也存在灵敏度不够的情况, 因此近年来国内外学者着力于研究利用直流滤波器与平波电抗器对高频电压信号衰减特性构成的新型线路保护[4,5,6,7,8,9,10], 其基本原理为:当线路区外故障时, 由于线路边界的衰减作用, 线路PT处所测电压的高频分量较小;而在线路区内故障时, 电压信号无线路边界阻隔, 线路PT处所测电压信号的高频分量较大, 通过比较高频电压信号的能量大小, 即可区分直流输电线路区内外故障。例如文献[4]则基于改进的傅氏算法提出了一整套的线路单端暂态量保护方案;文献[5]则将暂态能量判据与行波判据结合起来, 构成一种复合的保护判据;文献[6]采用小波多分辨分析提取暂态信号高频段能量与低频段能量, 将它们的比值作为判断线路区内外故障依据。

但不同直流输电工程由于系统运行条件不同, 直流滤波器和平波电抗器的参数及配置方式差异化较大, 而现有新原理线路保护研究均基于特定直流输电工程的线路边界进行研究, 因此有必要研究现有直流输电工程直流滤波器与平波电抗器的不同参数及配置方式对高频电压信号衰减特性的影响, 为依据线路边界高频电压衰减特性的直流线路保护研究打下坚实的理论基础。

1 直流输电线路边界及其高频电压信号衰减特性

直流输电线路的两端均加装有平波电抗器及直流滤波器, 由于其核心组成元件对高频信号有着天然的阻隔特性, 共同构成了直流输电工程高频信号的线路边界。图1所示为一直流输电工程典型线路边界, 图中Ui表示平波电抗器换流阀侧电压信号, Uo表示平波电抗器线路侧电压信号。

根据平波电抗器和直流滤波器的结构与参数, 仿真得到直流线路边界的幅频特性, 如图2所示。从图中可知, 对于直流滤波器要滤除的特征谐波, 线路边界表现出很强的衰减性, 而当信号频率大于2000 Hz时, 其经过线路边界后幅值衰减超过了-30d B, 这说明, 直流输电线路边界对于高频分量具有明显的衰减作用。

2 直流滤波器配置方式及其对高频电压信号衰减特性的影响

目前我国已投运±500 k V、±660 k V以及±800 k V等电压等级直流输电工程20余条, 根据相关文献[11,12,13,14,15], 现有直流输电工程很少使用单调谐直流滤波器, 双调谐滤波器结构简单, 现场调谐方便, 因此±500 k V及±660 k V直流输电工程普遍应用双调谐直流滤波器组, 而对于±800 k V特高压直流输电工程, 由于系统绝缘水平要求高, 因此采用元器件较少的三调谐滤波器。而对于不同的直流输电工程, 由于系统运行要求不同, 因此需要滤除的特征谐波也不尽相同, 因此根据直流滤波器设计原则[11,13], 即使对于相同电压等级的不同直流输电工程, 直流滤波器参数也可能会有较大差异, 综上, 有必要研究直流滤波器配置方式及参数变化对线路边界高频电压信号衰减特性的影响。

对于由双调谐直流滤波器组与平波电抗器构成的线路边界, 由于元器件较多, 本文此处首先以单个双调谐滤波器来分析双调谐直流滤波器组参数对高频电压信号衰减特性的影响。如图3所示, Ui表示平波电抗器阀侧电压, Uo表示平波电抗器线路侧电压, 其传递函数在可表示为式 (1) 。

由式 (2) 可知, 分子式的两个真根对应着两个调谐频率, 分母式的两个真根则对应着两个谐振放大点, 构成滤波器的电感电容值参数的变化直接影响到滤波器调谐频率的大小。当通过该边界的信号频率达到一定的值时, 分子式和分母式恒大于零, 此时该边界对高频信号的衰减程度主要由系数k决定, 即由电感L与电感L1的值共同决定, k值越大, 衰减幅度越大。

对于如图4所示的双调谐滤波器组, 线路边界的幅频函数可表示为

G1 (ω) 和G2 (ω) 为多项式中ω次数小于8的低次项, 由于项数较多, 且由上文分析可知低次项对高频信号的衰减程度影响很小, 限于篇幅, 本文在公式中以G1 (ω) 和G2 (ω) 代指。

表1给出了几种典型的现有直流输电工程双调谐直流滤波器组参数[10,11,12], 基于这些参数, 仿真得到了不同双调谐直流滤波器对应的线路边界高频衰减特性 (为了考察直流滤波器组元件参数变化对线路边界高频衰减特性的影响, 仿真采用的平波电抗器值大小相同, 均为200 m H) , 结果如表2所示。

而对于在特高压工程中应用的三调谐滤波器, 如图5所示, 参照上文分析, 线路边界幅频函数为

G3 (ω) 和G4 (ω) 为多项式中ω次数小于6的低次项。

对于由三调谐直流滤波器与平波电抗器构成的线路边界高频电压信号衰减特性, 衰减程度仍主要由系数k决定, k值越大, 衰减幅度越大。

表3给出了两种不同的三调谐直流滤波器参数, 基于这些参数的线路边界高频信号衰减结果如表4 (仿真采用的平波电抗器值均为200 m H) 。

理论分析以及表2和表4中的结果表明, 在相同平波电抗器参数下, 直流滤波器结构的变化对于线路边界高频信号衰减程度的影响不大, 高频电压信号衰减程度主要由参数k决定, 即平波电抗器电感值与直流滤波器串联谐振回路等效电感值比值决定, 由于直流滤波器串联谐振回路电感为高压电感, 受制造工艺及成本限制, 不宜选取过大, 由表1, 表3及相关文献[10,11,12,13]可知, 最近几年投入运行的直流输电工程双调谐直流滤波器组及三调谐直流滤波器串联谐振回路等效电感值一般在10 m H左右。

3 平波电抗器配置方式及参数对高频电压信号衰减特性的影响

3.1 平波电抗器电感值对高频电压信号衰减特性的影响

前文分析指出, 直流输电工程线路边界对高频信号 (>2000 Hz) 的衰减程度主要由平波电抗器电感值L以及直流滤波器串联谐振回路的电感值L1决定, 由第3节分析可知, 当直流滤波器采用贵广工程三调谐滤波器参数时, 由于对应参数k值最小, 线路边界高频电压信号衰减程度最小, 而我国在2000年后新建的直流输电工程均采用了油浸铁心式平波电抗器, 电感量最大值基本维持在0.2~0.4 H[16], 因此选取75~400m H间的平抗电感值, 结合贵广工程三调谐滤波器参数, 对线路边界高频电压信号衰减特性进行了仿真分析, 表5给出了相应的结果。

由表5可知, 平波电抗器电感值越大, 线路边界高频电压信号衰减程度越大, 与理论分析结果一致, 而在实际工程所采用的平波电抗器取值范围内, 线路边界对高频段信号 (>2 k Hz) 的衰减能维持在-18~-32 d B以上, 这就意味着频率大于2 k Hz的高频信号能量在穿越边界后衰减了大约2~3个数量级。这为利用高频信号能量研究新型线路保护创造了有利的条件。

3.2 平波电抗器分置对高频电压衰减特性的影响

对于目前已投运的高压直流输电工程, 平波电抗器多以安装在极线上方式布置。而在特高压直流输电工程中, 为了降低过电压水平, 消除两组12脉动换流单元中间母线电压谐波, 平波电抗器通常采用分置在极线和中性母线上的布置方式[17,18]。如图6所示, 平波电抗器分置与不分置时, 二端口网络可分别表示如下。

对于平波电抗器未分置的情况, 电压传递函数H1 (s) 为

式中:Ls为平波电抗器电感值;Z (s) 为直流滤波器组的等值阻抗。

同理, 对于平波电抗器分置的情况, 电压传递函数H2 (s) 为

式中, Lsp为极线上的平波电抗器电感值。

根据国内实际的特高压直流工程建设经验, 安装在极线上的平波电抗器值与安装在中性线上的电抗器值通常按照一定的比例配置。以糯扎渡±800k V工程直流输电工程为例, 其极线上安装的电抗器电感值为150 m H, 中性母线上安装的电抗器电感值为150 m H, 其电感值总量300 m H, 安装比例为1:1, 而宁东-山东直流输电工程及糯扎渡直流输电工程为例进行了相应的仿真研究, 其中宁东-山东直流输电工程电感值总量300 m H, 极线上安装的电抗器电感值为75 m H, 中性母线上安装的电抗器电感值为225 m H, 由式 (5) 和式 (6) 可知, 平波电抗器分置较平波电抗器不分置时电压传递函数的分母第一项小, 但整个分式结构相同, 参照本文第3节中的分析, 平波电抗器分置后的线路边界高频信号的衰减特性, 基本可以等价为分置后极母线上平波电抗器电感量大小对应的线路边界高频信号衰减特性, 仿真结果如表6所示。

表6结果表明, 由于平波电抗器分置后, 安装在极线上的电抗器电感值减小, 因此相对于平波电抗器未分置时, 线路边界对高频信号的衰减程度变小, 但仍保持在-24 d B以上, 而即使对于衰减程度最小的线路边界组合, 即直流滤波器采用贵广三调谐滤波器参数, 平波电抗器配置方式采用宁东-山东直流输电工程方案, 衰减程度也在-18 d B以上, 满足理论研究的需要。

4 结论

1) 对于现有的直流滤波器, 在实际直流输电工程所采用的平波电抗器取值范围内, 线路边界对高频电压信号有较大衰减, 频率大于2 k Hz的高频电压信号衰减维持在-18~-32 d B以上, 这就意味着高频信号能量在穿越边界后衰减了大约2~3个数量级, 为依据线路边界高频电压衰减特性的直流线路保护研究提供了物理基础。

2) 直流滤波器参数对线路边界高频电压信号衰减特性影响主要取决于串联谐振回路中电感值, 在平波电抗器电感值不变的情况下, 直流滤波器谐振回路中电感值越小, 线路边界高频电压信号衰减幅度越大。

3) 对于现有直流工程应用的双调谐直流滤波器组和三调谐直流滤波器, 直流滤波器的结构变化对直流输电线路边界高频电压信号的衰减特性影响不大。

直流电路的电位、电压测量实验 篇2

2.加深对电压、电流参考方向的认识。

3.熟悉Multisim软件的使用。

二、实验原理

1.安装步骤

2.操作步骤

新建文件---放置元器件——连线—仿真----修改调试

三、实验内容及步骤

（1）在Multisim14.0工作环境下，按实验图1-1所示连接电路。其中电阻在Basic库（放置基本库），直流电压源、接地在Source库（放置源库），电压表在Indicators（放置指示器库）。连接好基本电路后，按照电路图中要求设置电阻和电源数值。并将从指示器件库中取出电压表并联在电路中，注意电压表的正负

实验图1-1 实验电路

1.新建文件

2.放置元器件

3.连线

4.仿真

5.数据展示

（2）点击工具栏中的“运行(F5)”按钮，启动电路，观察电压表的读数。

（3）记录下各电压的值填入实验表中。

（4）分别以a、b、c、d作为零电位点，记录测量实验表中各点电位及电位差。

实验表 实验数据记录表

根据测量数据，验证电位和电压的关系，如Uab= Va-Vb。

四、总结与讨论

高频直流电压 篇3

关键词：智能型：高频开关：直流电源系统

中图分类号：TN86

文献标识码：A

文章编号：1006－8937(2009)16－0128－02

直流操作电源系统作为变电站不可或缺的二次配置设备，它为控制装置、自动化装置、继电保护装置、高压断路器分合闸机构、事故照明等提供直流用电，它的稳定可靠运行及电压质量对变电站设备的正常运作起着至关重要的作用。

近几年由于阀控密封铅酸蓄电池的优越性促使其得到普遍应用，与镉镍碱性蓄电池相比，阀控密封铅酸蓄电池具备免维护的重要特点，该电池容易组成成套装置，在正确使用的情况下，温度为25℃的浮充电使用寿命达到10－15年，电池寿命有明显增长；电池自放电的电流小，25℃下每天的自放电率仅为2％；不存在“记忆效应”，工作时电池容量损失少；密封及抗震性能好，结构紧凑。但是虽然具有上述良好性能，阀控密封铅酸蓄电池对温度、充电装置的要求也是更为严格，过充和欠充电都容易造成蓄电池损坏乃至直流系统瘫痪，因而势必要采用更好的直流电源操作系统，智能型高频开关整流系统很好地满足了阀控电池的要求，得到了广泛应用。

目前220kV翁江变电站使用的WATT智能型高频开关直流电源系统主要由高频开关电源模块和分布式监控系统组成，系统采用分布式微机监控技术和国际先进的三电平桥式软开关技术，并率先在直流系统上应用了现场总线技术，使得各模块以信息交互的方式协同工作。系统采用容错方式设计，数据本地采集，数字信号远传，任一模块均可带电插拔，实现了系统的在线维护，可以直接与变电站综合自动化等智能化设备连接，满足日益增多的无人值班变电站要求。

1WATT智能型高频开关电力直流电源系统特点

①采用三电平桥式软开关电源模块化设计，N+1热备份；

②任一功能模块(如监控模块、充电模块)均可带电热插拔，便于系统的安装和维护，大幅度减少了平时维护工作量；

③采用抢总线式的自主均流技术，各模块之间输出电流的最大不平衡度小于5％；

④控制母线和合闸母线可以实现由充电模块单独直接供电，也可以通过降压装置进行热备份；

⑤可靠的电气绝缘和防雷措施，利用绝缘监测装置实时监测系统的绝缘状态，保证了系统和人身的安全；

⑥分布式控制技术，信号采集模块与微机监控模块组成分布式监控系统，就地采集数据，数字信号传输，抗干扰能力强，便于安装、检修；

⑦采用小母线硬接线布线技术，母线采用国际标准色标识，易于识别；

⑧系统采用IEC(国际电工委员会)国际标准，可靠性和安全性有充分保证。

系统智能化程度高，对系统的每个部分能够通过监控模块进行参数配置；实现全数字控制技术，充电模块、微机监控模块、绝缘监测仪、电池巡检等采用数字化控制技术，充电模块采用三电平桥式高频软开关技术，主拓扑电路应力小，充电模块可靠性高，特别适用于电力直流电源三相整流高输入电压条件下的高可靠性要求；监控系统与现代电力电子、网络技术相结合，对直流电源系统提供“四遥”功能的支持，为无人值班工作提供了前提条件；具有输出电流和电压平滑调节的功能，能够实现蓄电池充电温度自动补偿功能；对蓄电池组进行自动保护和管理，能够对蓄电池的均充、浮充电进行智能化控制，实时监控蓄电池的充放电电流和整组、单个电池端电压，设有电池过压、欠压声光提示和充电限流功能；通过设有的多个扩展通讯接口，通常在变电站会接入如电池监测仪、绝缘监测装置等外部智能设备。

2WATT智能型高频开关电力直流电源系统在变电站的应用

220kV翁江变电站直流系统主要由两路交流输入、交流测控模块、充电模块、防雷模块、整流模块、降压模块、集中监控单元、绝缘监测单元、电池数据采集模块和蓄电池等部分组成：

两路交流电源均正常输入时，运行人员通过交流测控模块设置其中一路输入系统，为各个充电模块提供电源。充电模块将外部输入的三相交流电进行转换。整流为110V或220V的直流电源，经二极管隔离后输出，一方面给二次回路及直流装置(如直流交换机等设备)供电，另一方面给蓄电池浮充电。系统通过监控模块对系统进行监控和管理，每一组蓄电池组均配备有信号采集模块，信号发生后由采集模块进行采集，再汇总到监控模块统一处理，有故障时可以发信号至变电站后台监控系统并发出声光提示。系统的绝缘监测仪是其中一个重要部分，当母线绝缘或支路绝缘被检测到降低获接地时，同样会发送信号至变电站后台监控机通知运行人员处理；当其中一路交流电源发生故障时，通过选择自动切换开关实现系统自动切换至另一路外部交流电源。

当两路交流电源同时发生故障或停电时，充电模块因失去输入电源停止工作，由蓄电池供电带起全部负荷，监控模块发出故障告警信号至变电站监控机，通知运行人员尽快恢复交流电源供电。交流停电期间，运行人员需要通过监控模块密切监控蓄电池电压，当电池放电超过规定单节电池容量(如2 V)时，监控模块会发出告警声响，此时应自动或手动停止放电。外部交流电源输入正常以后，充电模块自动恢复对蓄电池的充电(严格按充电曲线进行充电：主充、均充、浮充电)。

系统采用单母线分段接线，交流电源由站用变系统分别由#2、#5柜引出，经整流后由#1、#2馈线柜引出至各保护屏及测控屏。母线电压110V，翁江站装置设有交流互投回路，能够自动切换事故照明单元，蓄电池正常时在浮充电状态，每组容量400Ah，调压装置置“自动”位置，微机绝缘监测仪对正负直流母线的绝缘电阻和对地电压进行实时监测，集中监控器实时采集直流系统内信号，与本站监控系统保持通信，实现对直流系统的四遥功能。正常时两段直流母线开环运行，负荷按两段分配平衡为原则，不存在环路或寄生。

系统正常工作时，充电模块对蓄电池的均／浮充电压与控制母线允许的波动电压范围相比，往往会高出一些，在翁江站采用多级硅调压装置串联接在充电模块输出与控制母线之间，使得调压装置的最终输出电压能够满足控制母线的电压规定。

翁江站调压装置每档可调5V，共五档，通常打在“自动”档位。蓄电池通常在浮充电状态，当系统连续浮充运行超过设定的时间(可通过监控器键盘设置，出厂设置为3个月)或交流电源故障后，蓄电池放电超过十分钟时，系统自动进行均充。自动均充过程：以监控模块设定的均充电流进行稳流充电，当电压逐渐接近均充电压设定值时转为稳压充电，充电电流小于0.01CIO A后延时1h，自动转为浮充运行，当手动定时均充时，可通过监控器键盘预先设置的均充电压、均充时间，按“均充”按钮即可，过程与自动均充过程相同。

3直流系统存在问题及处理

3.1监控模块故障

①监控一直处于开机启动状态，无法正常工作。可能监控模块的软件在运行中死机，关掉监控模块上的电源开关，重新上电。

②按键无响应、显示屏黑屏、花屏。可能监控模块的软件在运行中死机，关掉监控模块上的电源开关，重新上电。

③监控模块无故障告警显示、光字牌报警。此现象一般是后台的遥信信号使用告警干接点连接，在系统曾有过告警又恢复的情况下，与监控模块配套的系统测控模块的告警干接点相应继电器触点不能释放所致，关掉监控模块上的电源开关，重新上电后即可消除。

3.2交流输入故障：

①充电模块对应的交流输入开关跳闸。需要检查直流回路是否有短路现象，如果经检查直流输出回路有短路现象，应判断是有直流屏外故障引起的还是屏内设备原因引起的，如果屏内设备引起的则需要厂家进行处理；如果和上充电模块对应的交流输入开关，如果开关立刻自动断开，则可能是该充电模块故障或交流开关不良。

②交流接触器不吸合。测量交流输入的线电压和相电压是否正常，是否有缺相，如电压过高、过低或者有缺相，可能交流测控模块保护动作断开了交流接触器；经测量交流电源正常，可以拔出交流测控模块电源接口的插头，如能正常吸合则可能是交流测控模块故障，如果不能吸合则可能是交流接触器的故障。

4结语

高频开关直流屏的设计 篇4

现在高频开关直流屏应用的已经越来越广泛, 针对这样的情况, 直流电源柜为了满足现在的智能化要求, 控制方式均选用全数字化可编程序控制系统, 编制适合直流系统的控制、调节、信号、报警软件, 使其满足直流屏的要求, 使系统各部分功能有机地融为一体。具有标准通讯接口, 可以与计算机进行通讯, 进行遥控、遥测、遥信;技术方案先进, 标准化设计。

1 直流设备主要参数及性能

1.1 具有稳压功能:

在稳压状态下, 交流电压在规定范围内变化, 当输出电流在0~100%额定电流范围内变化时, 输出电压在额定值的 (80~130) %范围内任一点上保持稳定, 其稳压精度应不大于±0.5%, 输出电压纹波系数应小于±0.1%。

1.2 具有稳流功能:

在稳流状态下, 输出电压在80%~130%额定值范围内, 交流电压在规定范围内变化, 输出电流在0%~100%额定电流范围内任一点上保持稳定、其稳流精度不大于±0.2%。

1.3 具有温度补偿功能:

充电控制加入温度补偿功能, 根据环境的温度变化 (以25度为标准, 温度升降1°C每个单体电池充电电压增减3MV) 自动调节蓄电池充电电压。

1.4 监控装置:

采用触摸屏式监控装置, 其能对系统的充电状态、母线稳压、绝缘检测、故障报警等进行直接控制, 并能对蓄电池进行实时监测。

1.5 微机型高频开关整流器屏具有如下保护功能:

交流输入过压、欠压、过流保护。

直流输出过压、欠压、过流保护。

电流保护功能:在负载发生短路或电流超过额定值的115%时, 充电机应具有限流功能, 并发出灯光、音响告警信号。

1.6 充电与浮充电方式转换:

充电与浮充电方式转换, 应有自动和手动两种转换控制方式。在“自动”方式时, 电池组放电过程结束, 交流恢复供电后, 整流模块按设定条件自动转入充电状态工作, 当电池组充电过程完成后, 整流模块按设定条件自动转入浮充电状态工作。在“手动”方式时, 应可方便的调整充电限流值、充电稳压值和浮充电压值。

2 原理方案及设计

2.1 交流电源

应允许交流电网电压幅值的持续波动在额定值的±10%范围内, 电网频率为50±1HZ。

(1) 成套设备应可输入双路交流电源, 且互为备用, 自动投切, 并可任选一路为工作电源。

(2) 交流电源应为三相电源, 无相序要求, 三相电源缺相应发出声光报警信号。

2.1.2 输出

2.2 结构

2.2.1直流电源装置是户内型设备, 采用金属外壳, 立式、落地安装。

系统主要由充电模块、控制回路、电池组、监测控制部分等构成。

2.2.2 直流母线一般为单母线运行方式

2.2.3 显示屏

采用液晶显示屏, 作为直流屏的人机界面, 所有的系统参数设定。充电模块和整流模块的电压及电流调整与监控、电池巡检、对地电压的测量、电池充放电曲线等均可通过显示屏各画面进行。系统工作时, 在显示屏上进行操作, 通过多幅画面切换, 在显示屏上实施动态显示直流屏中各部分的工作状况 (电流、电压、故障等) , 并按汉字提示在线位置、修改参数以及查阅储存资料。集中监控电源系统中的整流模块、蓄电池组、馈线单元的工作运行参数等, 根据现场设备实际情况决定直流电源设备的运行方式。并能对所有电流、电压、电池等参数进行数据采集处理输出, 直流设备的运行状态进行实时监控, 并具有强大通信功能。监控系统采用的是“主机+扩展模块”的组合方式组成系统。在使用的过程中, 还可以根据实际需要选择不同的扩展模块。且提供RS-485, 232接口, 支持MODEBUS等多种规约。并在通信上提供了无源接点输出, 用触摸显示屏显示。

2.2.4 高频模块

充电装置采用微机型高频开关电源, 以 (N+1模式) 模块并联组合方式供电。模块可带电插拔, 任一模块退出运行均不影响系统的正常运行。交流输入电源应为双路输入, 互为备用, 自动投切。充电模块应具有手动充电、自动均衡充电、浮充电及均、浮充电流、电压的设置等功能。当蓄电池事故放电后, 应能对蓄电池自动进行补充电。还应能适应蓄电池组初充电要求和根据温度变化自动补偿充电电压的功能, 确保蓄电池组不会因环境温度的变化而造成过充电或欠充电。

2.2.5 具有绝缘检测功能

绝缘检测装置能检测正, 负母线对地电压, 当母线电压过高过低时 (报警电压值可调整) , 能发出生光报警信号。

2.2.6 具有调压装置

调压装置采用硅链及高精度的调压电路作为调压装置, 对母线电压进行不间断平稳调节。调压装置应具有自动调压功能。可采用自动调压方式, 进行母线电压调整。有相应的保护及声光报警信号。

2.2.7 具有四遥功能

遥测:充电机电压, 母线电压, 输出电流, 电池电压, 充电电源等。

遥信:交流电源失电, 直流电压过高, 过低, 绝缘不良, 整流器模块故障, 电池电压异常等。

遥控:模块的启/停, 均浮充切换。

遥调:连续调节充电电压, 输出限流, 电池充电限流, 蓄电池欠压报警值, 整流器过欠压报警值等。

2.2.8 蓄电池具有电池巡检功能

蓄电池电压自动检测装置能实现蓄电池自动管理及监测, 自动检测蓄电池组的端电压、单只电池电压, 具有手动和自动巡检功能。分组电池循环自检测的功能, 可随时将损坏的或异常工作的单只电池 (电压过高或电压过低) 检测出来, 现场自动发出声光报警、告知检修人员或维护人员, 及时处理。并将信号送至直流屏微机监控系统, 经过微机监控系统处理后送至远程监控系统。

整体的高频开关直流电源屏的原理图如图1所示。

2.3 蓄电池

蓄电池为符合有关标准的阀控式铅酸免维护密封电池。电池外壳要用阻燃、防爆的材料制作, 应完全密封.但还要有安全气阀, 在过量的充电情况下, 不会产生酸雾或爆炸性气体, 可适合在主控制室放置。

3 创新点以及它的功能

高频开关直流电流屏具有强大的软件功能, 高度的集成化, 简单的主电路线路, 技术先进, 智能化水平高, 性能稳定可靠。

4 使用范围和前景

4.1 用与供电系统、水电站、变电站、火力发电厂、电气化铁路等。

4.2 应用方便, 前景广, 价格较合理, 用户能够接受。

参考文献

[1]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工业大学出版社, 2005.

一种新型高频开关直流操作电源探析 篇5

目前, 高频开关直流操作电源已广泛应用于电力系统的发电厂、水电站、变电站、开闭所, 作为正常运行和事故状态下的高压开关分合闸、继电保护、自动控制、事故照明、灯光和音响信号等所需的直流电源。但目前广泛使用的高频开关直流电源是第三代产品, 它是在保持二代产品诸多优点的同时, 对其监控器进行了全新的升级, 增强了部分功能, 如: (1) 增加了交流电压的测量; (2) 增加了蓄电池温度的测量及温度补偿功能; (3) 增加了蓄电池定时均充设定功能; (4) 增加了后台通讯规约的选择功能; (5) 通过硬件电路的优化, 系统测量精度大大提高; (6) 通过多重软件的优化, 蓄电池管理功能更加人性化等。

但是, 作为操作电源系统心脏的蓄电池组的充电方式、监控管理在技术上没有质的飞跃。如果蓄电池组状态不佳将给安全生产带来极大的隐患, 可能会出现电网故障时需电池供电, 而电池放不出电的恶性事故。下面针对目前应用的直流电源所存在的问题作一分析, 然后介绍一种全新的充电和监控管理方式的直流操作电源。

1 目前主流应用的直流操作电源存在的问题

业内人士都知道在电力行业中, 电力操作电源中蓄电池组作为直流电源的作用尤为重要, 它的可靠性也越来越受重视, 然而受到蓄电池外部控制系统发展的滞后和电池内部电化学储能机理的制约, 一直以来, 困扰电池使用的正是安全性、可靠性、寿命和维护成本问题, 蓄电池用户都会存在以下的问题:

(1) 过充和欠充致使电池达不到标称寿命, 导致“免维护”电池使用寿命短;手工检测很困难;使用场合不具备定期放电检查的条件;现场电池放电测试的风险高;若是单组电池, 定期放电会影响系统安全。

(2) 电池安装后没有专人管理;无人值守站的日常检查费用很高;烦杂的蓄电池测试、监控装置。

(3) 已有电池监测系统只采集了电池的电压, 反映不出问题;具有“电池管理功能”的监控模块检测不出单个电池的容量。

(4) 一只电池失效等于整组电池失效;充电方式决定了它要求一组蓄电池必须容量匹配, 不允许新旧电池混用, 费用太高。

出现上述问题的根本原因, 主要是由以下几个方面造成的:

(1) 串联充电方式不合理。这种充电方式会造成蓄电池组内各单体蓄电池充电不均衡, 导致蓄电池过早失效。

(2) 整流模块错误的沿用了开口铅酸蓄电池均充概念, 更加速了部分蓄电池的失水老化。

(3) 蓄电池组没有保护回路, 最重要的部分最薄弱。

(4) 蓄电池组监控缺失。合格的监控系统应该在蓄电池容量严重下降, 蓄电池内阻异常增加, 蓄电池内部自放电超标时及时发出警告。

2 单体充电-单体监控管理方式的直流操作电源

GZDW-PJH系列独立充电式电力直流电源是目前最新的第四代产品, 该系统采用革命性的充电方式, 确保蓄电池永不过充和欠充, 保证蓄电池寿命在10年以上, 蓄电池容量不足和自放电超标时自动无线报警, 蓄电池开路或内阻异常时自动旁路, 确保蓄电池组永不断电。

该系统是由广州普莱德、洛阳普莱德、Canada Acme Osmunda Technology INC. (加拿大艾克美) 联合研发的蓄电池在线自动均衡系统、微机控制单元、阀控式铅酸免维护蓄电池组、防雷及防电压浪涌保护单元、控制母线电压调整单元、逆变电源装置 (选配) 及金属柜体等组成, 其原理如图1所示。其中, PJH蓄电池在线自动均衡系统实现了对电池的主动性、预防性的检测、维护和检修。

PJH蓄电池在线自动均衡系统在直流操作电源的应用, 既继承了第三代直流电源的诸多优点 (如空间节省、配备RS232或RS485通讯接口可实现四遥、友好的人机界面) , 又消除了现有直流操作电源的缺陷, 提升了蓄电池应用的可靠性, 该系统的推广使用将改写传统直流电源使用蓄电池的规则, 其具体优点如下:

(1) 电池管理模块是低电压小功率开关电源, 它对器件和技术的要求很低, 可以选用功率和频率裕度都很大的器件, 而且发热量很小, 连冷却风扇都不需要, 整体可靠性可以高出传统整流模块的10倍。从理论上说, 电池管理模块完全不需要N+1冗余备分。但为了消除大家的担心, 管理模块内部仍然采取了3个20 A电路并联均流的设计, 也就是模块内部已经是N+1冗余了, 不再需要多模块的外部N+1冗余。管理模块中已经含有充电功能, 不需另配整流设备 (电源充电机) 。

(2) 所有充电模块及电池采用热插拔可抽出式结构, 对模块及蓄电池的更换和检修将不会影响系统的运行。备用通路的存在允许蓄电池组中的个别蓄电池及模块出现故障, 即使不及时维修 (系统的总电压会略微降低一些, 在允许范围内) 也不影响系统正常运行, 更换检修模块和电池时也不会影响系统的正常运行, 因此本系统不需要额外的冗余备份。

(3) 单体蓄电池自动均衡充电。均衡监测系统为每只单体蓄电池配备的以单片机为核心的管理模块, 它实时监测每只蓄电池的容量, 自动根据容量调节每只蓄电池的充电电流的大小, 做到使每只蓄电池既不过充也不欠充 (改善了电池的使用条件, 延长了电池的寿命200%~400%) 。

(4) 落后蓄电池自动旁路切除。电池管理模块为每只蓄电池设置了备用通路, 在放电过程中实时监测每只蓄电池的容量, 当某只蓄电池容量用尽或内部开路完全损坏时自动将其旁路切除, 即使同时有5~8只落后电池被旁路切除, 直流电源系统仍能保证正常工作。使原来要求108只中不允许损坏任何一只, 放宽到可以允许任意5~8只损坏, 可靠性提高了200%~500%以上。

(5) 新旧电池混用。每只单体蓄电池拥有自己独立的数字化充电管理模块, 各单体蓄电池之间不会相互影响, 不必内阻匹配, 不必容量匹配, 允许新旧蓄电池混用, 允许随时更换单只或多只蓄电池, 简化了维护程序, 降低了维护成本。

(6) 单体蓄电池温度补偿。根据标准对不同温度下单体蓄电池的充电电压进行设定控制, 防止高温对蓄电池的热失控和低温对蓄电池的欠充。

(7) 活化诊治。实时监测每只蓄电池的内阻, 当检测到电池内阻增大时自动对蓄电池进行活化诊治 (提前发现问题, 自动解决问题) 。

(8) 单体蓄电池容量检测简便、快速 (包括内阻、电流、电压、温度) 。不需要对蓄电池深度放电, 不需人工进行任何接线操作, 依托数字化蓄电池管理模块中先进单片机的强大运算及检测能力, 检测108只蓄电池的容量只需在线放电6 min (随时掌握电池的当前状况, 尤其是电池容量的衰减状况) 。

(9) 微电脑智能化自动测试记录。减轻维护人员的工作量, 提高工作效率, 可随时查阅、调取任意单体蓄电池的一年的容量、电压、内阻和生成的相关曲线。

(10) 增加了GPRS手机报警功能, 使维护更及时。现在的变电站多数都是无人值守站, 对于监测到的严重问题, GPRS报警模块自动向维护人员的手机发送短信及时提醒, 使维护更及时。

3 结语

总之, 独立充电式电力直流电源作为第三代高频开关直流电源的替代产品, 以其性能更稳定、可靠性更高、体积小、噪声低、节能、高效、电池组不需冗余备份等特点, 有效地解决了以往直流操作电源系统的不足, 为保障电力系统安全稳定运行提供了可靠的保障, 同时也促使蓄电池的使用更加绿色、高效、长寿, 减轻了对环境的污染, 非常值得推广应用。

参考文献

[1]陈红雨, 吴玲.不均衡性对阀控式密封铅酸蓄电池的影响[J].电源技术, 2001 (增刊)

[2]高悦敏.阀控式铅酸蓄电池的优点和缺点[J].蓄电池, 1995 (2)

[3]洛阳普莱德电气有限公司.GZDW-PJH系列独立充电式直流操作电源说明书[Z], 2011

低电平精确直流电流、电压的测量 篇6

关键词：低电平,精确测量

0 引言

我们通常用数字万用表来测量直流电压、电流。一般情况下, 对于大于1 μA或1 μV的信号来说, 这样的仪器是可以胜任的。然而它们并不能达到理想的精确度。当信号微弱时, 我们通常使用静电计、皮可安培计和毫微伏特计来测量。

下面我们将会讲到用于直流信号测量的工具, 包括它们的一些简单介绍和基础应用电路的设计。

1 测量的理论范围

在任意测量中的理论灵敏度是以电路中电阻所产生的热噪音所决定的, 而电压噪声正比于电阻值的平方根, 带宽和绝对温度。图1中显示了理论上的电压在室温和0.1秒至10秒的反应速度时的测量范围。从中我们可以注意到较高的内阻限制了电压测量的敏感度。当我们从1 Ω内阻的信号源测得1μV电压的时候就不太可能从1TΩ内阻的信号源中得到相同的电压。所以在这种情况下, 想要使用普通的万用表来测量是非常困难的。

除了灵敏度不足以外, 数字万用表在低电平测量中相比于更精确的仪器在测量电压时具有较高的电流漂移, 在测量电流时输入阻抗却比较低。这样的特性会在测量中造成误差。

万用表拥有上述的特性, 使得我们不太可能用它来测量那些靠近临界值的信号。如果需要更高的灵敏度并且信号源的内阻比较低, 那么使用毫微伏特计来测量更能满足我们的需求。但是, 如果信号源内阻是1TΩ这样的高阻, 那么万用表并不是合适的电压计。万用表的输入阻抗是10MΩ～10TΩ, 相比于内阻来说小了几个数量级, 导致严重的输入加载误差。另外, 输入电流较大会产生大的电压失调, 所以有较高的输入阻抗的静电计测得的电压会更接近理想值。在低电流测量中也有同样的现象存在, 万用表的输入电压通常有较大输入负担, 它会影响低电流时的测量结果。此时, 使用具有较低输入负担和更高灵敏度会让测量结果更接近理论值。

2 常用工具介绍

2.1 静电计

静电计是经过高度改良的万用表, 所以它能适用于更广泛的测量。它良好的输入特性和高灵敏度, 使得它在电压、电流、电阻和电荷测量中的性能远比普通万用表优越。

静电计在以下情形时更好:

1) 所测量的值超出了万用表测量范围;

2) 要求电路荷载竟可能小的时候;

3) 需要进行电荷计量;

4) 测量的信号临近约翰逊噪声限制。

另外, 静电计易于操作, 性能可靠。

2.2 万用表

数字万用表在测量中应用相当广泛, 它拥有各种模式。虽然它的测量数据并不一定非常接近准确值, 但它胜在使用方便, 快捷。

虽然低电平测量要求较高的精确度, 而且有些已经超出了万用表量程范围, 然而与时俱进的科技逐渐减小万用表与低电平测试仪器的差距, 比如精确的万用表已经可以测量最小达10nV的电压, 低至10pA的电流, 高达1GΩ的电阻。

其他的精密测量仪器还有皮克安培计、毫微伏特计等。

2.3 仪器性能参数

1) 精确性, 主要包括准确度、分辨率、灵敏度、不确定度、传输稳定性等;

2) 衰减;

3) 噪声和噪声抑制;

4) 速度。

3 基础电路设计

在低电平测量中, 不管是电压计、电流计、欧姆计还是电量计, 通常会使用运算放大器来搭建电路。图2就是基本的运放电路, 其中输出电压:

VO=A (V1-V2)

运放的增益一般都比较高, 大多能达到100万。输入端的电流趋近于0, 从而反馈使得两个电压差也趋近于0。

3.1 电压计电路

当运放按图3链接时就构成了电压放大器, 其中输出电压:

undefined

所以, 输出电压由输入电压、放大器增益和两个电阻决定。电路中的输入阻抗大而输入电流漂移很小, 能够满足低电平条件下的测量需求。

3.2 电流计电路

有两种类型的电流计, 一种是分流式电流计, 如万用表或早期的电流计;另一种是反馈式电流计, 如皮克安培计和静电计的AMPS功能。

低电平条件下, 要达到高精确度, 如果用分流式电流计, 就要求电流计内阻要非常小, 并且具有良好的时间和温度稳定性, 不容易实现。相反, 反馈式电流计是可行的。

图4是皮克安培计所采用的电路, 其中反馈系数可调, 可以得到输出电压为:

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4 结语

综上所述, 当信号小于1 μA或1 μV时, 要使测得的结果逼近理想的值, 就对测量工具的输入阻抗、失调电压、电流、零点漂移和温度漂移等有更高的要求。为了达到更高的精确度和灵敏度, 就要减少电路中的热噪声, 使用静电计、皮克安培计等更加适合的测量工具。

低电平信号在医疗、化工、航天等领域有重要应用, 研究更加可靠、准确的测量方案具有重要的意义。本文提出的电路方案通过实践还可继续改进。

参考文献

[1]刘树棠, 朱茂林, 荣玫.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安:西安交通大学出版社, 2004.

[2]赖晓芳.如何理解“静电计”[J].江西教育.综合版, 2011.

高频直流电压 篇7

近年来,随着风电系统的不断发展,大规模风电系统的并网问题成为学术界与工业界的热门话题[1,2,3,4,5,6]。在众多风电系统并网问题的解决方案中,多端柔性直流输电系统受到了广泛的关注与应用。与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比,多端柔性直流输电系统具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点[7,8,9]。

在多端柔性直流输电系统中,直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定,因此在多端柔性直流输电系统中,对直流电压的控制极为重要。在现有的文献中提出的多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类,分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站,其余换流站负责控制其他的变量,例如交流功率、交流频率、交流电压等,系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制,如果这个换流站失去了直流电压的控制能力,整个柔性直流输电系统的潮流将失稳,因此单点直流电压控制策略的适用性较差。多点直流电压控制策略是使直流输电系统中的多个换流站具备直流电压控制能力。按照是否需要换流站间通信设备进行分类,多点直流电压控制策略又可分为主从控制策略和直流电压偏差控制策略[10,11]。主从控制策略是一种需要换流站间通信的控制策略,这种控制方式利用换流站间的通信系统实现了直流电压的稳定。直流电压偏差控制策略是一种无需站间通信的控制策略,这种控制策略的实质是在定直流电压站故障退出运行后,后备定直流电压站能够检测到直流电压的较大偏移并转入定直流电压运行模式,保证了直流电压的稳定性;同时其设计简单、可靠性强[12]。直流电压斜率控制策略[13]是一种新颖的直流电压控制方式,运用直流电压斜率控制器的多端柔性直流输电系统,使各个换流站有独立的直流功率与直流电压的Pd-Ud关系曲线,这种控制策略将稳定直流电压的任务分配给多个换流站,以实现在不同运行情况下直流功率的快速平衡分配[14]。

本文首先阐述直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的原理,分析这2种控制策略存在的缺陷;接着,提出一种新型直流电压控制策略,该策略结合直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的优点,称之为“直流电压偏差斜率控制器”;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建多端柔性直流输电系统的仿真平台,并在稳态以及交流故障情况下测试了本文所设计的直流电压偏差斜率控制策略的控制效果。

1 多端柔性直流输电系统的直流电压控制策略

1.1 直流电压偏差控制策略

直流电压偏差控制策略采用的是多点直流电压控制的策略,无需换流站间的通信系统就能够实现换流站控制模式的自动切换。以图1所示的六端柔性直流输电系统为例,换流站4,5,6均采用定交流电压的控制策略,为岛屿提供稳定的交流电压。图中:Us1至Us6为各个换流站交流出口处电压;ud1至ud6为各个换流站直流电压;Pd1至Pd6为各个换流站向直流网络输送的直流功率。

换流站1,2,3采用的直流电压偏差控制策略的控制原理如图2所示。本文规定直流功率的正方向为换流站向直流网络输送直流功率大于0的方向。

图2中,换流站1采用的是定直流电压的控制方式,其直流电压指令值为Udref1,换流站2和3作为后备定直流电压换流站,均加装直流电压偏差控制器。换流站2的直流电压偏差为Δud1,换流站3的直流电压偏差为Δud2,且Δud2>Δud1,即换流站2定直流电压的优先级比换流站3高。

当换流站1失去定直流电压能力之后,换流站2首先承担定直流电压的任务,当换流站2也失去定直流电压能力后,系统的直流电压将由换流站3控制。直流电压偏差控制策略所使用的控制器不需要引入任何的站间通信设备,只需要修改换流站2和3中有源控制器的外环功率控制器,如图3所示[15]。图3所示的控制逻辑为:

式中:idref1,idref2,idref3分别为图3中3个比例—积分(PI)控制器的输出值。

直流电压偏差控制策略存在的主要缺陷有如下3点:(1)由于同一时刻只有单个换流站参与了功率调节,因此其响应速度不及直流电压斜率控制策略;(2)多个后备定电压换流站需要多个定电压的优先级,这增加了控制器设计的复杂度;(3)当直流系统规模变大时,直流系统需要的后备定直流电压换流站将增多,由于直流电压偏差控制策略中各后备定直流电压换流站存在定直流电压优先级的问题,优先级越低的换流站设定的直流电压偏差将越大,然而为了维持电压源型换流站功率稳定运行与直流网络绝缘水平,电压源型换流站与直流线路存在直流电压运行范围。因此,偏差取值不能超出直流电压运行的范围,这限制了后备定直流电压换流站的个数。

1.2 直流电压斜率控制策略

直流电压斜率控制策略[16,17]的控制思路来源于交流系统中的调频控制器。在直流输电系统中,换流站可以根据其所测得的直流电压的数值时刻调整其直流功率的设定值,以满足直流输电网络对直流功率的需求,而这种调整方式可以采用一条直流电压ud与功率Pd的关系曲线来表示。将直流电压斜率控制策略应用于图1所示的六端柔性直流输电系统,其基本原理如图4所示。

图4中换流站1,2,3的外环控制器都采用直流电压斜率控制器,其控制器框图如图5所示[18]。当换流站4,5,6的直流功率变化的时候,换流站1,2,3会沿着各自的斜率曲线搜寻新的运行点以满足直流系统功率的平衡。

直流电压斜率控制器结合了功率控制器和直流电压控制器,在图5中,直流电压斜率控制器的偏差输出er为:

式中:Kp和Ku为直流电压斜率控制器的比例系数;Pdref和Udref分别为外环控制器的直流功率和直流电压指令值。

具备直流电压斜率控制器的换流站能够迅速地对直流网络的潮流变化作出响应,调整其直流功率,因此这种控制方式比较适合应用于潮流频繁变化的柔性直流输电系统中。但是其缺陷是采用斜率控制器的换流站的直流功率不能精确地跟踪其设定值,从而无法实现直流功率的精确控制。

2 直流电压偏差斜率控制策略

2.1 原理分析

结合直流电压偏差控制策略及直流电压斜率控制策略这2种控制策略的优点,本文提出了一种新型直流电压控制策略——直流电压偏差斜率控制策略。以图1所示的六端柔性直流输电系统为例,直流电压偏差斜率控制策略的基本原理如图6、图7、图8所示。换流站2,3中的直流电压偏差斜率控制器如图9所示。

在直流电压偏差斜率控制器中,直流电压的比例系数函数ku为该换流站直流电压ud的函数,为了抵抗直流电压控制器静态波动的干扰,ku的取值函数f(ud)采用了滞回比较器,如图10所示。图中:Udh1和Udh2分别为电压偏差斜率控制器上限动作电压及恢复电压;Udl1和Udl2分别为电压偏差斜率控制器下限动作电压及恢复电压;Kuref为直流电压比例系数的指令值。

该控制器直流电压的指令值Udref的取值函数g(f(ud))如式(3)所示:

如图6所示,换流站1作为一个直流电压主控制换流站,在稳态运行的情况下起到直流电压稳定节点的作用,其直流电压指令值为Udref1。换流站2和3具备直流电压偏差斜率控制器,在稳态运行时,换流站2和3的直流电压不会超过运行范围(Udl1,Udh1),因此图9所示的直流电压偏差斜率控制器中ku=0,换流站2和3维持定直流功率的运行方式。在换流站1直流功率越限的情况下,其控制方式会从定直流电压运行方式调整为定功率运行方式,此时换流站1丧失了稳定直流网络电压的能力。另外,在换流站1交流线路发生交流故障或者换流站内部故障的情况下,换流站1也会丧失稳定直流网络电压的能力。直流网络的功率不平衡会直接导致直流电压的失稳,换流站2和3将由直流功率控制模式切换成直流电压偏差控制模式。一般而言,换流站2和3拥有2种工作点切换模式。

如图7所示,当换流站1输送直流功率越限时或者在输送直流功率时出现故障而闭锁控制器后,其失去定直流电压的能力,此时换流站注入直流网络的总功率小于0,因此直流电压持续下降;当换流站2和3的直流电压小于直流电压偏差斜率控制器下限动作电压Udl1时,由图10及式(3)可得,ku=Kuref,Udref=Udl1,换流站2和3将在式(4)表示的下斜线段中向输出直流功率增大的方向搜寻稳定运行点(Pd,Ud)。

当换流站4,5,6负载降低或者换流站1的故障恢复之后,换流站1能够重新恢复其稳定系统直流电压的能力,此时换流站注入直流网络的总功率大于0,直流电压将整体上升,换流站2和3将在式(4)表示的下斜线段向输出直流功率减小的方向搜索稳定运行点。当换流站2和3的直流电压大于直流电压偏差斜率控制器下限恢复电压Udl2后,由图10可得,ku=0,换流站2和3恢复至定功率运行方式,此时系统的直流电压将再次由换流站1控制。

如图8所示,当换流站1吸收直流功率越限或者在吸收直流功率时出现故障而退出运行后,换流站注入直流网络的总功率将大于0,因此直流电压将持续上升;当换流站2和3的直流电压大于直流电压偏差斜率控制器上限动作电压Udh1后,由图10及式(3)可得,ku=Kuref,Udref=Udh1,换流站2和3将在式(5)表示的上斜线段中向发出直流功率减小的方向搜寻稳定运行点。

当换流站4,5,6发出的直流功率降低或者换流站1的故障恢复之后,换流站1能够重新恢复其稳定系统直流电压的能力,此时换流站注入直流网络的总功率将小于0,直流电压将整体下降,换流站2和3将在式(5)表示的上斜线段向发出直流功率增大的方向搜索稳定运行点,当换流站2和3的直流电压小于直流电压偏差斜率控制器上限恢复电压Udh2后,由图10可得,ku=0,换流站2和3恢复至定功率运行方式,此时系统的直流电压将再次由换流站1控制。

由于直流电压偏差的存在,换流站2和3具备了调整直流功率的能力,如图11所示。

将换流站直流功率的指令值Pdref调整为Pdref′,并且平移2个带斜率的直线段即可得到新的运行图。但是换流站直流功率的调节范围并非其直流功率上下限(Pdmin,Pdmax),换流站2和3能够实现直流功率调节的前提是换流站1未出现直流功率越限或故障,能够稳定可靠地运行。

2.2 参数选取

直流电压偏差斜率控制器中的上下限动作电压Udh1及Udl1的取值关系到控制器的动态响应特性,如果取值太小,则控制器动态响应过于灵敏,影响其稳态运行特性;如果取值过大,则控制器的动态响应过于迟缓。因此,(Udl1,Udh1)至少需要大于换流站1功率未越限且运行正常时换流站2和3的稳态直流电压的上下限值。假设换流站2的直流电压稳态运行上下限为UdNh2和UdNl2,换流站3的直流电压稳态运行上下限为UdNh3和UdNl3,Udref1为换流站1直流电压的指令值,波动率为n0,可以利用以下优化求解方程求得UdNh2,UdNl2,UdNh3,UdNl3。

式中:Pd=P[d1Pd2Pd3Pd4Pd5Pd6]T为各个换流站注入直流系统的功率;Pdmin和Pdmax为各个换流站输出直流功率的上下限值;Ud=[ud1ud2ud3ud4ud5ud6]T为各个换流站的直流电压;Id=[id1id2id3id4id5id6]T为各个换流站注入直流网络的电流;Y为直流网络的导纳矩阵;运算符Θ的作用是使矩阵元素按位相乘。

求解得到换流站2和3稳态运行直流电压上下限值之后,可以设置一个稳态直流电压波动率n1来确定直流电压偏差斜率控制器中的上下限动作电压Udh1和Udl1的取值,即

另外,可以设置一个略小于n1的直流电压波动率n2以确定直流电压偏差斜率控制器中的上下限恢复电压Udh2以及Udl2的取值,即

只需要满足

就能够实现在换流站1维持系统直流电压稳定的条件下,换流站2和3的直流功率能够跟踪它们的功率指令。并且直流电压偏差斜率控制器的响应不会过于灵敏以导致稳态时的误动作,也不会过于缓慢以导致系统功率不稳定的时间过长。

在确定偏差斜率控制器的动作电压及恢复电压上下限后,还需要确定斜率曲线的比例系数Kp和Kuref。假设换流站2和3的斜率曲线的功率比例系数分别为Kp2和Kp3,直流电压比例系数的参考值分别为Kuref2和Kuref3,当换流站2和3运行于斜线段并且达到新的稳定点(Pd2,Ud2)和(Pd3,Ud3)时,换流站2和3的直流电压偏差斜率控制器满足式(11):

式中:Pdref2和Pdref3分别为换流站2和3的直流功率指令值;Udref2和Udref3分别为换流站2和3的直流电压指令值。

假设换流站2和3的功率及直流电压变化为:

为了使换流站2和3能够按照它们的额定功率P2N和P3N的比例分配它们所需要变化的功率ΔPd2和ΔPd3,则有

在直流网络中,如果线路阻抗较小,则各个换流站的直流电压一般都比较接近,因此有

则

上文对直流电压偏差斜率控制器的基本原理进行了详细的阐述,然后对控制器的相关参数进行了设计。下文将在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建图1所示的六端柔性直流输电系统,设计直流电压偏差斜率控制器,并对其稳态和暂态的特性进行仿真分析。

3 仿真分析

3.1 仿真系统简介

将本文提出的直流电压偏差斜率控制器应用于图1所示的六端柔性直流输电系统中,并在仿真系统中进行稳态仿真以及交流故障分析,从而验证本文提出的直流电压偏差斜率控制器的有效性。仿真系统中的换流站的换流器选用模块化多电平换流器(MMC),系统的具体参数如附录A表A1所示。

假设直流电缆的平均阻抗为0.01Ω/km,各个换流站均采用矢量控制法作为换流站级控制策略;调制策略采用的是最近电平调制策略[19]。换流站1,2,3的外环控制策略如图6所示,换流站1采用定直流电压控制策略;换流站2和3采用本文设计的直流电压偏差斜率控制策略;换流站4,5,6均采用定交流电压控制策略。

3.2 直流电压偏差斜率控制器设计

搭建式(6)和式(7)所示的优化模型,求解稳态运行状态下换流站2和3直流电压的上下限值分别为UdNh2,UdNl2和UdNh3,UdNl3。其中换流站1的直流电压指令值Udref1=400kV,直流电压波动率为2.5%,即换流站1直流电压运行范围为(390kV,410kV)。计算结果如表1所示,表中列出了换流站2和3直流电压达到上限值以及下限值时各个换流站的直流功率以及直流电压。

设定直流电压波动率n1=4%,n2=3.95%,根据式(8)及式(9),图10所示的直流电压偏差斜率控制器的滞回曲线上的4个直流电压限值Udh1=416kV,Udl1=384kV,Udh2=415.8kV,Udl2=384.2kV,满足式(10)所提出的上下限值选取原则。

另外,由于本系统中换流站2和3的设计参数相同,因此它们的直流电压偏差斜率控制器可以使用同样的比例系数。设定直流功率的比例系数Kp2=Kp3=1,直流电压的比例系数指令值Kuref2=Kuref3=50。

3.3 稳态仿真分析

1)稳态仿真1:直流功率的调节能力验证

初始状态下,换流站2和3的直流功率的指令值分别为0,-40MW;换流站4,5,6的直流功率分别为-30,-50,-60 MW。2s时,将换流站2的直流功率指令值以-100 MW/s的速率降至-50 MW;运行至4s时,再将换流站3的直流功率指令值以100 MW/s的速率升至10 MW。仿真结果如图12所示。

由图12可知,加装了直流电压偏差斜率控制器的换流站2和3在换流站1直流功率并未越限且稳定运行的情况下,它们的直流功率能够很好地跟踪其指令值,并且调节过程中直流电压的波动较小,并不会超过控制器的偏差阈值,因此它们仍旧具备了功率调节的能力,而这一点在安装直流电压斜率控制器的换流站上是无法实现的。

2)稳态仿真2:换流站1过载后的直流电压偏差斜率控制器的动作特性及恢复特性

初始状态下,换流站2和3的直流功率指令值分别为20,-50 MW;换流站4,5,6的直流功率分别为-40,-50,-80 MW。2s时,换流站4的直流功率以-320 MW/s的速率由-40 MW降至-200 MW;运行至4s时,换流站5的直流功率以300 MW/s的速率由-50 MW升至100 MW。仿真结果如图13所示,可以看出,换流站1,2,3的正负极直流电压十分接近。

由上述仿真结果可知,当换流站4的负荷增大后,为了维持直流系统功率的平衡,换流站1的直流功率出力增大。在2.4s左右,换流站1的直流功率越限,保持满发状态;各个站的正负极直流电压减小,在2.55s左右,换流站2和3的直流电压低于Udl1=384kV,它们工作于下斜率直线段,其直流功率增大,最终分别稳定运行于48 MW与-19 MW;从4s开始,换流站5的直流功率增大,换流站2和3直流功率减小,正负极直流电压上升,换流站1恢复定直流电压控制能力,换流站2和3的直流电压在4.21s后均越过Udl2=384.2kV,它们将恢复至定功率运行模式,最后系统恢复稳定运行,直流网络电压依旧由换流站1控制。

3)稳态仿真3:换流站1达到吸收功率上限后,直流电压偏差斜率控制器的动作特性及恢复特性

初始状态下,换流站2和3的直流功率指令值分别为120,-80MW;换流站4,5,6的直流功率分别为40,50,80 MW。在2s时,换流站5的直流功率以300MW/s的速率由50MW升至200MW;运行至4s时,换流站6的直流功率以-160MW/s的速率由80 MW降至0。仿真结果如附录A图A1所示。由上述仿真结果可知,当换流站5的直流功率出力增大后,为了维持直流系统功率的平衡,换流站1吸收更多的直流功率,在2.4s左右,换流站1吸收的直流功率越限,保持在吸收功率上限运行。各个站的正负极直流电压增大,在2.46s时换流站2和3的直流电压高于Udh1=416kV,换流站2和3工作于上斜率直线段,它们的直流功率减小,最终稳定运行于83MW与-103MW;运行至4s时,换流站6的直流功率出力减小后,换流站2和3直流功率增大,正负极直流电压下降,换流站1恢复定直流电压控制能力,换流站2和3的直流电压在4.38s后均低于Udh2=415.8kV,它们将恢复至定功率运行模式,最后系统恢复稳定运行,直流网络电压依旧由换流站1控制。

由上述3组稳态仿真结果可得,加装了直流电压偏差斜率控制器的换流站2和3不仅具备了调节能力,而且在换流站1功率越限的时候能够快速地调整出力,维持直流系统的功率平衡,并且具备了理想的恢复特性。

3.4 暂态仿真分析

在换流站1交流线路上模拟短时三相接地交流故障:起始换流站2和3的直流功率指令分别为20 MW,0;换流站4,5,6的直流功率分别为60,80,40 MW;交流故障于1s时引入,接地电阻为0.5Ω,故障持续时间为0.15s。仿真波形图见附录A图A2。由仿真结果可得,在换流站1发生三相交流故障后,由于交流电压持续下跌,换流站1吸收直流功率减小,换流站1失去稳定直流电压的能力,系统直流电压持续上升,在1.05s左右,换流站2和3的直流电压高于Udh1,换流站2和3工作于上斜率直线段,减小其直流功率以试图维持系统直流功率的平衡;在1.15s时,换流站1三相交流故障清除,交流电压逐渐恢复,其定直流电压能力也逐渐恢复,吸收的有功功率值提升,换流站2和3的直流电压下降,在1.2s左右,直流电压低于Udh2,换流站2和3恢复至定直流功率运行,系统最终恢复原始运行状态。采用本文所提出的直流电压偏差斜率控制策略的MMC多端直流输电系统具备了较好的交流故障穿越能力。

4 结论

1)本文介绍了直流电压协调控制策略在柔性直流输电系统中的重要性,介绍了直流电压偏差控制策略和直流电压斜率控制策略并分析了它们存在的缺陷。

2)本文设计了直流电压偏差斜率控制策略,分析了其工作原理并对参数作了简要的设计。在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了直流电压偏差斜率控制策略的仿真,仿真结果表明:此控制策略具有较好的稳态运行特性以及暂态运行特性;其利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站稳态时的有功功率调节;并且利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,使得多个换流站能够起到后备定直流电压的作用,加快了系统的动态响应特性。

摘要：重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制策略,分析了现今最受认可的直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的缺陷,并结合2种控制策略的优点,提出了一种新型直流电压控制策略——直流电压偏差斜率控制策略。该控制策略利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站直流功率的跟踪;利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,加快了其动态响应能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对直流电压偏差斜率控制策略的特性进行了稳态仿真分析以及暂态仿真分析,仿真结果表明:采用直流电压偏差斜率控制策略后,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠运行。

高频直流电压 篇8

高频脉冲直流环节逆变器,由高频脉冲直流环节电路与逆变桥级联而成,各自构成控制电路。前级为后级提供正弦规律变化的输出电流,只能采用电压型PWM反馈控制技术。

2 逆变器控制策略

逆变桥控制开关在前级输出的高频脉冲直流电压ud0过零点切换,必须采用离散脉冲调制DPM技术。三态DPM电流滞环跟踪控制原理如图1中的a、b所示。

输出滤波电感Lf和滤波电容Cf将逆变器调制成电压uAB滤成正弦交流电。输出电压反馈信号uof与基准电压ug比较,经电压误差放大器(PI调节器)后的输出信号作为电流内环的给定信号ig;滤波电感电流反馈信号if与电流给定信号ig比较,经电流误差放大器(P调节器)、三态DPM电流滞环比较器,电流信号的比较结果经采样信号uc(过零信号)采样,控制开关S1、S2、S3、S4在udo零电平器件开关转换;if在滞环宽度2δ误差差范围内跟踪ig变化并且输出调制电压uAB的控制规律为

上式中,δ为半个滞环宽度,Udom为udo的幅值。当ig-if>δ时,S1、S4导通,uAB=+Udom>uo,iLf正向上升,此状态为+1态;当ig-if<-δ时,S2、S3导通,uAB=-Udom

输出电压、滤波电感电流双环反馈控制的逆变器具有如下优点:(1)系统具有快速的瞬态响应即高度的稳定性;(2)很高的输出电压精度;(3)内在的对功率开关限流能力、过载与短路能力强;(4)良好的并联运行能力。

3 逆变桥的两种调制方式

当逆变桥从+1(或-1)态切换到-1(或+1)态时,逆变桥处于双极性工作方式。每个开关周期都存在能量回馈现象,线路损耗较大,电感电流的脉动和输出电压的纹波较大。例如,当逆变桥从+1态切换到-1态,即由S1、S4导通切换到S2、S3导通,能量从逆变桥的输出端回馈到吸收电容Cr,此时udo出现不回零现象,对其等效电路如图2中a、b所示。

其等效电路如图中3a、b所示。

因此,合理设计输出滤波器的参数和滞环宽度,尽可能使逆变桥工作在单极性方式。

4 输出滤波器的选择

4.1 输出滤波电容Cf

Cf用来滤除输出电压uo的高次谐波,Cf越大uo的THD就越小,但逆变器的无功电流分量、体积、成本将增加。Icf≤0.5Iomax,故Cf值应满足

4.2 输出滤波电感Lf

Lf用来滤除输出电压中的高次谐波,并作为积分环实现三态DPM电流环跟踪控制。其设计应考虑输出电压波形质量、电感电流的跟踪速度、负载调整率、输出电压的动态特性等四个方面的要求。

首先,应尽可能滤除调制波uAB的高次谐波分量,比值nωo Lf/[1/(nω0Cf)]不能过低,即Lf值不能太小;为满足输出电压波形质量,一个采样周期电感电流的最大变化量应小于允许的电流纹波△IL fmax。当uo=0时,△iLf最大,此时有

其次,iLf必须能跟上给定电流ig的变化,即dilf/dt>dig/dt,一旦iLf跟踪不上ig的变化,输出电压的失真就会变大,严重时导致系统异常工作。故Lf不能过大,即式中α为输出电压uo与电感电流iLf的相移。

4.3 滞环宽度2δ

2δ与Lf密切相关,一旦Lf确定,2δ的选择将影响到输出电压波形的质量。若环宽过小,电路不能有效选择零状态,处于双极性工作方式,输出电压THD、开关频率、损耗、吸收电容两端电容加大;若宽度过大,iLf的脉动、输出电压THD增大,电路的动态调节速度变慢。故环宽的大小需折中考虑。三态DPM电流滞环跟踪控制是一种非线性控制方法,建立数学模型比较困难。因此,2δ的选择定性分析较易,但定量分析较难。通过仿真可归纳出

高频直流电压 篇9

电压源型PWM整流器(VSR)被广泛应用于不间断电源(UPS)、家用电器、电机驱动系统、分布式可再生能源系统和有源滤波器等场合[1]。直流母线电压的稳定性既是确保PWM整流器直流电容器安全的前提和关键,也是负载可靠运行的必然要求。理想电网条件下,采用基于矢量控制技术的电压(功率)、电流双闭环控制结构,可以有效确保直流母线稳定。然而,当电网电压出现不平衡或谐波畸变等故障时,PWM整流器的输出功率会存在一定程度抖动,引起直流母线电压的波动。

文献[2]针对电网电压不平衡时的运行工况,提出了一种正反转同步坐标系下的双PI控制策略,解决了负序分量对母线电压波动的影响。但这种控制策略依赖于对三相电网电压、电流的精确相序分解,动态性能较差。文献[3,4,5,6]则提出了一种在两相静止坐标系下应用比例-谐振(P-R)控制器同时实现对正、负序电流快速调节的改进方案。其优点是不必进行复杂的相序分解,具有较好的动态特性,且当电网电压中谐波次数增加时,研究者只需增加对应频率下的R控制器,节约计算成本。针对R控制器有静差的缺陷,文献[7,8,9]提出了一种正转同步速(dq)+坐标系下的PI-R控制器结构。它由传统PI控制器加上一个或多个谐振调节器组合而成,同时拥有PI调节器和R调节器的优点。但均未对电网不平衡和谐波畸变均存时母线电压的波动进行深入分析。

对此,本研究在前人研究的基础上,深入分析电网电压不平衡且含有5次、7次谐波分量时电压源型PWM整流器的动态响应,并基于PI-R控制策略,分析和设计相应电流控制指令和PI-R控制器的设计方案。

1 PWM整流器的动态建模

三相三线制PWM整流器的结构图如图1所示,假设整流器进线阻抗对称。

ua,ub,uc—三相电网电压;ia,ib,ic—三相电网电流;va,vb,vc—整流器交流侧输出的三相电压;Vdc—直流母线电压;Iload—直流负载电流;R,L,RL—整流器交流进线电抗的电阻、电感和直流侧负载阻抗57

当电网电压不平衡且含有5次、7次谐波成分时,整流器输入电压、电流中均含有负序、谐波成分,本研究采用对称分量法对其进行分析,静止αβ坐标系下有:

式中:F—广义地代表整流器输入电压、电流矢量;下标中“+”、“-”,“5-”、“7+”—基波正序、负序分量和5次、7次谐波分量。

将式(1)转换至正转同步速(dq)+坐标系下,可得:

式中:上标中“+”、“-”,“5-”、“7+”—正转同步速(dq)+、反转同步速(dq)-、反转5倍速(dq)5-和正转7倍速(dq)7+坐标系。

各坐标系间的空间位置关系如图2所示。

由式(2)和图2可知,负序分量和5次、7次谐波分量在各自旋转速坐标系下均为直流量,而在正转(dq)+下则分别表现为2倍和6倍电网频率的交流成分。

由图1,根据基尔霍夫电压定律,可得正转(dq)+下整流器电压方程,即:

计及不平衡和谐波电压成分时,电网流向整流器的复功率可表达为:

式中:“”—电流的共轭矢量。

从式(4)可以看出,当电网电压同时存在不平衡和谐波畸变时,不仅基波分量与谐波分量(仅考虑谐波)和正、负序分量(仅考虑不平衡)之间有作用,而且负序与谐波分量之间也有作用。这些都是导致功率偶数次波动和电流奇数次畸变的根本原因,而且比单独存在一种情况时复杂得多。

进一步将式(4)展开,有:

电网电压不平衡且谐波畸变时,功率方程中各系数计算矩阵为:

需要指出的是,当研究者采用电网电压定向时,Uq++=0,式(6～9)中各系数矩阵可进一步简化。由式(6～9)可以看出,当电网不平衡且谐波畸变时,电网流向整流器的有功、无功功率中将同时含有2倍、4倍、6倍、8倍和12倍频的正弦、余弦脉动分量。

忽略进线端阻抗上消耗的有功功率和整流器的开关损耗,稳态平衡时电网流向整流器的功率应与母线电容和负载上消耗的功率相等,即有:

由式(5)和式(10)可知,有功功率的波动如不被抑制,必将引起直流母线电压的波动,从而危及直流电容器及后续负载设备的安全运行。

2 PWM整流器的控制策略

2.1 控制目标

为了保护直流电容器及后续负载设备免受电压波动的危害,研究者需要严格抑制有功功率中2倍、4倍、6倍、8倍和12倍频的正弦、余弦波动成分。而在电网电压不平衡和谐波畸变时,共有8个电流变量可以控制,即和。除了控制平均有功、无功功率,即和外,还有6个变量可以控制。显然,6个电流变量难以实现对所有波动成分的有效补偿,研究者需要权衡比较各波动成分作用的大小进而优化控制目标。

由式(6～9)可知,2倍频、6倍频波动成分是基波电压(或电流)与谐波电流(或电压)相互作用的结果,而4倍频、8倍频和12倍频功率波动仅由各次谐波电压和谐波电流计算得到,与前者相比,后者几乎可以忽略不计。因此,本研究将抑制有功功率中的2倍频、6倍频波动作为首要控制目标,同时为了求解方便,选定抑制无功功率的6倍频波动作为辅助控制目标。于是有:

将式(11)代入式(6～9),可得各电流参考指令为:

需要指出的是,为了获得式(12)的电流参考值,需要首先对电网电压进行相序分解,以获得基波正序、负序和谐波分量。为此,本研究采用文献[10]提出的基于多个复合系数滤波器(multiple complex-coefficient-filter,MCCF)的方法来实现,电压相序分解原理图如图3所示,其优点是结构简单,便于工程实现。

2.2 电流控制器的设计

本研究获得式(12)所示包含正序、负序和谐波成分在内的电流参考值之后,需要对PI电流控制器进行改进,这是由于受调节带宽和增益裕度的限制。传统PI调节器仅能对直流分量进行调节,而对负序和谐波成分则无能为力。这里,本研究采用文献[9]所述PI-R控制器来实现这一功能,其传递函数为:

式中:Kp,Ki,Kr1,Kr2—比例、积分和谐振系数;ωc1,ωc2—截止频率,主要用于增加谐振调节器的响应带宽,降低其对频率扰动的敏感性,一般取为5 rad/s～15 rad/s。

由式(2)和式(13)可得交流侧输出电压V+dq:

电流控制器结构图如图4所示。

研究者分别采用传统PI调节器与PI-R控制器时,系统开环传递函数波特图如图5所示。从图5中可以看出,与传统PI调节器相比,PI-R控制器在谐振点处有较大增益,而在远离谐振点处,两者极为相似。这也说明,PI-R控制器能够更好地消除波动分量,而在对于直流量及其他分量的调节上具有与PI调节器相似的特性。而由式(2)可知,正转(dq)+坐标系下,负序和5次、7次谐波电流分量分别为2倍频和6倍频脉动成分。因此,本研究所设计的PI-R控制器完全能够实现对正序、负序和谐波电流的快速、精确调节。需要指出的是,此时研究者应将负序和谐波电流成分转换至正转(dq)+坐标系下,即有:

2.3 系统控制框图

基于以上分析,可得到完整的电压源型PWM整流器的控制结构框图如图6所示。本研究对采集到的三相电网电压信号Uabc进行增强型锁相[10](EPLL),获取正序基波电压位置角和角频率信号θ、ω;将三相电压信号Uabc、电流信号Iabc变换到(dq)+坐标系下获得电压电流反馈值U+dq、I+dq,同时将αβ坐标系下的电压信号Uαβ送入相序分解模块,得到各自旋转坐标系下的d、q分量;再将其和母线电压经PI调节得到的有功功率平均值P0*与无功指令Q0*一起送入电流指令计算模块,并分别变换到(dq)+坐标系下累加得到电流指令值;电流指令与反馈值之差经PI-R调节、补偿,得到VSR交流侧输出电压参考值;最终将其转换到αβ坐标系下,送入电压空间矢量调制模块(SVM),即得到IGBT的开关驱动信号。

3 仿真分析

为了验证所提出的控制策略的有效性,本研究在Matlab/Simulink中对一套容量为1 MW的电压源型PWM整流器进行了仿真研究,系统参数如表1所示。仿真中,笔者调用三相可编程电源模块(Three-Phase Programmable Voltage Source)与受控源串联来模拟电网电压不平衡和谐波畸变故障。系统开关频率设定为2.5 kHz,采样频率为10 kHz。

采用传统矢量控制(0～0.1 s)与改进控制(0.1～0.2 s)时的仿真结果如图7所示。对比波形可以看出,研究者采用改进控制后,通过对有功功率P的2倍频、6倍频波动以及无功功率Q的6倍频波动的抑制,直流母线电压的波动幅度由传统矢量控制时的1.3%下降至0.3%。研究者对其进行FFT分析,各脉动成分如表2所示,电压2倍频和6倍频成分得到了很好的抑制,8倍频和12倍频成分有所增大,但由于其本身很小,影响不大。

负载有功功率、无功功率跳变时采用改进控制的仿真波形如图8～9所示,其中电网中负序及5次谐波含量与图7所示运行工况一致。从图8～9可以看出,负载跳变期间,母线电压的2倍频、6倍频波动均得以有效抑制,表明本研究所设计的PI-R具有较好的负载适应能力和优越的动、静态特性。

4 结束语

本研究建模分析结果表明,电网不平衡且畸变时的电压源型PWM整流器有功、无功功率中均含有5类相似的脉动成分,即2倍、4倍、6倍、8倍和12倍频的正弦、余弦交流分量,这是导致直流母线电压波动的根本原因。

为了确保此时直流电容器及所接负载的安全运行,本研究提出了一种直流母线电压的消抖方法,并给出了相应的参考电流指令算法及电流控制器的设计方案。理论分析得到了仿真结果的严格验证。对一台1 MW PWM整流器的仿真结果表明,本研究所提出的控制策略能够显著抑制直流母线电压波动,从而确保直流电容及所接负载的安全运行。

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