旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论

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瞬时功率的计算公式

瞬时功率的计算公式

瞬时功率的计算公式

瞬时功率是指在某一时刻内的功率大小,通常用符号P(t)表示。它是物理学中的重要概念,不仅在电学领域有着广泛的应用,而且在机械学、光学、声学等领域中也有着重要的作用。

在电学领域中,瞬时功率的计算公式为P(t) = i(t) * v(t),其中i(t)表示电路中的电流大小,v(t)表示电路中的电压大小。这个公式说明了瞬时功率大小与电路中的电流和电压的大小有关。

在实际应用中,往往需要计算瞬时功率的平均值,这个平均值可以表征电路在一段时间内的平均功率消耗情况。瞬时功率的平均值可以通过积分的方法计算得出,即平均功率等于积分后的瞬时功率之和除以积分时间。

在机械学领域中,瞬时功率的计算公式为P(t) = F(t) * v(t),其中F(t)表示物体所受的力的大小,v(t)表示物体的速度大小。这个公式说明了瞬时功率大小与物体所受的力和速度的大小有关。

在光学领域中,瞬时功率的计算公式为P(t) = I(t) * A(t),其中I(t)表示光强的大小,A(t)表示光束的横截面积。这个公式说明了瞬时功率大小与光强和光束的横截面积有关。

在声学领域中,瞬时功率的计算公式为P(t) = p(t) * v(t),其中p(t)表示声压大小,v(t)表示声速大小。这个公式说明了瞬时功率大小与声压和声速的大小有关。

总之,瞬时功率是物理学中的重要概念,它能够描述物质在一段时间内的能量消耗情况。理解和掌握瞬时功率的计算公式是进行相关实验和研究的基础,也是开展相应工作的必要条件。因此,学生们在物理学课程中应该认真学习瞬时功率的相关知识,全面掌握瞬时功率的计算方法,培养自己的物理素养和实验能力。

孤岛微电网电压不平衡自补偿控制研究

孤岛微电网电压不平衡自补偿控制研究

孤岛微电网电压不平衡自补偿控制研究

李轩青

【摘要】随着分布式发电系统和微电网的发展,发电单元不仅需要向电网注入功率,还需要在孤岛模式下保证提供较高的电能质量.提出了一种孤岛微电网的电压不平衡自补偿控制策略.该控制方案是在发电单元逆变器的控制器上实施的,首先设计了传统的包含虚拟阻抗调节的下垂控制,然后设计了电压电流双闭环比例谐振控制器,最后在传统控制器的基础上引入了自平衡控制,并基于系统参数分析了系统的稳定性.为了验证控制策略的有效性,基于实时仿真平台搭建了微网孤岛运行试验平台,开展了相关试验研究,试验结果表明所提出的方法能较好实现电压不平衡自补偿.%With the development of distributed generation system and microgrid,power generation unit not only needs to inject power into the grid,but also needs to provide a high quality of power supply in the island mode. A voltage unbalance self-compensation control strategy in an islanded microgrid was proposed. The method was implemented on the local controller of the power generation unit inverter. At first,the traditional droop controller which contains the virtual impedance regulation was designed. Then the voltage and current double closed-loop proportional resonant controller was also designed. At last,the self-compensation control based on traditional controller was introduced,and aiming the research object,the stability of the system was analyzed with the system parameters. In order to verify the effectiveness of the control

并网模式下的储能逆变器谐波抑制策略

并网模式下的储能逆变器谐波抑制策略

并网模式下的储能逆变器谐波抑制策略

发布时间:2021-08-01T08:07:53.199Z 来源:《电力设备》2021年第4期作者:孙敬华

[导读] 在此基础上根据瞬时功率理论,提出并详细分析了一种瞬时并网功率控制方法。

(北京动力源科技股份有限公司北京 100070)

摘要:目前,我国的经济在迅猛发展,社会在不断进步,储能逆变器运行于并网模式时,系统中存在的非线性负载或电网电压畸变,可导致逆变器并网电流存在大量谐波,严重影响了电气元件的正常工作和系统的电能质量。为此,提出了基于重复控制的储能逆变器谐波抑制策略,在并网电流控制的基础上并联重复控制器,并对重复控制器的结构和参数进行了设计。最后通过搭建储能逆变器并网实验平台对谐波抑制策略进行验证,实验结果证明了所提控制策略的有效性。

关键词:储能逆变器;重复控制;谐波抑制

引言

近年,雾霾、沙尘暴、地震等恶劣环境问题日益加剧,且传统电网安全稳定问题日益突出,为了解决这些问题,智能微电网应运而生。针对不同的微网结构框架,微电网采用的控制策略也不尽相同,目前对于含多台分布式电源的微电网系统来说,一般地,微电网的控制策略大体上可分为3种:基于主从控制的集中控制策略、基于即插即用的对等控制策略和基于智能管理的分层控制策略。在采用对等控制策略时,微电网孤岛运行频率并不等于并网频率,两种运行模式间的无缝切换问题更为突出,且多个微源在协调微电网电压和频率时很容易产生环流。随着环境及资源等问题日益严重,可再生分布式能源规模化利用成为各国研究的焦点问题。其中,利用分布式发电技术将其转化为电能是可再生能源开发利用的重要途径。未来智能配电网在大量分布式电源末端接入的情况下,必须能够对分布式电源运行监控及优化调度。作为双向能量可调度单元,分布式储能系统在配电网安全运行与经济调度中扮演至关重要的角色。而无论配网安全稳定运行还是优化调度,储能单元都必须对同步并网过程及并网功率进行精确控制。对于逆变器同步并网控制,需要使逆变器输出电压平稳跟踪电网电压,从而实现储能单元无冲击并网。对于并网运行模式下并网功率控制研究,常采用电流有功、无功直接解耦与闭环反馈控制以及基于dq坐标系下电流d、q分量闭环控制等方法。这些方法均需要进行坐标变换或者功率解耦控制,计算过程相对繁杂,响应速度较慢。本文首先介绍单相储能逆变器的基本电路结构,并给出孤岛、同步、并网运行模式下的控制策略,并着重介绍锁相与电压同步控制策略,对控制器进行理论与性能分析。在此基础上根据瞬时功率理论,提出并详细分析了一种瞬时并网功率控制方法。运用Matlab/Simulink对该方法进行仿真验证,运用基于dSPACE1103仿真系统的单相储能逆变器平台进行试验验证,仿真及试验结果表明了本文采用的电压同步控制及瞬时并网功率控制方法有效性。

瞬时功率公式

瞬时功率公式

瞬时功率公式

瞬时功率是描述系统在某一瞬间所消耗或产生的功率大小的物理量,

通常用P(t)表示。根据物理学原理,瞬时功率可以通过电流和电压计算得出,即P(t) = V(t) * I(t)。在电路中,瞬时功率的计算是十分重要的,

它不仅可以帮助我们了解系统在不同时间点的功率消耗情况,还可以帮助我们设计更加高效的电路系统。

电路中的功率是一个非常关键的参数,它直接影响着电路的性能和效率。而瞬时功率作为描述系统在某一瞬间的功率值,可以帮助我们更细致地分析电路的性能。通过瞬时功率公式,我们可以清晰地了解系统在不同时间点的功率消耗情况,有助于我们进行电路的优化设计和分析。在工程实践中,瞬时功率的计算也是非常常见的,可以帮助工程师更好地把控系统的功率消耗,提高系统的工作效率。

在电路中,电压和电流是两个最基本的参数,它们直接决定了系统的

功率消耗情况。根据瞬时功率公式,我们可以知道,系统的瞬时功率取决于电压和电流的乘积。这也意味着,如果我们要提高系统的功率输出,可以通过增大电压或电流来实现。而如果我们希望减少系统的功率消耗,可以通过减小电压或电流来实现。因此,瞬时功率公式为我们提供了一个很好的设计指导,帮助我们优化系统的功率消耗。

此外,瞬时功率还可以帮助我们更加直观地了解系统的工作状态。通

过实时监测系统的瞬时功率值,我们可以及时发现系统的工作异常或故障情况,从而及时采取相应的措施进行修复。在实际工程应用中,瞬时功率的计算可以帮助我们提高系统的可靠性和稳定性,保障系统的正常工作。

此外,瞬时功率还可以帮助我们更好地控制系统的功耗。在很多应用场景下,如电子设备、电力系统等,我们希望尽可能减少系统的功耗,以提高系统的能效。通过瞬时功率的计算,我们可以了解系统在不同工作状态下的功耗情况,进而采取相应的措施进行功耗优化。例如,在电力系统中,我们可以根据瞬时功率值的变化来调整系统的运行模式,实现系统的节能减排。因此,瞬时功率的计算对于提高系统的能效和可持续发展具有重要意义。

电力系统谐波及滤波技术

电力系统谐波及滤波技术

电力系统谐波及滤波技术

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摘要:主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术,归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。

关键词:谐波;谐波抑制;有源滤波

0前言

我们知道,在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态,为用户提供高效使用电能的手段。但是,电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重,影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理,研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。

1谐波及其起源

所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。周期为T=2π/ω的非正弦电压u(ωt),在满足狄里赫利条件下,可分解为如下形式的傅里叶级数:

式中频率为nω(n=2,3…)的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。

应该注意,电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形,电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴;谐波与不是工频整倍数的次谐波(频率低于工频基波频率的分量)和分数谐波(频率非基波频率整倍数的分数)有定义上的区别。

谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,由于负荷与电网相连,故谐波电流注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备;含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。

PQ变换与DQ变换的理解与推导

PQ变换与DQ变换的理解与推导

一、 p-q 变换与d-q 变换的理解与推导

1. 120变换和空间向量

120坐标系是一个静止的复数坐标系。120分量首先由莱昂(Lyon )提出,所以亦成为莱昂分量。下面以电流为例说明120变换。a i 、b i 、c i 为三相电流瞬时值,120坐标系与abc 坐标系之间的关系为[1]:

⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=0

22

10212

021i i a ai i i ai i a i i i i i c b a 式中a 和2

a 分别为定子绕组平面内的120°和240°空间算子,︒

=120j e

a ,

︒=2402j e a ,上式的逆变换为:

⎪⎪⎪

⎪⎪

⎪⎨⎧++==++=++=*)(31)(31)(310122

21c b a c b a c b a i i i i i ai i a i i i a ai i i 可以看出,120变换在形式上与矢量对称分量变换很相似,不过这里的c b a i i i 、、是瞬时值而不是矢量,21i i 、是瞬时复数值,所以120变换亦称为瞬时值对称分量变换。由于是瞬时值之间的变换,所以120变换对瞬态(动态)和任何电流波形都适用,而矢量对称分量法仅适用于交流稳态和正弦波的情况。另外,由于a 和2

a 是空间算子,所以1i 和2i 是空间向量而不是时域里的矢量;所以瞬时值对称分量和矢量对称分

量具有本质上的区别。另外,从上式可知,2i 等于1i 的共轭值,所以2i 不是独立变量。

用矩阵表示时,可写成

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-0211120i i i C i i i c b a ,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

李健;陈卓

【摘要】多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义.文章基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器.针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式.由于文章中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(Nearest Level Modulation,NLM).最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性.

【期刊名称】《贵州电力技术》

【年(卷),期】2018(021)007

【总页数】8页(P14-21)

【关键词】模块化多电平变流器;控制策略;电容电压平衡策略;最近电平逼近策略;控制器

【作者】李健;陈卓

【作者单位】贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550025

【正文语种】中文

【中图分类】TM74

随着经济的发展和工业化速度的加速,我国城市数目和大都市规模都有了巨大增长,原有的城市电网遭遇到前所未有的挑战。同时,由于自然条件和地理环境的原因,可再生能源如光伏、风能发电的并网问题愈加突出。相较于传统的交流输电,高压直流输电技术在大容量输电、大规模电网互联及稳定性方面优势越发明显[1]。20

旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论

旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论

旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论

摘要该论文在三相四线制系统中定义了一个旋转的p-q-r坐标系,这里,p

为瞬时有功功率,为瞬时无功功率。这三个分量是线性独立的,所以可以通过单独控制两个电流分量的空间矢量来补偿这两个瞬时无功功率。该论文按照这个理论,通过补偿瞬时无功功率来消除三相四线制系统的中线上的电流,而无需储存能量,仿真的结果很好地证明了这个理论。

1引言

韩国和美国等其他国家,不低于70%的电能消费用于电机,主要是感性电机。如果假设电机负载的功率因数是0.8,那么发电厂最少得发出17%的无功功率,这就需要更多的发电机,并且增加了传输/分布损耗。换句话说,如果完全补偿用户侧的无功功率,那么发电设备和分布损耗将最少减少17%。

除此之外,当三相四线制系统接不平衡或非线性负载时,流过中线上的电流将很大。在单相二极管整流的情况下,流过中线的电流为相电流的1.73倍。由于传统的三相四线制系统的中线不能解决上述问题,并且存在大量的电力电子设备,会在用户侧产生大量问题。

三相系统中,瞬时无功电流产生不产生瞬时有功功率。所以由补偿无功功率来控制无功电流不需要储备能量的设备,如三相系统中功率补偿器的直流侧电容。这样能够降低成本,提高功率补偿的可靠性。

三相系统中,瞬时有功和无功功率分别定义为电压矢量和电流矢量的内积和矢量积。瞬时有功功率是线性独立的,但是瞬时无功功率的三个分量却不是彼此独立的。也就是说,可以单独的补偿瞬时有功功率,却不能单独各自补偿瞬时无功功率的三个分量。因此,瞬时无功功率的补偿电流的自由度是1。

电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

姜卫东;吴志清;李王敏;佘阳阳;胡杨

【摘要】当三相电网不平衡时,传统双闭环控制策略下将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,从而严重影响并网逆变器的输出品质.针对这一问题,本文首先建立了电网不平衡时并网逆变器的数学模型,给出了同步旋转坐标下的电压矢量方程;并根据瞬时功率理论分析了功率波动形式;然后提出了一种瞬时正、负序分离方法,该算法准确度较高,且基本无延时;为了使三相并网电流对称,以抑制负序电流为控制目标,正序电流由控制器的外环给定,在正序和负序同步旋转坐标下实现并网电流的控制.在实验室内搭建了并网实验平台,实验结果表明新的控制策略下并网电流波形对称,有效地抑制了负序电流.

【期刊名称】《电工技术学报》

【年(卷),期】2015(030)016

【总页数】8页(P77-84)

【关键词】电网不对称;负序电流;正、负序分离;瞬时功率;遗忘算法

【作者】姜卫东;吴志清;李王敏;佘阳阳;胡杨

【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009

【正文语种】中文

【中图分类】TM615

0 引言

并网型逆变器随着分布式发电系统的发展得到了越来越广泛的应用,如何有效地控制光伏并网逆变器的输出电流,尽量减少对电网的谐波污染成为光伏并网的关键技术之一。在实际系统中,电网电压不对称的情况普遍存在,若不采取不平衡补偿,则会在并网逆变器的直流侧产生偶次、在交流侧产生奇次非特征谐波,对电网产生污染,使逆变器的性能恶化,严重时甚至可能烧毁设备[1-3]。

关于瞬时无功功率理论的探讨

关于瞬时无功功率理论的探讨

关于瞬时无功功率理论的探讨

山 霞

(武汉大学电气工程学院,武汉430072)

摘 要:通过瞬时无功功率P-Q理论(IR P)及电流物理分量理论(CP C)在电网电压、电流为正弦的三相三线制不对称电路中的应用的对比,表明瞬时无功功率理论的分析结果与电路中的某些功率现象不一致:即无功功率Q 为零时,瞬时无功电流可能不为零;有功功率P为零时,瞬时有功电流不为零;电源电压为正弦,负荷为非谐波源时,瞬时有功电流和瞬时无功电流中都包含三次谐波分量。瞬时有功功率p、瞬时无功功率q与有功功率P、无功功率Q及不平衡功率D之间的关系说明p、q分别与多个功率现象相关,仅用P、Q的瞬时值不能无延时的辨识三相负荷不对称系统的功率特性。这一结论对有源电力滤波器的控制算法具有重要意义。

关键词:瞬时无功功率理论;电流物理分量理论;有源滤波器;不对称系统;控制算法

中图分类号:T M71文献标识码:A文章编号:1003 6520(2006)05 0100 03

Discussion on Instantaneous Reactive Power P Q Theory

SH AN Xia

(School of Electrical Eng ineer ing,Wuhan U niv ersity,Wuhan430072,China)

Abstract:T he compariso n of the instant aneous reactive power P Q theo ry(IR P)wit h the t heo ry o f the cur rent's physical components(CP C)presented in this pa per reveals t he results of t he IR P P Q theor y are inconsistent w ith po wer phenomena in three phase,three w ir e cir cuit s w ith sinusoidal vo ltag es and curr ents.N amely,according to the IR P P Q T heor y the instantaneous reactive cur rent can occur ev en if a load has zero reactive power Q.Similarly, the instantaneo us activ e cur rent can o ccur ev en if a load has zero act ive pow er P.M or eover,t hese tw o cur rents in circuits w ith a sinusoidal supply v oltage can be nonsinusoidal even if there is no so ur ce of cur rent distor tio n in the load.T he relat ionship betw een the instantaneous pow ers(p,q)and the activ e,reactiv e and unba lanced po wer(P, Q,D)sho ws the p and q po wer s ar e associated w ith multiple phenomenon,and the IR P P Q T heor y can no t identify po wer propert ies o f thr ee phase unbalanced loads w ith a pair of values of p and q po wer s instantaneo usly.T his con clusio n may have an impo rtant va lue for co ntr ol alg or ithms of activ e pow er f ilter s.

p-q理论

p-q理论

p-q 理论

一、p-q 理论基础

p-q 理论的基础是一系列在时域中定义的瞬时功率,该理论对电压和电流的波形没有任何限制,适用于有中性线或无中性线的任何三相系统。因此,这种理论不但适合用于稳态,而且也适用于暂态。P-q 理论首先将电压和电流从abc 坐标系变换到o αβ坐标系,然后在o αβ坐标系中定义瞬时功率。因此,p-q 理论总是将三相系统作为一个单元来考虑,而不是将三相系统作为三个单相系统的叠加来处理。 1、clarke 变换

o αβ变换即clarke 变换,将abc 坐标系中的三相瞬时电压a v 、b v 和c v 影射到o αβ坐标系中的瞬时电压v α、v β和o v 。对于任何三相电压,clarke 变换和它的反变换如下:

11122

o a b c v v v v v v αβ⎤⎥⎡⎤⎥⎡⎤⎢⎥

⎥⎢⎥=--⎢⎥⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢

⎢⎣

其反变换为

101212

a o

b

c v v v v v v αβ⎤⎥⎥⎡⎤⎡⎤

⎥⎢⎥⎢⎥=-⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢

-⎦

类似的,对于任何三相电流a i 、b i 和c i ,可以用下式将其变换到o αβ坐标系。

11

1

22

o a

b

c

i i

i i

i i

α

β

⎡⎤⎥⎡⎤

⎢⎥⎥⎢⎥

=--

⎢⎥⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥

⎣⎦

⎣⎦⎢

⎢⎣⎦

电流的反变换为

10

1

2

1

2

a o

b

c

i i

i i

i i

α

β

⎥⎡⎤

⎡⎤

⎥⎢⎥

⎢⎥=-

⎥⎢⎥

⎢⎥

⎢⎥

⎢⎥

⎣⎦⎣⎦

-

2、p-q理论定义的瞬时功率

在三相系统中,三个瞬时功率,即瞬时零序功率o p、瞬时实功率p和瞬时虚功率q是基于o

瞬时功率和平均功率的求法

瞬时功率和平均功率的求法

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基于QPR与PI联合控制的改进LCLL型并网电流优化

基于QPR与PI联合控制的改进LCLL型并网电流优化

基于QPR与PI联合控制的改进LCLL型并网电流优化

刘毓梅;赵巧娥;高戈;章伟明

【摘要】针对LCL型并网逆变器存在的谐振问题,提出一种改进的LCLL型滤波器,即在滤波电容两端并联电感,为低次谐波提供通路,不仅可以减少并网电流中的谐波含量,还可以减小谐振峰的峰值.在此基础上采用QPR与PI联合控制的优化控制策略,在保留QPR对并网电流无静差跟踪的前提下,实现了对注入并网电流直流分量的抑制.最后采用Matlab/Simulink进行仿真研究,验证了所提策略的可行性与有效性,结果表明能够实现光伏并网系统具有良好的并网波形质量.

【期刊名称】《自动化与仪表》

【年(卷),期】2018(033)006

【总页数】5页(P5-8,14)

【关键词】并网逆变器;LCLL型滤波器;PI控制;QPR控制;无静差控制

【作者】刘毓梅;赵巧娥;高戈;章伟明

【作者单位】山西大学电力工程系,太原 030000;山西大学电力工程系,太原030000;山西大学电力工程系,太原 030000;山西大学电力工程系,太原 030000【正文语种】中文

【中图分类】TM28

如今,为了响应国家与人民日益增长的美好生活需求,清洁能源以其可再生、无污染的优点受到广泛关注与青睐,尤其是光伏发电,其具有极其广阔的发展远景[1-

2]。光伏发电系统由PV阵列、并网逆变器、交流滤波器件以及电网这四部分组成。其中并网逆变器作为清洁能源与电网连接的重要组成部分,其性能将会直接影响到并网系统的质量及稳定性[3-4]。因此,对并网逆变器的深入研究具有重要的理论

UPFC的内层控制器设计_谢桦

UPFC的内层控制器设计_谢桦

第22卷第3期2005年06月

现 代 电 力

M odern Electric Pow er

V o l .22 N o .3

Jun .2005

文章编号:1007-2322(2005)03-0005-05 文献标识码:A 中图分类号:T M 712

UPFC 的内层控制器设计

谢 桦

1,2

,梅生伟2,卢 强2,吴俊勇

1

(1.北京交通大学,北京100044;2.清华大学,北京100084)

Design of Internal -level Controller of UPFC

Xie H ua 1,2,Mei Sheng wei 2,Lu Qiang 2,Wu Junyo ng 1

(1.Beijing Jiao tong Univ ersity ,Beijing 100044,China ;2.T sing hua U niversity ,Beijing 100084,China )

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50377018,59837270);国家重点基础研究专项经费资助项目(G1998020309)

摘 要:提出了统一潮流控制器(UPFC )的分层控制的设计原理,旨在解决复杂电力系统中UPFC 的控制律的设计及其实现问题。基于H ∞控制理论,论文设计了能连续、快速和稳定跟踪参考信号的换流器的GTO 或IGBT 触发信号的鲁棒H ∞内层控制策略。该控制律中的所有变量均为本地可测量、计算可得参数或装置本身参数,从而与系统的运行方式无关并不依赖电网参数。在多种工况下对UPFC 进行的仿真结果表明所设计的鲁棒H ∞内层控制器具有较强的鲁棒性以及良好的工程实用性。

【国家自然科学基金】_瞬时无功功率理论_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

【国家自然科学基金】_瞬时无功功率理论_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

科研热词 空间矢量脉宽调制(svpwm) 瞬时无功功率理论 最小二乘 无功功率 在线辨识 锁相环 重排 逆变器 谐波检测 解耦 统一电能质量调节器 算法 瞬时无功功率 电能质量 环流 滤波器 检测 有源电力滤波器(apf) 有源电力滤波器 有源滤波器 有功功率 延时 广义形态滤波 均流 同步旋转坐标系 交叉耦合 二次型时频分布 pscad仿真
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年 序号 1 2 3 4 5 6
科研热词 锁相环 谐波检测 瞬时无功功率 有源电力滤波器 同步旋转角 ip-iq变换
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科研热词 谐波检测 瞬时无功理论 无功补偿 频率校正 预测直接功率控制 预测电流控制 静止无功补偿装置 链式静止无功发生器 重复控制 超同步 负序补偿 谐波电流 谐波治理 谐波干扰 综合补偿 空间矢量脉宽调制 瞬时有功和无功功率 瞬时无功功率理论 瞬时无功功率 瞬时功率 直流侧稳压控制 电能质量 电流物理分量理论 电压源型变流器 电动汽车 海上风电场 检测方法 柔性直流输电 有源电力滤波器 无锁相环 无差拍控制 无功功率补偿 微电网 形态滤波器 并网逆变器 坐标变换 同步参考计算模块 双馈异步风力发电机 双向运行 单相电路 单相有源电力滤波器 动态响应 功率因数可调 亚同步 不平衡补偿 不平衡电网电压 三相不对称 三相svpwm v2g q运算 p matlab仿真

谐波测量方法综述

谐波测量方法综述

电力系统谐波测量方法综述

引言:

20世纪70年代以来,随着电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,谐波污染状况及危害程度呈急剧上升趋势。由于电力电子装置所产生的谐波污染问题是阻碍电力电子技术发展的重大障碍,无法回避,且谐波污染对电力系统存在严重的危害,准确地掌握电网中的谐波成分对于电力系统的安全、经济运行具有重要的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支,也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。谐波测量的主要作用有:

(1)鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定,包括对所有谐波源用户的设备投运时的测量。

(2)电气设备调试、投运时的谐波测量,以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。

(3)谐波故障或异常原因的测量。

(4)谐波专题测试,如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。

现有的谐波分析方法主要有快速傅立叶变换,p、q分解法以及基于瞬时无功功率理论的虚实功率合成法,小波、人工神经网络以及支持向量机等方法,本文分析了个方法的优缺点并在其基础上作了验证。

1、采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波

图1采用模拟滤波器谐波测量结构图

输入信号经放大后送入一组并行联结的带通滤波器,滤波器的中心频率f1、f2、⋯、fn 是固定的,为工频的整数倍,且f1< f2<⋯

采用模拟滤波器谐波测量优点是电路结构简单,造价低。但该方法也有许多缺点,如滤波器的中心频率对元件参数十分敏感,受外界环境影响较大,难以获得理想的幅频和相频特性,当电网频率发生波动时,不仅影响检测精度,而且检测出的谐波电流中含有较多的基波分量。

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旋转p-q-r坐标系下的瞬时功率理论

摘要该论文在三相四线制系统中定义了一个旋转的p-q-r坐标系,这里,p

为瞬时有功功率,为瞬时无功功率。这三个分量是线性独立的,所以可以通过单独控制两个电流分量的空间矢量来补偿这两个瞬时无功功率。该论文按照这个理论,通过补偿瞬时无功功率来消除三相四线制系统的中线上的电流,而无需储存能量,仿真的结果很好地证明了这个理论。

1引言

韩国和美国等其他国家,不低于70%的电能消费用于电机,主要是感性电机。如果假设电机负载的功率因数是0.8,那么发电厂最少得发出17%的无功功率,这就需要更多的发电机,并且增加了传输/分布损耗。换句话说,如果完全补偿用户侧的无功功率,那么发电设备和分布损耗将最少减少17%。

除此之外,当三相四线制系统接不平衡或非线性负载时,流过中线上的电流将很大。在单相二极管整流的情况下,流过中线的电流为相电流的1.73倍。由于传统的三相四线制系统的中线不能解决上述问题,并且存在大量的电力电子设备,会在用户侧产生大量问题。

三相系统中,瞬时无功电流产生不产生瞬时有功功率。所以由补偿无功功率来控制无功电流不需要储备能量的设备,如三相系统中功率补偿器的直流侧电容。这样能够降低成本,提高功率补偿的可靠性。

三相系统中,瞬时有功和无功功率分别定义为电压矢量和电流矢量的内积和矢量积。瞬时有功功率是线性独立的,但是瞬时无功功率的三个分量却不是彼此独立的。也就是说,可以单独的补偿瞬时有功功率,却不能单独各自补偿瞬时无功功率的三个分量。因此,瞬时无功功率的补偿电流的自由度是1。

系统的零序电压和零序电流既影响瞬时有功功率,又影响瞬时无功功率。当电源电压中有零序分量时,即使把瞬时无功功率补偿到零,中线电流也不会完全消除。[8]中采用了特殊的无功功率补偿算法,来消除三相四线制系统中的中

线电流,但这种算法仍然受电流只有一个可控量的限制。

该论文提出了一个所谓的p-q-r坐标系,它能随着三相四线制系统的电压空间矢量旋转。把p-q-r坐标系的三个独立分量定义为线性独立的,这样,在p-q-r

坐标系下,通过地补偿三个瞬时无功功率分量,可以单独地控制三个电流分量。

只补偿瞬时无功功率使得控制两个电流分量更为方便,无需能量储存设备。通过补偿瞬时无功功率,使得控制电流的自由度增加到2。

该理论的一个应用实例,是用来消除电源电压不平衡、非线性负载和负载不平衡的三相四线制系统的中线电流。仿真结果很好地证明了这个理论。

2.P-Q-R坐标系中的电压电流空间矢量

A.坐标系

在坐标下,可以用下列等式定义的空间矢量来描述三相系统的相电压和相电流。

这里,是零序电流,是中线电流的倍。

(1)和(2)中的坐标变换的物理意义可由图1来解释,坐标系和

坐标系都是卡迪尔坐标系统。轴和的顺序都服从右手定律。这两个坐标系的原点重合,构成的平面与a,b,c轴的垂直角度是一样的,均为

,并且a轴位于轴的正上方。

图1. 坐标系和坐标系的物理意义

如果系统是正弦的、平衡的,电压和电流的空间矢量沿着平面上的圆形轨迹逆时针旋转。当考虑电压或电流空间矢量包含的负序分量和谐波分量时,轨迹将发生畸变。另外,当电压或电流空间矢量中含有零序分量时,落在平面上的轨迹将随着零序分量的轨迹变化。

B.p-q-r坐标系

图2.p-q-r坐标系的物理意义

a)坐标系和坐标系之间的旋转关系(从0轴上面看)

b)坐标系和p-q-r坐标系之间的旋转关系(从q轴下面看)

如图2 a)所示,把坐标系绕轴旋转角度,并使电压空间矢量在平面的投影与轴重合,这样得到新的坐标系。则坐标系下的电流空间矢量可用(3)来表示。

这里,。

然后,如图2 b)所示,把坐标系绕轴旋转角度,并使电压空间矢量与轴重合。则p-q-r坐标系下的电流空间矢量可表示为(4)。

这里,。

轴与轴重合,联立(3)和(4),则从坐标系到p-q-r坐标系的转换关系可用(5)来描述。

p-q-r坐标系的p轴与电压空间矢量同向,q轴在坐标的平面上。p,q,r轴的顺序服从右手定律。

p-q-r坐标系中电压空间矢量与p轴同向,如(6)所示。

3.瞬时功率的定义

瞬时有功和无功功率分别定义为电压矢量和电流矢量的内积和矢量积。

把(7)和(8)写成矩阵形式,瞬时功率矢量和瞬时电流空间矢量的关系可用(9)和(10)表示。

瞬时有功功率和瞬时无功功率可分别由电流空间矢量的三个分量定义,并且它们是线性独立的。瞬时有功功率只受影响,与无关。因此,电流空间矢量的两个分量可各自通过补偿瞬时无功功率来控制。

瞬时视在功率S定义为电压或电流空间矢量的幅值。

这个定义表明了三相系统与单相系统间存在相同的对应关系。当电流空间矢量的两个分量通过补偿瞬时无功功率而完全消除时,视在功率就等于瞬时有功功率。

4.补偿瞬时功率

A.补偿瞬时无功功率

理论上,补偿三相系统的瞬时无功功率不需要能量储存设备。如果用电压型逆变器作为功率补偿器,则直流侧的电容会很小。所以,功率补偿器的体积和成本都会降低,同时可靠性增加。在高电压场合中,减小直流电容的体积是很关键的。

只补偿瞬时无功功率,电流空间矢量的方向可以通过两个变量控制。如图3

所示,电流空间矢量可分解为三个分量:和电压空间矢量同向,和与

电压空间矢量垂直。通过补偿瞬时无功功率,可单独控制两个电流分量

。因此,在p-q-r坐标系中,电流空间矢量的终点能落在任何一个与平面

平行并且交p轴于的无限大的平面上。

图3. 瞬时无功功率补偿与电流空间矢量的关系

B. 消除中线电流

如图2b)中所示,当三相四线制系统的电源电压含有零序分量时,p-q-r坐标系的p轴从坐标的面旋转。如果两个电流分量如图4所示,则平面将与面呈度角。

图4. 消除中线电流的算法

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