基于基频调制电流源换流器的海上风电送出系统的启动控制策略

基频调制电流源换流器(FFM-CSC)可以显著提高海上风电送出系统的功率密度和经济性,现有黑启动方法需要在交流侧投切黑启动电阻,但该方式会增大海上平台的建设成本。为此,提出一种利用FFM-CSC交流侧LC滤波器的启动方法,可以提高系统黑启动方案的经济性。分析了海上风电送出系统的结构和稳态控制策略。为了分析黑启动原理,建立了送端CSC交流侧空载时的数学模型,并提出了其交流侧等效的基波和谐波通路。在此基础上,提出了海上风电送出系统的黑启动控制策略。在PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明:所提黑启动策略可以在交流侧空载时建立起风电场电网电压,平稳完成海上风电场黑启动。

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。

含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法

为了减小含有STATCOM的HVDC输电系统发生换相失败的概率,对STATCOM和HVDC系统原有的控制策略进行了改善。故障时,基于STATCOM的定交流电压控制,投入交流电压参考值调节功能;基于HVDC的定直流电流控制和定关断角控制,投入附加直流电流和附加关断角控制功能。在PSCAD/EMTDC中进行的仿真分析表明:当换流母线处分别发生故障水平为23.08%、84.24%的单相电感接地故障时,交流电压参考值调节功能可以有效抵御换相失败、防止连续换相失败;当故障更严重,故障水平上升为120.34%时,附加直流电流和附加关断角控制功能可以有效防止连续换相失败。所提出的控制方法可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的运行性能。

异构型换流器的多任务剖面可靠性分析方法

现有关于模块化多电平换流器(MMC)可靠性分析的研究大多针对子模块结构独立的换流器,对于多种低成本、多模态的异构拓扑,尚缺乏有效的可靠性分析方法,因此针对异构型换流器的可靠性分析对扩展其应用边界有重要的意义。总结了异构型MMC的特征,以桥臂嵌套型MMC为例,提出了一种考虑桥臂切换导致的多任务剖面与工作故障延续性且适用于异构型MMC的可靠性建模方法。通过分析换流器的不同运行状态,建立了马尔可夫模型,并分析了其冗余配置方案。基于仿真算例计算了桥臂嵌套型MMC的可靠性,分析了子模块冗余配置对其可靠性的影响,并与传统模型进行对比,验证了所提方法可为多开关状态的异构型MMC的可靠性分析及冗余配置提供策略参考。

基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器的建模

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)主电路的搭建和仿真可以在实时数据仿真器(realtime digital simulator,RTDS)的小步长环境下完成,由于目前的RTDS处理器计算容量不足以进行多达200电平的MMC仿真,为了尽可能在现有处理器运算情况下进行更大规模的MMC仿真,提出了在小步长环境下将MMC每相电路分别封装,然后利用小步长线路模型进行互联的建模方法。与三相封装一起同等规模的MMC进行了对比实验,并对小步长线路模型首尾的电动势以及换流器交直流电压进行了详细的对比测量,仿真结果表明,将MMC分相封装并用小步长线路模型互联的建模方法是可行的,不仅能在一定程度上扩大仿真容量,而且不会对电路中的电气量造成明显影响。

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed directcurrent,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。

多端VSC-HVDC用于风电场联网时的控制策略

基于双馈感应电机(double fed induction generator,DFIG)控制策略,提出了多端电压源换流器高压直流输电(multi-terminal VSC-HVDC,MVSC-HVDC)用于风电场并网的联网方式,设计了相关的控制策略,通过与传统交流联网方式相比,指出了MVSC-HVDC的可行性和合理性。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,建立了相关的数学模型,研究了风电场之间及其内部机组在系统稳态和故障情形下的运行情况。仿真结果表明:DFIG的等效模型能够正常稳定的工作,所提出的并网方式和控制策略是正确和有效的;风电场之间以及风电场内部各机组之间都独立运行,互不影响;当逆变侧交流系统发生故障时,该控制策略有较快的恢复特性,可有效抑制风机投切带来的冲击。

基于改进递归小波的电力系统频率测量

信号复小波变换的相位谱包含了信号变化的丰富信息,利用电压信号的复小波变换相位信息检测电力系统频率,具有不受电压信号畸变影响、抗噪声能力强、精度高等特点。通过电压信号在特定尺度的改进递归小波变换(IRWT)系数的相位变化周期,可得到电压信号的频率。对理想信号和畸变信号的仿真计算结果验证了该算法具有精度高、速度快、鲁棒性强等特点,市电电压的频率实测结果表明该方法可用于实际电力系统频率的测量。

MMC-HVDC物理模拟系统的控制器架构设计

相比传统直流输电,模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制系统的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。为研究物理控制器的设计方法,文中首先设计了MMC-HVDC物理模拟系统的主系统结构与电气参数,然后重点研究了分层的MMC-HVDC控制系统架构,运行人员控制系统(上位机)、极控制和保护系统、阀基控制器、子模块控制保护单元等由高到低构成了完备的控制体系,确立了各控制层之间的通信方式与内容,开发调试了控制系统程序。最后,进行了MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验。实验表明控制系统可以有效地实现物理模拟系统的启停、子模块电容电压平衡、基本的故障保护以及直流电压与功率的控制。

基于复小波变换相位信息的谐波检测算法

小波变换因其良好的时频局部化特性,可用来进行谐波分析。但由于不同尺度的小波函数在频带相互混叠,使得现有利用小波系数幅值及在此基础上改进的各种算法都无法实现谐波的准确检测。该文提出利用复小波变换的相位信息来分析谐波的方法,利用改进递归复小波变换在不同尺度时,信号复小波变换系数的相位变化周期来确定信号的谐波频率,进而确定谐波的幅值;与 FFT 和幅值检测法相比,该方法能消除 FFT 算法的频谱泄露,提高了谐波检测的精度,且适用于含有非整数次谐波的信号。通过在 LabVIEW中的实例验证,说明该方法能有效地消除 FFT 算法的频谱泄露和小波函数频带混叠造成的不良影响,有效地提高了谐波检测的精度。

电力牵引系统的预测型谐波电流检测方法研究

准确、快速地检测系统电流中的谐波成分，是保证有源电力滤波器(APF)具备良好工作性能的关键。针对电力牵引负荷的经常性和剧烈变化的特点，提出了一种预测型谐波电流实时检测方法，能够在任一时刻正确预测出未来时刻的谐波电流值。理论分析和仿真研究表明，该方法检测误差小，并能克服低通滤波器造成的延时，使APF的控制时滞大大减少。该方法也可用于一般非线性负载的谐波电流检测。

提高直流输电换相能力的强迫换相拓扑结构研究

针对传统高压直流输电逆变侧易发生换相失败的问题,提出了一种新型强迫换相桥路拓扑,该拓扑的阀臂采用了两组串联晶闸管通过电容器并联结构。基于该拓扑结构,给出了3种工作状态及相互切换模式,设计了电容电压控制策略,并通过理论计算得到了电容预充电压的最优值。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了所提出的新型桥路模型,进行正常及故障情况下的仿真,验证了电容电压控制策略的正确性,且与传统HVDC相比,新桥路能防御交流系统大部分单相故障,对三相故障也有很好的防御效果,有效地降低了换相失败发生的概率。所提出的拓扑结构可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的故障恢复特性。

向无源网络供电的VSC-HVDC调节特性研究

交流系统中,有功主要影响频率,无功主要影响电压,VSC-HVDC并非如此。对于VSC-HVDC向无源网络供电的情况,无功负荷或有功负荷变化时,对频率无任何影响;而有功负荷变化时,引起电压的改变。由PWM控制的基本原理得出频率不变特性,从定性和定量两方面分析了有功对电压的影响,定性分析了无功对电压的影响。并分析了VSC-HVDC线路和交流输电线路向无源网络供电的本质区别。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了结论的正确性。

直流输电控制系统参数优化

基于界面图形化方式，提出以扩充临界比例法为基础的直流输电系统ＰＩＤ控制器参数优化方法。动模试验表明，该方法能得到良好的控制品质，且显著提高了参数优化的效率。

基于LabVIEW的电能质量综合检测系统

针对现有的电能质量检测装置的不足,以LabVIEW为平台开发了一套电能质量综合检测系统,可以对稳态和暂态电能质量进行检测。暂态电能质量检测模块利用递归复小波变换来确定暂态扰动的发生时刻,并用以基频为中心频率的单尺度小波变换能量分布曲线来进行扰动分类。基于服务器/客户端的工作模式,满足了用户对区域电网实时同步检测的要求。

混合型谐波电流补偿系统的原理及特性

分析了一种新型混合型谐波电流补偿系统的原理，它由小容量的串联有源滤波器和并联无源滤波器组成。文中阐述了该系统的结构和谐波补偿原理，并对基于ｄｑｏ坐标系下的谐波电流检测及控制方法进行了研究。理论分析和仿真结果表明，该系统能显著提高无源滤波器的滤波性能，还可抑制无源滤波器与系统之间可能发生的串、并联谐振。

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑

模块化多电平换流器(MMC)采用模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化,其普遍子模块(半桥、全桥结构子模块)的输出为0、1两种电平。提出了一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑结构并介绍了其工作原理。该种子模块可以输出0、1、2三种电平,与原有的半桥结构相比,在输出同样电平数的情况下,该新型拓扑可以节省25%的IGBT,减少了子模块的总数和换流站的占地面积。成功地将最近电平逼近调制(nearestlevel modulation,NLM)策略应用到新型拓扑上,并给出了相应的电容电压控制策略。在PSCAD仿真环境中搭建基于NLM的11电平两端MMC-HVDC输电系统,仿真结果表明子模块电容、直流电压和谐波均满足要求,验证了所提拓扑和控制策略的正确性与有效性。

MMC子模块控制器设计与测试

子模块控制器(sub-module controller,SMC)的控制保护功能对模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的运行有着极大的影响。首先,介绍了子模块与SMC硬件架构,开发调试了基于复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device,CPLD)的SMC控制程序,研究了SMC与其上层控制阀基控制器(valve based controller,VBC)之间的协调控制以及子模块保护策略。最后对子模块进行了稳态的空载、带载实验以及MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验,实验结果证明了子模块的性能良好,SMC可以与VBC进行有效通讯并可以对子模块进行有效控制保护以及稳态测试平台的有效性。

联接含惯量交流系统的VSC-HVDC系统特性分析

目前针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制特性的研究仅限于联接到等值交流系统的情形,建立VSC-HVDC系统联接到含惯量的交流系统的模型,研究弱系统条件下交流系统内部参数与VSC-HVDC系统的相互作用有重要意义。利用同步发电机(SG)模拟含惯量的交流系统,首先建立了连接到SG的VSC-HVDC系统的小信号模型,并验证了模型建立的正确性;利用参与因子法分析了特征根与状态变量的关联程度。采用特征根分析和仿真验证结合的方法,分别研究了线路阻抗、SG的惯性常数、阻尼系数的参数变化对系统特征根的影响规律;最后研究了VSC控制器参数对系统稳定性的影响作用。结果和结论证明,系统小信号稳定性随着系统线路阻抗角减小、短路比(SCR)的降低而降低;当惯性常数取值>1.2 s时系统小信号稳定性先增强后减弱但不会失稳,当阻尼系数D在0~0.5范围内变化时,系统小信号稳定性先增强后减弱,VSC控制器参数对系统小信号稳定性影响也较大,在一定范围内调整SG惯性常数、阻尼系数和VSC控制器内外环参数值可以提高系统小信号稳定性。