基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器,该堆叠滤波结构是简单的软开关电路,具有低功耗特点,可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波,使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和高开关频率,从而提升变换器效率。此外,提出一种半波导通控制方式,该控制作用于变压器二次侧的两相交错Buck电路,可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析,最后通过PSIM仿真和240 W/20 A的实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略

双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡,针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题,提出一种基于静止无功发生器(SVG)附加电流反馈控制的阻抗重塑法,该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变,其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先,基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后,根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后,根据青海省某双馈风电场并网模型,在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型,仿真结果表明:所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑,灵活抑制风电场次/超同步振荡。

适应风电场宽频振荡研究的模糊度量层次聚类法

为助力“双碳”目标实现,推动风电产业发展,研究并治理风电场并网宽频振荡问题迫在眉睫。为建立适用于风电场振荡研究且能准确高效反映实际风电场输出特性的仿真模型,提出基于模糊度量的层次聚类法,改善传统综合层次聚类算法使用距离度量造成的聚类结果偏移。利用F检验法定量评价聚类效果,横向比较F评分确定最优聚类方案,纵向比较确定最优聚类分群数。评价结果表明,模糊度量层次聚类法的聚类效果良好。最后采用PSCAD结合青海省海南新能源基地风电场实例进行了仿真分析,验证了模糊度量层次聚类法对风电场聚类的适用性。

分区互联配电网异步孤岛模式切换策略研究

大规模分布式电源的存在允许配电网通过网络重构改变供电方式,实现部分区域在必要时刻以异步孤岛形式运行。但配电网运行方式的改变必然伴随着关键换流器控制模式的切换和参数的调整,如何平稳地实现配电分区在并网和孤岛之间的转换是实现有源配电网安全可靠运行的重要内容。针对通过软开关(soft open point,SOP)实现柔性互联的配电分区,分析了该系统由并网转为异步孤岛运行的暂态特性,提出了基于参考功率自适应的改进下垂控制策略,并采用状态跟踪方法降低了配电网运行状态切换时刻的暂态波动,实现了配电网运行方式的平滑切换。在PSCAD/EMTDC环境下搭建了仿真模型进行验证,结果表明,所提控制方法可有效提升分区互联有源配电网运行的灵活性。

新能源场站电网暂态电压支撑技术发展动态

含大规模新能源并网电力系统的暂态电压分析与控制已成为业界普遍关注的热点问题。针对该场景下的暂态电压支撑技术发展动态进行系统性综述。首先阐述新能源大规模发展过程中暂态电压问题发生的本质及带来的挑战,探讨了目前场站暂态电压支撑现状及其面临的问题。然后,给出典型单机无功源的电网暂态电压响应特性和控制技术现状,分析了适用于光伏/风电场站暂态电压支撑的聚合建模方法。然后论述了基于自律分散控制的多无功源协调控制思路及实现途径。接着,针对弱电网及直流送出等复杂场景,指出了暂态电压问题的特征及可能的控制手段。最后阐述了新能源电网暂态电压支撑技术需要进一步解决的关键问题,并对未来研究与开发工作进行了展望。

换流器型电网的理念与探索

新型电力系统的发展将带来电网形态本质性的变化。电源通过换流器接入电网使电力电子设备的比例不断升高。当换流器型电源取代同步机型电源实现电网频率/电压构建时,则形成了换流器型电网(converter-based grid,CBG)。旨在对该电网形态的理念、构成、运行等基本问题进行探讨,首先论述了构成CBG的源、荷、储的基本特征与控制方式,探讨了电网可采用的拓扑方式;分析了换流器的频率/电压形成机制及多换流器协调控制方法;基于CBG的暂态行为,讨论了换流器故障特征及其保护策略,分析了换流器面临的稳定性问题的基本特征;结合工程实例,通过分析典型电网场景的运行特征,探讨了CBG的可行性;最后指出了新型电网形态尚待解决的关键技术问题,并对未来电网发展前景做出展望。

多路LLC谐振变换器交错并联均流控制

LLC谐振变换器多路交错并联具有良好的应用前景,然而谐振元件的参数偏差会导致各路LLC谐振变换器电流不均衡的问题。为了解决这一问题,通过将二次侧的同步整流替换为可控整流方式,利用各路输出电流作为控制信号对二次侧进行脉宽调制控制,提供附加的电压增益,形成均流控制环路,保证各路的电压增益相同,从而实现多路LLC谐振变换器在相同开关频率下运行的均流调节。介绍了该控制的原理及实现方法。基于电磁暂态过程进行仿真,得出不同负载率下的电流不平衡度;同时搭建100 W的实验样机,在电流不平衡度最大的工况下,验证了该均流控制方法的可行性和有效性。

一种级联H桥型电力电子变压器电磁暂态解耦与仿真模型

电力电子变压器电磁暂态详细模型存在矩阵维数高、仿真步长小、速度慢的问题。基于半隐式延迟解耦电磁暂态仿真方法,该文将其应用于级联H桥型电力电子变压器的电磁暂态快速仿真研究中,提出一种解耦电路简单、导纳矩阵恒定、易于并行、仿真效率高的解耦和快速仿真方法。该文首先从状态方程出发,利用矩阵分裂和延迟技术,建立双有源桥的半隐式延迟解耦模型;然后给出外端口及级联H桥采用不同串、并联组合时的等值解耦电路,实现了各变换级以及不同模块间的细粒度解耦,给出了计算流程,并分析了方法的特点。最后,通过算例验证了该文方法的准确性和有效性。

多相堆叠交错并联制氢变换器控制策略与特性分析

制氢变换器的效率和输出纹波等指标在氢能应用中至关重要。多相交错并联Buck变换器(MPIBC)输出纹波的减小需要以增加并联支路、开关频率和滤波电感为代价,这将导致成本和损耗的提高。为此该文提出多相堆叠交错并联Buck变换器(MPSIBC),MPSIBC在MPIBC基础上增加纹波补偿并联支路。补偿支路采用具有补偿特性的PWM控制,输出交流电流与MPIBC输出电流纹波波形互补。MPSIBC利用输出补偿思想使得变换器输出纹波的消除不依赖开关频率等因素。该文从理论上对MPSIBC拓扑和纹波补偿原理进行了分析,并通过PSIM仿真和实验进行了验证,结果表明MPSIBC具有显著纹波抑制效果的同时可有效降低开关频率和滤波电感。

线电压补偿型动态电压调节器(DVR)的原理与实现

该文提出了基于线电压补偿的三相动态电压补偿器拓扑结构。给出了补偿算法及控制方式。解决了锁相、电压不平衡补偿、电压有效利用、低通滤波、电压泵升等技术问题。通过动态电压波动补偿示例,说明论文所实现的DVR样机的有效性。

高压直流输电系统电磁暂态建模

高压直流输电及特高压直流输电的大力发展,交直流相互作用问题日益突出。该文基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EM TDC,给出了直流输电系统电磁暂态模型的一般建模方法、控制系统参数选择分析方法、控制系统静态特性校验方法及系统动态性能分析方法,以此验证交直流一次系统建模及控制与保护系统建模的有效性,为准确分析交直流相互作用提供有力基础。

基于最近电平逼近调制的MMC冗余子模块冷热混合备用容错策略

为提高模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)运行可靠性,MMC桥臂通常配备了冗余子模块。基于有冗余MMC,改进了冷热混合备用容错策略。分析对比了采用不同容错策略时的MMC容错控制复杂度与运行功率损耗。为完善混合备用容错策略,基于最近电平逼近调制(Nearest-level modulation,NLM)原理提出了一种MMC冷备用子模块的充电控制策略,减小了冷备用子模块充电过程对MMC输出性能的影响。此外,提出了冗余子模块冷热备用子模块数量的分配方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了21电平的三相MMC模型,仿真结果表明,改进的混合备用容错策略能够有效减缓容错过渡过程的波动,验证了该容错控制策略的有效性和可行性。

大量风电引入电网时的频率控制特性

大量风力发电引入电网时,会对电网的频率控制带来影响。在深入分析异步电动机频率特性的基础上,采用所开发的电力扰动装置对不同转矩特性的异步电动机的频率特性进行了测试。基于加权综合的思路建立了包含异步电动机的综合负荷的频率特性模型。同时分析了风力发电的出力特性。通过对一个包含风力发电的电网进行分析,论证了考虑负荷频率特性以后,在同样电网调频能力的情况下,频率波动的偏差会变小。

改进的遗传算法辨识综合负荷模型

以基于实测数据的电力系统综合负荷建模为目标,研究了遗传操作和控制参数选择对遗传算法性能的影响。针对基本遗传算法的不足,设计了比例选择策略和线性自适应变异策略,对遗传算法的选择算子和变异算子进行改进,使得遗传算法能够根据个体自身的适应度值进行选择和自适应地调整变异概率,实现方式简单有效。选用TVA综合负荷模型,使用改进的遗传算法进行负荷模型参数辨识,同时在不改变负荷模型结构的前提下,通过调整待辨识参数及其取值范围,考虑无功补偿的影响。利用现场实测数据进行建模,结果表明,改进后的遗传算法改善了优化过程,对加速收敛、缩短辨识时间均有显著作用,适用于负荷建模。

考虑光储一体化电站的直流配电网供电能力分析

对含有绿色能源的直流配电系统的供电能力进行科学的评估与计算,已成为当前城市电网精细化评估与规划工作的关键一环。针对这一需求提出一种直流配电网供电能力分析方法,以N-1安全准则作为系统运行的边界条件,考虑直流配电网中换流站站内供电能力和电网供电转移能力,分析了直流配电系统供电能力的计算方法。在此计算方法的基础上研究了光储一体化电站的接入对直流配电网供电能力的影响,进而研究了储能容量在同一个光储电站内以及多个不同光储电站之间如何配置可以使直流配电网的供电能力达到最大的问题。最后,通过对一组直流配电网络拓扑案例的供电能力计算验证了所提分析方法的有效性,仿真结果为含光储一体化电站的直流配电网规划、评估、设计提供理论依据。

易于FPGA实现的最优移相PWM控制策略

在综合考虑波形特性、开关损耗、电压利用率及易实现性的基础上,提出一种新的最优移相脉宽调制(PWM)控制策略。从线电压出发,指出电压利用率的提高实质上是一个非线性规划问题,并就此非线性规划问题分8种情况进行讨论,系统地分析了谐波注入正弦脉宽调制(SPWM)电压利用率可以达到的极限值。采用数字仿真得出易于现场可编程门阵列(FPGA)实现的最优移相PWM调制波数据,并对其进行频谱分析。论证了移相法和堆波法在开关损耗上的一致性,以及移相法具有开关动作均匀、易于FPGA实现的特点。最后给出了最优移相PWM策略MATLAB仿真波形以及在SIGA(system in gate array)多电平高压变频器模型机中应用的实验波形。

基于一致性算法的混合多端直流自律分散控制

提出了基于一致性算法的混合多端直流自律分散控制。一致性算法广泛应用于多代理系统中,其作用是使各代理仅需相邻通信即可获取全局信息,是实现自律分散控制的基础。因此,在混合多端直流每个端子设置一个代理构成多代理系统。每个代理包含两个功能模块:全局信息获取模块应用一致性算法获取节点总注入功率与参与优化控制的换流站数目;优化控制模块在获取全局信息的基础上,计算本换流站满足特定目标函数的功率和电压参考值。首先在MATLAB中对一致性算法进行了仿真验证,结果表明一致性算法既能保证收敛性,又可在功率变化情况下及时获取全局信息。然后以混合多端直流的损耗优化为例说明基于一致性算法的自律分散控制可应用的场景,在PSCAD中的仿真结果表明所提出的控制策略能够应用到系统的损耗优化中,显著降低了混合多端直流的损耗。

利用电压倾斜控制的VSC-MTDC稳定性分析

建立了采用电压倾斜控制的多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)的小信号模型。文中首先设计了电压倾斜控制器,能够实现多端直流系统遭受扰动时,换流站间不需要通信可以自动恢复稳定运行。然后文中采用线性化动态方程描述了整个多端直流系统,包括换流器、控制系统(电压倾斜控制,内/外环控制及锁相环),直流线路及交流系统。通过将所建模型与电磁暂态模型进行时域下的详细比对,验证小信号模型的正确性。最后,基于小信号模型得到多端系统的根轨迹曲线,并通过判断主导极点在坐标系中的位置,分析电压倾斜控制参数对稳定性的影响。

柔性化供电技术

阐明了现代信息社会电力供应的解决方案为柔性化供电 ( FEED)技术 ,FEED针对不同电力用户及负荷的需求 ,提供不同电能质量和电能形式的电力供应 ,具有高度灵活性、可靠性及信息化和智能化的特点。指出柔性化供电系统通过不同层次的质量控制中心对电能进行变换和控制 ,FEED的构建依赖于电力电子技术、蓄能技术及信息处理与智能控制技术。给出了 FEED技术的几个具体示例 ,并指出了实现

短期负荷预测方法的研究及在线应用

根据邯郸地区的负荷特点，将负荷预测分为正常日和节假日两种预测模型。在正常日预测中，采用基本负荷加修正负荷的思想，修正负荷通过自组织人工神经网络训练得到；在节假日预测中，采用将历史负荷按“近大远小”加权平均的思想。同时，应用最小二乘递推算法修正模型，进行在线预测。此外，还开发出相应的软件包用于实际预测工作，并根据邯郸地区的实际情况，通过对ＭＩＳ中公共数据库的访问，实现了负荷、气象数据的自动获取和录入，减轻了运行人员的负担。