Abstract ：

本申请属于整流器控制技术领域，特别是涉及一种预测直接功率控制方法。常见的电流控制位基于前馈解耦的电压定向电流控制，需要进行PARK变换和PLL计算，计算复杂，且PI控制器的参数整定困难，受系统参数影响大。本申请提供了一种预测直接功率控制方法，建立整流器在两相静止坐标系的数学模型，获取所述整流器在两相静止坐标系的瞬时有功功率和瞬时无功功率；以瞬时有功功率和所述瞬时无功功率误差最小为原则设计指标函数，再以电网电压矢量作为基本控制矢量，推导出整流器参考电压矢量计算公式；采用空间矢量调制实现固定开关频率控制；同时采用内模控制对所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率进行修正。提高稳态时的输出波形质量。

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功率因数低和三相负载不平衡是配电网普遍存在的两大问题，极大地影响了电网安全稳定运行。静止同步补偿器(STATCOM)常被用来改善电能质量，然而传统的STATCOM功能单一且主要应用于无功补偿。本文对传统的STATCOM进行改进，以同时实现无功功率补偿与不平衡负载补偿为目的，研究了在三相三线制配电网中负载不平衡工况下三角形连接的STATCOM控制策略，并设计了适用于STATCOM的功率单元模块。 本文以三角形连接的STATCOM为研究对象建立其数学模型，分析STATCOM补偿不平衡负载的理论和原理。为了使STATCOM能够准确的补偿无功功率和不平衡负载从三个方面对STATCOM的控制策略进行研究，首先采用基于瞬时无功功率的Ip-Iq法准确的检测补偿电流。其次采用电流直接控制的方法对输出电流进行控制使STATCOM能准确的输出补偿电流。最后为了减小在实际运行中由于器件的自身损耗和不平衡负载所产生的负序电流对直流侧的电压的影响，对直流侧电压进行平衡控制，采用在参考电流中加入有功分量来平衡总电压，采用在参考电流中加入零序电流分量的方式平衡相间电压。利用MATLAB对STATCOM补偿系统进行仿真，验证本文设计的STATCOM控制策略的正确性。又针对三角形连接的STATCOM设计了容量为35KVA的功率模块，结合该功率单元的功能需求，进行主电路的参数计算和器件选型，设计控制板和驱动板，并对功率模块的软件系统进行设计，完成功率模块从硬件到软件的整体设计。最后设计了一系列实验从功能性、负荷能力、输出能力三个方面检验功率模块和其软件的正确性。 通过仿真验证了本文设计的STATCOM系统能够快速准确的补偿无功功率和负载不平衡，维持直流侧电容电压稳定。通过实验验证了本文设计的功率模块，达到设计标准，能够准确的输出设定电流。本文完成了不平衡补偿STATCOM系统和其功率模块的设计，对配电网的不平衡补偿具有一定的工程意义。

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STATCOM 不平衡负载 电压平衡控制 三相三线

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本发明公开了一种用于对三相三线制系统的电能进行计量的方法，包括：根据检测的电流信号和电压信号利用广义瞬时无功功率方法，计算电流信号和电压信号分别在p‑q坐标系中的正序基波分量和负序基波分量；改变p‑q坐标系的旋转速度，使所述p‑q坐标系旋转的角速度为nω，并根据所述电流信号和电压信号分别在p‑q坐标系中的正序基波分量和负序基波分量，计算所述电流信号和电压信号分别在p、q轴的正序多次谐波分量和负序多次谐波分量；根据所述电流信号和电压信号分别在p、q轴的正序多次谐波分量和负序多次谐波分量，分别计算三相三线制系统中的有功功率和无功功率。本发明能够对计量多次谐波的功率，避免不同次谐波功率抵消的现象，计算量小，计算精度高。

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在电压型三电平中性点钳位(NPC)整流器的控制策略中,直接功率控制(DPC)策略具有算法简单和动态性能好的优点.分析了电压型三电平NPC整流器DPC策略的基本原理,推导了系统瞬时功率与交、直流侧参数的关系,并研究了系统直流电压利用率对瞬时功率的影响,提出一类新颖的三电平NPC整流器DPC策略.该策略将系统直流电压利用率分成若干区域,在每个区域中选择不同的矢量选择表对系统瞬时功率进行控制.此外,通过合理选择DPC策略矢量表对应的开关状态,解决了三电平NPC整流器直流电容电压不平衡问题.最后,针对某些直流电压利用率区间内系统瞬时无功功率存在非正常波动问题,分析其产生原因,并通过添加过渡扇区及与之对应的矢量选择表格,对系统瞬时无功功率的非正常波动进行修正.仿真和实验验证了理论分析的正确性.

Keyword ：

电压型三电平中性点钳位整流器 非正常波动 瞬时无功功率 直接功率控制策略 直流电容电压不平衡 直流电压利用率

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无功功率补偿是现代电力系统提高电网的安全、经济运行和改善电能质量的一个重要措施。当前众多的无功补偿设备中，静止无功发生器（SVG）具有响应速度快，动态性能更加优越，无功连续快速可调、可靠性高、谐波含量低等优点，应用前景十分广阔。本文主要面向低压配电侧，研究设计了低压SVG系统，完成了基于现场可编程逻辑阵列（FPGA）的控制系统的设计并进行了部分仿真和实验验证。 论文首先对SVG的基本结构和工作原理进行了研究，并且针对电网三相平衡理想状态建立了SVG动态数学模型，通过PARK变换并利用相关控制理论知识分析了其稳定性，由劳斯判据可知其系统稳定。阐述了瞬时无功功率理论检测无功电流的方法，对比了SVG的两种控制策略，电流的间接控制和直接控制。其次，利用Matlab/Simulink仿真软件，搭建了SVG模型，对其进行了仿真研究，对比了补偿前和补偿后的电压、电流相位差，有功、无功数值，通过分析对比，说明了SVG对无功补偿的优良性能。设计了SVG主电路、整流电路等模块。为了提高无功电流检测速度，区别于传统的数字信号处理器（DSP），本文选择了并行结构的现场可编程逻辑阵列（FPGA）作为SVG的控制器，完成了以FPGA为控制核心的SVG的控制系统设计方案，针对部分功能模块进行了详细的设计，并且应用相关软件进行了仿真验证。 在控制系统的设计过程中，完成了外围各个功能模块的硬件电路；介绍了Quartus II软件开发平台及Verilog HDL硬件描述语言，详细阐述了PID控制算法及利用硬件并行结构实现的方法，并利用开发平台和开发语言详细完成了PID控制功能模块，乘法器使用宏功能模块产生，ADC控制模块等其他功能模块由Verilog HDL硬件描述语言完成，利用FPGA实现了全数字的SPWM波形的产生，并且应用Quartus II联合Modelsim对其进行了仿真验证，由仿真结果证明了设计的正确性。 在实验验证环节中，针对设计的控制部分的原理搭建了实验平台，利用示波器测试了采样信号和经过调理后进入控制器的信号，过零检测信号波形和利用FPGA产生的SPWM信号波形，达到了预期的效果，验证了设计的正确性。

Keyword ：

FPGA Quartus II 静止无功发生器 无功补偿

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新世纪以来，我国经济持续高速发展，作为国民经济基础的电力能源规模不断猛增，使得如何让这个日益复杂化的系统能够稳定、安全、经济的运行及提高用电效率成为严峻的问题。其中，无功功率是电力系统建立以来最大的隐患，尤以低压配电网中无功功率所占比重最大，用户消耗的无功功率约为50%到60%，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，应运而生，低压补偿设备也就值得研究和设计，所以本文在研究了现在市场常见的无功补偿装置的特点后，结合目前市场发展趋势中对于小型SVG无功补偿装置的需求，提出了小型SVG控制系统的研究和设计的必要性。 首先，本文在理论基础上分析了SVG工作的基本原理。介绍了几种常见的无功电流检测方法，并且基于id-iq检测法，研究比较了电流间接控制和电流直接控制策略。并结合上述两种控制策略的优点，提出了基于d-q坐标变换的电压外环，电流内环前馈解耦的双闭环控制，并且在此基础上又加入了负序控制环节，设计了基于d-q轴坐标变换的正负双序同步控制法。在研究了无功电流检测和控制策略的基础上，本文提出使用自适应滤波技术结合瞬时无功功率理论来提取电流信号于dq0坐标系下的直流分量，另外，本文结合模糊控制的优点，将模糊控制和PI控制相结合以代替传统的PI控制器。在理论分析设计之后，本文利用PSCAD仿真平台搭建了一个380V，正负100Kvar的静止无功发生器的实验模型，通过模拟现实的运行参数，从仿真上验证了本设计的正确和可行性。完成仿真环节验证后，便展开了对于SVG核心控制板的硬件电路设计以及在CCS4.0平台下进行相关环节软件编写工作。本文最后搭建了一个在380V电网系统下的实验平台，进行实时地控制小型SVG装置。 通过实验以及仿真等环节的结果得到，本文所设计的小型SVG控制系统能够满足在低压环节下，小型SVG无功补偿装置的控制要求，且无功补偿反应快速、高效、准确可行，能够满足在需要消耗无功功率的地方产生无功功率来补偿无功的损耗。

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DSP28335 PSCAD SVG 无功补偿 正负双序同步控制

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本发明公开了一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，包括如下步骤：将锁相环输出电压作为三相交流电源电压，其通过虚拟电阻与三相电网电压连接，计算交流电源电压与三相电网电压的差值得到虚拟电阻上的压降；将虚拟电阻上的压降除以虚拟电阻值，计算得到流过虚拟电阻的虚拟电流；根据三相电路的瞬时无功功率计算公式，计算得到交流电源输出的瞬时虚拟无功功率值；将计算得到的三相瞬时虚拟无功功率输入至环路滤波器；将环路滤波器的输出与电网的额定频率相加作为锁相环输出电压频率；锁相环输出电压频率经过压控振荡器后得到锁相环输出电压的相位；将改变相位后的锁相环输出电压再反馈至输入端，重复上述步骤，形成闭环反馈环路。

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煤矿井下工作环境恶劣，电力系统比较复杂，动态负荷变化大。随着煤矿的电气化程度越来越高，大功率的感性动态负载投入使用，造成功率因数低，电能消耗严重。而且这些负载启动频繁，更容易造成井下过电流、欠电压等问题的出现。因此研究矿井下动态负荷无功补偿有一定的现实意义。 论文在详细分析井下供电系统的构造和特点的基础上，运用三相瞬时无功功率理论对井下电能和负载的无功功率进行快速计算，为无功功率控制器提供准确输入。使用MATLAB/SIMULINK软件对其进行建模仿真，验证了控制策略的合理性和可行性。在控制器设计方面，以 TI公司的TMS320F2812 型 DSP作为控制器的硬件核心，结合ADI公司的AD7656-1进行精确采样电压、电流信号。设计了滤波电路和过零检测电路，使用PLL锁相环来锁定电压频率，并且进行倍频，产生方波信号触发A/D转换。设计了以MOC3083为核心的晶闸管驱动和触发电路，从而可以更好的开启晶闸管。主电路中晶闸管投切电容器TSC和机械投切电容器MSC两套电容器补偿装置进行配套使用，同时论文采用了模糊控制算法作为无功补偿控制器的控制策略。在软件方面，合理设计了A/D采样程序和FIR数字滤波程序、投切编码等程序，并且通过串口通信将数据上传给上位机。上位机的界面使用VB编程，数据库使用Access，使用Modbus协议，通过异步串口通信和下位机进行交互。 在实验室对无功功率控制器进行了实验，结果表明，系统运行稳定，计算电能质量快速，模糊控制器控制策略合理，投切精确，能够对动态负荷进行无功补偿。上位机界面设计清晰，易于查看，上位机与下位机通信准确安全。

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无功功率模糊控制DSP过零检测

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本发明公开了一种无电流检测的有源滤波器结构及其控制方法。通过利用瞬时无功功率理论从公共连接点处电压分离出各次谐波信号，经过PCC处谐波电压闭环控制间接产生谐波指令，而不是从负载电流或电源电流直接提取谐波指令，因此该APF相比于一般的并联型APF节省了三个电流互感器，具有一定的经济性优势，可以应用到负载电流或电源电流不可被检测的工业场合。串联电抗器接入电网使较小的谐波电流就在PCC处产生较大的谐波电压，从而提高谐波信号的检测精度，使该APF具有较好的补偿效果。该APF填补了一般并联型APF不能应用在负载电流或电源电流不能被检测的工业现场的空白，具有一定实用价值和应用前景。

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当今世界，由于科技的迅速发展，能源消耗与日俱增，随之带来的环境污染也越来越严重，研发、利用可再生能源成为科技发展的当务之急。太阳能是诸多可再生能源中最为清洁的能源之一，因此光伏发电也成为当今世界各国首选的利用清洁能源的方式之一。其中光伏并网型发电站就是一种重要的应用，光伏并网电站的研究对太阳能发电的顺利并网起着关键的作用并得到较快的发展和利用。本文以敦煌10MW光伏并网工程为背景，分析了单个光伏系统和光伏电池阵列的物理模型、数学模型，详细介绍常用的增量电导法在最大功率跟踪（MPPT）中的应用。研究并网逆变器中采用的外环功率内环电流的双环控制方法，实现了最大功率跟踪、保持直流母线电压稳定和网侧的单位功率因数的控制要求，完成可靠高效并网。在Matlab/Simulink中搭建10MW的光伏电站的电磁暂态模型，验证光伏电池的数学模型、MPPT控制、并网控制的可靠性。结合敦煌10MW光伏并网工程，分析光伏并网对电网电能质量的影响。光伏电站并网时会带来无功功率的变化，使得电网电压因无功功率的不平衡产生电压的不稳定，本文采用改进的 分解法结合瞬时无功功率理论来分析电压波动，并通过仿真分析验证。就光伏电站无功分配和电压偏差进行了深入探讨分析。由于并网逆变器中功率管频繁的开通关断，光伏电站的接入会给电网带来谐波污染，尤其是谐波电压、谐波电流的存在会增加电网电压的畸变率，带来电压的不稳定甚至闪变。本文通过将光伏电站的并网模型在Matlab/Simulink上进行仿真分析，得出谐波电压、谐波电流对电网的影响。

Keyword ：

敦煌10MW光伏光伏并网模型电压偏差并网谐波

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