CN112865120A - 一种新型p-vrc控制器及其参数设计方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明“一种新型P‑VRC控制器及其参数设计方法与应用”，属于电路控制技术领域技术领域，所述新型P‑VRC控制器的特征在于P‑VRC控制为一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制，所述基于αβ静止坐标系下VRC控制系统传递函数为：
Description
技术领域
本发明属于无功补偿技术领域，具体涉及一种新型P-VRC控制器应用。
背景技术
随着电力电子装置应用的快速发展，电网中的无功功率所带来的危害也日益增大，给电网带来了严重的谐波污染，极大地降低了电网的供电质量。而且随着电力系统规模的不断发展，STATCOM装置也不断地向高压大功率方向发展。MMC-STATCOM作为一种新型的电能换流器，由于其模块化程度高，可扩展性好，易于冗余，导致器件的有效开关频率较低的同时保持转换器的高开关频率，因此，在不降低转换器效率的前提下，增加了有效的控制带宽。利用MMC中的可用带宽，可以提高低次谐波的谐波消除精度，同时能够控制高次谐波，且谐波特性好、器件开关频率低，被视为适合下一代中高压大功率发展的变流器。
现有的PR控制器相位特性在谐振点发生正负90度跳变并快速恢复0相位，可知PR控制器没有相移，不会引起相位变化。但因为LCL接口滤波器自带-90度的相位偏移，PR控制对带有LCL接口滤波器的MMC-STATCOM无法起到很好的控制效果，在谐振点处相位余裕接近0使系统到达临界稳定状态甚至不稳定状态。VRC控制器因为本身相位超前90度可以抵消LCL滤波器的相位滞后的影响使系统稳定裕度提高，鲁棒性满足要求。而在相应频率上调谐的VRC控制器可以有效地调节交流分量得到不少应用。传统的PR控制器相角余裕太小，系统容易失稳。而传统VRC控制器无法对特定次的谐波进行补偿，也无法在不平衡条件下完成高精度的补偿。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型P-VRC控制器及其应用。在 PR控制和PI-VPI控制的基础上，提出了一种基于LCL接口滤波器的MMC-STATCOM的αβ静止坐标系下的比例矢量谐振电流(P-VRC)控制策略，为一种通过最小化灵敏度函数和峰值来获得高稳定性和抑制闭环非期望峰值的系统方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种新型P-VRC控制器，所述P-VRC控制为一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制。所述基于αβ静止坐标系下VRC控制系统传递函数如下：
所述Kp为比例增益。
所述的新型P-VRC控制器在MMC-STATCOM的P-VRC谐波控制方面的应用。
所述新型P-VRC控制通过加入比例增益Kp控制MMC-STATCOM。
本文的MMC-STATCOM使用了一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制策略，本发明的新型 VRC控制器可以完成特定次谐波的补偿，使补偿的灵活性大大提高，并且在负载不平衡时也可以完成高精度的补偿。
本发明的一种特定次谐波补偿器可以实现对交流分量的有效控制，为了控制器对直流分量也可以进行有效控制引入比例增益Kp，其中比例系数Kp可以有效地调节直流分量，它的控制系统传递函数如下：
通过分别调整Kr和Kih或者Krh，本发明的P-VRC控制器可以在控制电路中获得较高的增益，并且P-VRC控制器在谐振处的谐振频率处增益最大，非谐振频率处的信号增益衰减最快，所以在谐振频率处的输出能更好地跟随参考值，不仅提高了内环的控制精度，同时提高了系统的稳定性，传统P-VRC控制器只能消除特定次谐波，而本发明的新型P-VRC控制器可以补偿任意次谐波，通过配合LCL滤波器达到更好的谐波补偿效果。
由于LCL型接口滤波器本身的90°相位滞后特性，在需要补偿的谐波频带内，会给系统带来 -90°的相位延迟，PR控制器的相位特性在谐振点会出现正负90°的跳变。导致控制器在谐振点的相位余裕接近0，这使得整个MMC-STATCOM无法维持稳定状态。而P-VRC自身相位响应有超前特性，同时在谐振频率点无正负90°跳变，谐振点相位特性不会跳变至接近-180 °导致系统稳定性问题。P-VRC控制可以拉升STATCOM电流环开环传递函数的相位特性，补偿LCL接口滤波器造成的90°相位滞后，谐振频率下的相位裕度比PR控制器提高90°，这样可以提高STATCOM的电流控制稳定裕度，使系统维持在稳定的状态。
其中谐波补偿的具体过程为：首先，对负载电流、a相电压信号、STATCOM输出电流进行采样，谐波补偿电流的计算采用ip-iq算法，STATCOM输出电流和谐波补偿电流进行Clark变换，可得到αβ坐标系下的电流指令与系统实际补偿电流，做差后送至P-VRC控制器，其输出作为CPS-PWM的一个调制信号，与环流抑制和电容电压平衡控制的输出的电压信号一起完成调制，最后将CPS-PWM的驱动信号送入MMC-STATCOM各子模块中完成电流闭环控制。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种新型P-VRC控制器，所述P-VRC控制为一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制。所述基于αβ静止坐标系下VRC控制系统传递函数如下：
所述Kp为比例增益。本发明的P-VRC控制器在谐振处的谐振频率处增益最大，非谐振频率处的信号增益衰减最快，所以在谐振频率处的输出能更好地跟随参考值，不仅提高了内环的控制精度，同时提高了系统的稳定性。
(2)本发明还提供一种新型P-VRC控制器的应用，采用所述的新型P-VRC控制器在MMC-STATCOM的P-VRC谐波控制方面的应用。所述新型P-VRC控制通过加入比例增益 Kp控制MMC-STATCOM。
(3)针对MMC-STATCOM输出电流中存在高次谐波的问题，在原有拓扑结构中加入LCL 滤波器。并对LCL型MMC-STATCOM提出了P-VRC控制，仿真表明，加入LCL型 MMC-STATCOM对高次谐波具有良好的滤波效果，P-VRC控制对任意次谐波具有良好的谐波效果，这种互补提高了系统的输出性能。
(4)在新型P-VRC控制器具有良好的稳态性能，并且对无功功率变化具有良好的动态响应：即使在无功功率突变的情况下，电源电流也几乎与电源电压保持完美的正弦和同相。
(5)新型P-VRC控制器与传统PR控制器相比，谐振点可达到0°相位响应，使得输入指令电流在各指定次谐波电流处获得通带特性，提高MMC-STATCOM电流闭环控制的稳定性。在谐振频率点处相位特性超前90°的优势，可补偿由LCL型接口滤波器在谐振频率点处滞后的相位响应。
(6)通过仿真结果的谐波频谱，可以看出本文所采用的控制策略，相较传统的电流控制策略，对仿真对象为带有LCL接口滤波器的MMC-STATCOM，谐波电流的滤波精度更高,网侧电流的THD可以降低到1％以下。
(7)由于LCL型接口滤波器本身的90°相位滞后特性，在需要补偿的谐波频带内，会给系统带来-90°的相位延迟，PR控制器的相位特性在谐振点会出现正负90°的跳变。导致控制器在谐振点的相位余裕接近0，这使得整个MMC-STATCOM无法维持稳定状态。而P-VRC 自身相位响应有超前特性，同时在谐振频率点无正负90°跳变，谐振点相位特性不会跳变至接近-180°导致系统稳定性问题。P-VRC控制可以拉升STATCOM电流环开环传递函数的相位特性，补偿LCL接口滤波器造成的90°相位滞后，谐振频率下的相位裕度比PR控制器提高90°，这样可以提高STATCOM的电流控制稳定裕度，使系统维持在稳定的状态。
总之，本发明提供的MMC-STATCOM的控制策略，针对带LCL接口滤波器的MMC-STATCOM提出了一种基于在αβ静止坐标系下的新型比例-矢量谐振电流(P-VRC) 控制器，新型控制在在谐振点增益更大，非谐振处增益大幅衰减，提高了补偿电流控制精度，并且谐波电流的补偿是指定次的；同时，提出了一种基于二阶带通滤波器的新型P-VRC控制器参数设计方法，该方法只需确定系统在谐振频率处的带宽就可以完成控制器所有参数的设计。本发明具有良好的经济价值和应用前景。
附图说明
图1为本发明的一组实施例提供的P-VRC控制器开环传递函数伯德图；
图2为本发明的一组实施例提供的基于P-VRC控制策略的MMC-STATCOM控制原理图；
图3为本发明的一组实施例提供的P-VRC电流控制环；
图4为本发明的一组实施例提供的LCL接口滤波器等效图；
图5为本发明的一组实施例提供的VRC控制器不同Ki值下的闭环伯德图；
图6为本发明的一组实施例提供的参数变化时P-VRC控制器开环传递函数伯德图；
图7为本发明的一组实施例提供的采用PR和P-VRC控制策略MMC-STATCOM补偿前后主要谐波含量对比；
图8为本发明的一组实施例提供的补偿后系统侧波形；
图9为本发明的一组实施例提供的MMC-STATCOM的电流控制器在跟踪正弦参考电流方面的性能
图10为本发明的一组实施例提供的负载无功变化后MMC-STATCOM仿真结果
图11为本发明的一组实施例提供的LCL型MMC-STATCOM补偿前网侧三相电流波形与频谱分析
图12为本发明的一组实施例提供的采用PR电流控制策略补偿后网侧三相电流波形与频谱分析；
图13为本发明的一组实施例提供的采用新型P-VRC电流控制策略补偿后网侧三相电流波形与频谱分析。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
第1组实施例、本发明的一种新型P-VRC控制器
本组实施例提供一种新型P-VRC控制器，具体为：
所述P-VRC控制为一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制。
所述基于αβ静止坐标系下VRC控制系统传递函数如下：
第2组实施例、本发明的一种新型P-VRC控制器的参数设计方法
本组实施例提供一种第1组实施例所述的新型P-VRC控制器的参数设计方法，具体为：
通过选择谐振增益Krh＝Kih*R/L，其中L和R分别是L电感器的电感和等效电阻，VRC控制器能够消除形式为1/(sL+R)的耦合项。利用VRC控制器优于谐振控制器的优点，采用公式(11)中的P-VRC控制器的电流控制环如图3所示。
本文选用的LCL滤波器为3阶系统，为方便控制器参数设计，需对其进行降阶处理。
图4中R1、R2分别为LCL电网端电感L1及STATCOM侧电感L2的寄生电阻，m表示abc三相中的其中一相。如果忽略掉Cf，Cd，Rd，Ld那么该滤波器就等效为L+R型滤波器，滤波器阶数由3阶降为1阶环节，此时LCL接口滤波器在有效控制频段内可等效为一阶环节1/(sL+R)。
根据图3和图4的电流控制环，可建立VRC电流控制环的开环传递函数：
特别地，VRC补偿器能够通过选择合适的增益参数来最小化耦合项的影响。因此，Krh可以定义为:
因此VRC电流控制环的开环传递函数变为：
VRC电流控制环的闭环传递函数为：
为了设计P-VRC控制器的增益，并研究这些增益对控制性能的影响，在式(7)中定义的P-VRC电， Kih是唯一需要调整的增益。在式(3)中，Kp是比例增益，它不影响VRC控制器的谐波补偿性能。因此，为了简化，Kp保持不变，Kih改变以决定VRC控制器的控制性能。针对Kp参数的选取，由图1中P-VRC控制器开环传递函数幅频特性可知其在谐振点幅频特性为无穷大而在其余频带增益接近于零，P-VRC控制器中比例参数Kp的作用与PR控制中比例系数相同，Kp是将控制器整个幅值特性往上平移而不改变某一频次的增益，因此对于Kp参数的设计只需要保证控制器在STATCOM所需补偿的谐波频段内幅值增益大于0dB 即可。本文Kp取值为1。
图5是VRC控制器不同Ki值下的闭环伯德图，分别令Ki＝0.01，Ki＝0.05，Ki＝0.1，Ki＝0.2，可以看出在谐振频率下，VRC控制器提供单位增益和零相移，而与Ki值无关。值得注意的是，选择较小的Ki值可以提高谐波补偿的选择性。然而，系统的整体动态响应将大大降低。相比之下，Ki值越大，动态性能越高，但其稳态性能却会降低。因此，需要对增益参数Ki进行优化选择，以缓解稳态和动态性能之间的矛盾。鉴于此，在本文中，Ki值选择为0.1。
此外电感L的电感值通常随电压、电流和温度而变化。当电感L改变时，Krh＝Kih*(R/L)的比值不再合理。因此，针对P-VRC补偿器的鲁棒性进行了测试，Bode图如图6所示。
由图6可知，电阻电感比值的变化对P-VRC补偿器的精度没有明显的影响。当R/L的值从100变成 10时，VRC控制器在谐振频率处的幅值衰减和相位偏差较小，避免了参数变化对系统性能的影响。综上所述，P-VRC控制器具有较强的谐波选择性、良好的频率适应性和较大的稳定裕度。
由式(8)可得到闭环传递函数阻尼比；
由阻尼比可进一步得到MMC-STATCOM通频带宽度BW的表达式：
因此，可得到VRC控制器参数Kih、Krh与闭环传递函数带宽BW的表达式如式(10)所示；
Kih＝BW·L，Krh＝BW·R (10)
由式(10)可得到参数Kih、Krh的设计方法，只要确定系统所需要的谐振频率带宽便能够得到VRC控制器参数。
第3组实施例、本发明的一种新型P-VRC控制器的应用
本组实施例采用第一组实施例任一所述的新型P-VRC控制器在MMC-STATCOM的P-VRC谐波控制方面的应用。
所述新型P-VRC控制通过加入比例增益Kp控制MMC-STATCOM。
实验例1、传统控制与P-VRC控制
1、PR控制
S域中多PR控制器的传递函数如公式(11)所示：
式(11)中:Kp是PR控制器的比例增益；Kr是控制器的积分增益；ω1是控制器谐振角频率(rad/s)，对各次谐波进行补偿时，通过令h等于要补偿的谐波次数依次叠加成多PR控制器。
PR控制器相位特性在谐振点发生正负90度跳变并快速恢复0相位，可知PR控制器没有相移，不会引起相位变化。但因为LCL接口滤波器自带-90度的相位偏移，PR控制对带有LCL接口滤波器的MMC-STATCOM无法起到很好的控制效果，在谐振点处相位余裕接近0使系统到达临界稳定状态甚至不稳定状态。
2、传统VRC控制
VRC控制器因为本身相位超前90度可以抵消LCL滤波器的相位滞后的影响使系统稳定裕度提高，鲁棒性满足要求。而在相应频率上调谐的VRC控制器可以有效地调节交流分量得到不少应用。传统VRC控制器的在dq旋转坐标系下的传递函数为：
式(12)中，Kih是VRC控制器的二阶积分项的增益；Krh是VRC控制器一阶积分项的增益；h为STATCOM 补偿的谐波电流次数；ω1为电网基波角频率。但这种传统VRC控制器的灵活性不好，只有在上dq坐标系下
次的谐波的时候才可以应用，不能对任意次谐波电流进行补偿；且当MMC-STATCOM 负载是单相或三相不平衡时进行谐波补偿，此时VRC控制器补偿精度将大大降低。
3、新型P-VRC控制
由2.1和2.2可知，传统的PR控制器相角余裕太小，系统容易失稳。而传统VRC控制器无法对特定次的谐波进行补偿，也无法在不平衡条件下完成高精度的补偿，因此本文的MMC-STATCOM使用了一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制策略，新型VRC控制器可以完成特定次谐波的补偿，使补偿的灵活性大大提高，并且在负载不平衡时也可以完成高精度的补偿。
基于αβ静止坐标系下VRC传递函数为：
比较式(8)和式(13)，新型VRC控制传递函数形式上与PR控制的谐振项相同，只不过式(13)第1项当作是一个二阶谐振项，所以新型VRC控制是与PR控制都可以算谐振控制的一种。这种特定次谐波补偿器可以实现对交流分量的有效控制，为了控制器对直流分量也可以进行有效控制引入比例增益Kp，其中比例系数Kp可以有效地调节直流分量，它的控制系统传递函数如下：
由图1的幅频特性表明，通过分别调整Kr和Kih或者Krh，本发明的P-VRC控制器可以在控制电路中获得较高的增益，并且P-VRC控制器在谐振处的谐振频率处增益最大，非谐振频率处的信号增益衰减最快，所以在谐振频率处的输出能更好地跟随参考值，不仅提高了内环的控制精度，同时提高了系统的稳定性，传统P-VRC控制器只能消除特定次谐波而新型P-VRC控制器可以补偿任意次谐波,通过配合LCL滤波器达到更好的谐波补偿效果。
由图1相频特性可进一步确定，由于LCL型接口滤波器本身的90°相位滞后特性，在需要补偿的谐波频带内，会给系统带来-90°的相位延迟，PR控制器的相位特性在谐振点会出现正负90°的跳变。导致控制器在谐振点的相位余裕接近0，这使得整个MMC-STATCOM无法维持稳定状态。而P-VRC自身相位响应有超前特性，同时在谐振频率点无正负90°跳变，谐振点相位特性不会跳变至接近-180°导致系统稳定性问题。P-VRC控制可以拉升STATCOM电流环开环传递函数的相位特性，补偿LCL接口滤波器造成的90°相位滞后，谐振频率下的相位裕度比PR控制器提高90°，这样可以提高STATCOM的电流控制稳定裕度，使系统维持在稳定的状态。
图2为MMC-STATCOM整体控制框图，包含了针对带有LCL接口滤波器的MMC-STATCOM谐波补偿时所用的P-VRC控制，环流抑制策略，电容电压平衡控制以及CPS-PWM调制。其中谐波补偿的具体过程为：首先，对负载电流、a相电压信号、STATCOM输出电流进行采样，谐波补偿电流的计算采用 ip-iq算法，STATCOM输出电流和谐波补偿电流进行Clark变换，可得到αβ坐标系下的电流指令与系统实际补偿电流，做差后送至P-VRC控制器，其输出作为CPS-PWM的一个调制信号，与环流抑制和电容电压平衡控制的输出的电压信号一起完成调制，最后将CPS-PWM的驱动信号送入MMC-STATCOM各子模块中完成电流闭环控制。
实验例2、仿真分析
为验证本文提出的控制策略，包括环流抑制，电容电压平均控制，电容电压均衡控制，以及用于谐波补偿的在αβ两相静止坐标系下的新型的P-VRC电流控制策略以及这种P-VRC控制器参数设计方法的合理性和有效性，本文在Matlab/Simulink中搭建了MMC-STATCOM仿真模型，在谐波补偿策略上使用了P -VRC和PR两种控制策略，并且对这两种控制策略的仿真结果进行分析和对比，仿真模型参数和控制器参数如表1、表2所示。
表1 MMC-STATCOM仿真参数
表2控制器参数设计
图7为采用PR和P-VRC两种电流控制策略的MMC-STATCOM网侧电流主要特征次谐波含量对比图。由图可知，MMC-STATCOM采用PR控制策略补偿后的总谐波畸变率为2.22％，采用改进的电流控制策略补偿后总谐波畸变率为1.06％。采用PR控制策略加LCL滤波器补偿后的总谐波畸变率为2.06％。采用改进的电流控制策略加LCL滤波器补偿后总谐波畸变率为0.95％。即与PR控制相比，MMC-STATCOM采用改进后的P-VRC控制策略对电网中谐波补偿后，各主要次谐波含量明显降低。说明本文所提出的改进的基于αβ坐标系的VRC控制器参数设计方法是有效可行的，同时，本文提出的αβ两相静止坐标系下的 P-VRC电流控制的策略在滤波精度上优于传统的PR谐振控制器。
当负载为感性时，电网侧的电压与电流有相位差，即功率因数不为1，无功功率的存在会降低电网功率因数并给电网带来一定的危害，影响其稳定工作。
图8为MMC-STATCOM补偿后系统侧仿真结果。由图可知，当接感性负载时，三相输出电流超前电压，以补偿负载上的无功功率。网侧的电压、电流同相位，无功功率得到了补偿。
MMC-STATCOM补偿前后系统的有功功率和无功功率的变化趋势如图8(b)所示,系统中存在容性无功。在0.2秒投入运行后，系统的无功功率迅速降到0Kvar附近，系统中存在的容性无功得到补偿，而系统有功功率保持不变，因此系统的功率因数可得到明显的提高。
图9示出了A相谐波电流的测量值与参考值的比较。结果表明，所设计的控制器能够高精度地跟踪2 次、3次、5次、10次谐波参考。在5和10次谐波中，精度略有下降，因为需要遵循更高的电流基准动态特性。然而，结果可以被认为是足够准确的。
由图10可以看出环流和子模块的电容电压得到了很好的控制，幅值趋势一致，并且都在设定值范围附加做稳定的小幅震荡，这是由于子模块工作时根据桥臂电流的不同进行充放电导致的。0.2秒时刻，负载无功功率变化。如图10(b)所示，MMC-STATCOM的输出电压电流的相位偏差在一个周期内就补偿了，三相输出电流减少，证明该控制方法在负载无功功率突变时的可以迅速完成补偿，动态性能良好。
图11—13分别为未经补偿的网侧三相电流波形与THD分析、采用PR电流控制策略的LCL型 MMC-STATCOM进行谐波电流补偿的网侧三相电流波形与THD分析、采用改进的P-VRC电流控制策略的LCL型MMC-STATCOM进行谐波电流补偿后的三相电流波形与THD分析。
本文在PR控制和PI-VPI控制的基础上，提出了一种基于LCL接口滤波器的MMC-STATCOM的αβ静止坐标系下的比例矢量谐振电流(P-VRC)控制策略。首先，采用VRC控制可以对αβ静止坐标系下的任意次谐波电流进行补偿，以满足系统对单相或三相不平衡负载的高精度补偿。新型P-VRC控制加入了比例增益Kp来弥补传统PR控制器用在带有LCL接口滤波器的MMC-STATCOM时由于谐振频率相位特性滞后而造成的补偿精度低的问题。并且根据二阶带通滤波器的设计原理，设计了控制器的比例项Kp、一阶积分项Krh和二阶积分项Kih。最后，通过仿真验证了所提新型控制的有效性和鲁棒性。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种新型P-VRC控制器，其特征在于，所述P-VRC控制为一种基于αβ静止坐标系下的VRC控制。
2.根据权利要求1所述的一种新型P-VRC控制器，其特征在于，所述基于αβ静止坐标系下VRC控制系统传递函数如下：
所述Kp为比例增益。
3.一种新型P-VRC控制器的应用，其特征在于，采用权利要求1-2任一所述的新型P-VRC控制器在MMC-STATCOM的P-VRC谐波控制方面的应用。
4.根据权利要求3所述的一种新型P-VRC控制器的应用，其特征在于，所述新型P-VRC控制通过加入比例增益Kp控制MMC-STATCOM。
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| CN202011578019.6A CN112865120A (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 一种新型p-vrc控制器及其参数设计方法与应用 |
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| CN112865120A true CN112865120A (zh) | 2021-05-28 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107394779A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-24 | 浙江工业大学 | 一种微电网有源电力滤波器动态性能优化控制方法 |
| CN108667043A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-10-16 | 上海电力学院 | 一种三相四线制apf改进型矢量谐振控制方法 |
| CN110165659A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-23 | 太原理工大学 | 适用于含分布式电源配电网的三相四线制电能质量控制装置及方法 |
-
2020
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107394779A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-24 | 浙江工业大学 | 一种微电网有源电力滤波器动态性能优化控制方法 |
| CN108667043A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-10-16 | 上海电力学院 | 一种三相四线制apf改进型矢量谐振控制方法 |
| CN110165659A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-23 | 太原理工大学 | 适用于含分布式电源配电网的三相四线制电能质量控制装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 蔡霞 等: ""PVPI控制器在链式D-STATCOM系统中的应用"", 《电力电子技术》 * |
| 赛翔羽: ""并联有源电力滤波器控制策略研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
| 高晗璎 等: ""MMC 型 STATCOM 的关键技术"", 《哈尔滨理工大学学报》 * |
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