基于直流电压动态修正的柔性多状态开关自适应下垂控制

为了满足配电网的多种互联需求,柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)已衍生出多种互联应用的技术形态,多端FMSS与双端FMSS相比更具经济性和可靠性,已成为研究热点。传统下垂控制通过改变直流侧电压实现不平衡功率的消纳,但直流侧电压的偏离会影响系统安全可靠运行。针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端FMSS系统,提出了一种改进型下垂控制策略,根据换流器消纳的有功功率实时动态改变直流电压的参考值和下垂增益,实现了直流电压的无偏差运行,既能避免换流站过载,又能解决不平衡功率消纳引起的电压偏离问题,提高了系统的稳定性。另外,由于MMC自身结构特性和PI参数整定困难,将传统的电流内环改为模型预测控制,并采用典型的二阶Runge-Kutta法对状态方程进行离散化,提高了控制精度。最后基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了四端FMSS系统模型,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

兼顾直流电压安全与无功支撑的柔性直流输电故障穿越控制

受端电网三相故障下柔性直流输电(VSC-HVDC)的直流电压骤升,可能引发过电压闭锁并威胁电网稳定。现有基于卸荷的VSC-HVDC故障穿越方法大多以直流电压为投切条件,未计及受端换流站交流母线电压和无功功率对直流电压安全的影响,可能因投切条件不合理或受端换流站无功功率过大引发卸荷非必要投入,对交直流系统造成额外冲击并增加能量损失。为此,该文建立了受端换流站功率可行域,以刻画受端电网故障下受端换流站的功率控制能力;分析发现了受端换流站功率可行域的缩减特征,进而提出避免直流电压越限的受端电网故障极限切除时间的概念和计算方法;通过解析引发直流电压越限的门槛电压,提出基于最大限度避免直流电压越限的协调控制点的VSC-HVDC故障穿越控制方法。算例表明,所提方法在受端强电网或VSCHVDC卸荷风险较高的场景中,能够兼顾VSC-HVDC的直流电压安全和对受端电网的无功功率支撑,在最大限度避免卸荷投入的同时,尽可能地为受端电网提供无功功率。

基于电气转矩法的VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性评估

文章采用电气转矩法分析了VSC-HVDC系统的直流电压振荡稳定性。首先,基于电压源型换流器的平均值模型,分别研究了基于功率控制的换流器及基于电压控制的换流器的动态响应特征以得到适用于电气转矩法的并网换流器模型。基于提出的评估模型,建立了双端VSC-HVDC系统的Phillips-Heffron模型并推导出系统的阻尼系数和同步系数。经典电气转矩法指出:电力系统稳定性与系统阻尼系数高度相关。因此,基于电气转矩法推导出的稳定条件揭示了系统直流电压振荡失稳机理,量化了直流网络动态及换流器控制动态对直流电压振荡稳定性的影响。当由基于电压控制的换流器及直流网络提供的正阻尼无法抵消由基于功率控制的换流器产生的负阻尼时,系统直流电压振荡稳定性将无法得到保证。此外,合理设置电压控制器的比例增益能够使系统获得足够的稳定裕度。最后,通过仿真验证了电气转矩法在分析VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性问题时的可行性及所得稳定条件的正确性。

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。

自适应可调恒定导通时间Buck型直流电压变换器设计

为提高开关电源输出纹波电压、负载调整率、线性调整率和瞬态响应时间等性能指标,采用纹波控制的方法,研究出一款自适应可调恒定导通时间(adjustable-constant-on-time,ACOT)Buck型直流电压变换器。基于TSMC0.18μmCMOS工艺完成了电路设计,并用Cadence平台Spectre仿真器进行了仿真验证。结果表明:该电路的恒定导通时间可以精准灵活调节,纹波电压、线性调整率和瞬态响应时间均较低,与相关文献对比可知,本文设计在负载调整率上具有明显优势。

基于直流电压同步的构网型变流器低频振荡分析与阻尼控制

基于直流电压同步的构网型变流器能够在稳定直流侧电压的同时实现变流器自同步,然而直流电压动态与控制环相互作用可能会引起系统低频振荡。为了研究低频振荡产生的机理,建立了计及直流电压同步控制环与交流电压环的构网型变流器“功率-功角”稳定性分析模型,分析发现直流电压同步相比于功率同步会引入更多的相位滞后,同时交流电压环也会在环路中引入相位滞后,导致系统环路增益在具有高幅值的低频范围内存在-180°相位穿越,进而引发低频振荡问题。基于低频振荡机理分析,提出两种对直流电压同步控制进行相位补偿的方法,通过重塑系统环路低频高增益区的相位,实现对低频段的阻尼控制和振荡抑制。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

基于镜像虚拟电阻技术的三相光伏逆变器直流电压波动抑制策略

针对光伏逆变器直流侧电容电压波动的问题,根据光伏逆变器直流电压波动的机理和其主要输出有功功率的特点,提出一种镜像虚拟电阻技术用以解决光伏逆变器直流电压波动的问题。该策略只需在逆变器正常工作的基础上增加少量计算,具有较高实用性。对于谐波分量,光伏逆变器等效为一个与基波等效电阻大小相等、方向相反的镜像虚拟电阻吸收电网谐波功率,同时可显著减小直流侧电压波动的问题。仿真和实物实验结果均验证了该策略的有效性。

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理,然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证,结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高,且获得良好的动态性能。

多端柔性直流输电系统直流电压混合控制策略

多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制主要有直流电压偏差法和直流电压斜率法。直流电压偏差法在控制模式切换时存在较大的直流电压波动,而直流电压斜率法的有功潮流不能精确控制。针对现有方法的缺陷,提出一种直流电压混合控制策略,设计4阶混合控制器结构,阐述混合控制器配置原则和降阶变结构方法,最后搭建典型的三端柔性直流输电系统进行了仿真验证,证明了直流电压混合控制策略的直流电压接管更加平稳,并可以实现有功潮流的精确控制。

考虑动态平衡的MMC宽直流电压双闭环控制方法研究

针对在直流母线电压宽幅波动场景下模块化多电平换流器(MMC)型柔性牵引变流器功率、电压和电流等暂态响应波动较大的问题,提出了一种指令电压和负载电流前馈补偿的双闭环MMC控制方法。在基于功率平衡的基础上,引入指令电压前馈控制来提高系统在直流母线电压宽幅波动瞬间的稳定性;并结合负载电流前馈控制对控制误差及扰动进行了补偿和抑制,解决了变流器功率、电流在暂态响应瞬间波动幅度较大的问题。最后在MATLAB/Simulink搭建仿真实验平台,验证了所提控制方法的可行性及有效性。

直流电压下局部放电数值模拟方法研究综述

本文分别介绍了直流电压下局部放电数值模拟的三电容模型、电导模型以及等离子体模型的建模方法和优缺点,梳理了近年来国内外学者运用这3种模型取得的研究成果。对近年来直流电压下局部放电测试方面的研究进行了归纳整理,总结了温度、绝缘材料、电压谐波、大气压以及绝缘缺陷等因素对直流电压下局部放电特性的影响。最后讨论了当前数值模拟方法研究中仍然存在的不足,展望了今后研究需要继续深入的方向。

相角前馈改善STATCOM直流电压控制的分析与仿真

STATCOM是应用非常广泛且被长期研究的灵活交流输电装置,STATCOM性能的提升和成本的降低一直是研究的重点和热点。在分析基于派克坐标变换的三相锁相环鉴相器输出特性的基础上,提出了具有相角瞬时跟踪特性的三相锁相环,改进STATCOM直流电压的暂态性能,以期通过减少直流电容容值、增加直流电压来提升直流电容或IGBT等部件的利用率。在PSCAD软件中分别搭建了三相桥STATCOM和链式级联STATCOM的等值仿真系统。系统地仿真并分析了无功电流指令的跃变,电网电压幅值、相角和频率的跃变等小扰动工况和电网发生短路故障的大扰动工况。仿真分析对比的结果表明,如STATCOM公共连接点电压相角在扰动过程中有显著变化,则新方法的直流电压控制特性显著优于传统方法,无功功率响应速度也略有提升,且能明显降低直流电容的电气应力。

基于直流电压同步的磁链源型构网控制方法

现有跟网/构网控制方法难以实现在强、弱电网中的一致稳定运行,因此提出一种基于直流电压同步的磁链源型构网控制方法。基于直流电压同步控制环和交流电压幅值控制环获取并网母线三相磁链参考值,通过脉宽调制控制实现实际磁链对参考磁链的跟踪,使得逆变器具备磁链源特性。推导了磁链追踪误差的有界性,对磁链同步控制进行了稳定性分析,进行了大干扰稳定性测试分析。结果表明,磁链源型构网逆变器相比传统跟网和构网逆变器具有更优异的短路恢复能力和同步稳定性,并且可与强、弱交流电网兼容稳定运行。

基于直流电压前馈的构网型光伏稳定性优化控制策略

构网型光伏表现出电压源特性,对电网具有较强的适应性。文中以基于直流电压同步的构网型光伏为研究对象,建立了构网型光伏的阻抗小信号模型,通过阻抗分析研究了构网型光伏的稳定性。在稳定性分析基础上提出了基于直流电压前馈的构网型光伏稳定性优化控制策略,对比分析了改进的构网型光伏的稳定性。最后通过控制器硬件在环实验验证了文中所提控制策略的有效性和理论分析的正确性。

基于变容二极管的直流电压非接触测量方法研究

为解决接触式测量技术对原电路的侵入性和安全性问题,根据变容二极管PN结反向偏压下的电容特性,提出了一种基于变容二极管的非接触式直流电压测量方法。该方法通过电场耦合效应感应待测直流电压,通过正弦信号激励和相关测量技术实现变容二极管的电容测量。利用LTspice软件对设计的测量电路进行仿真,并搭建实验测量系统。仿真和实验结果表明:该测量系统可以实现非接触式的直流电压测量,在变容二极管的工作电压范围内,相对测量误差≤2.50%。文中提出的测量方法,摒弃了传统直流电压非接触测量方式中的机械运动部件,具有较好的应用前景。

直流电压下热老化对表面划伤交联聚乙烯电缆局部放电特性的影响

为了研究热老化对表面划伤交联聚乙烯(XLPE)电缆直流局部放电发展过程的影响,本文采用实体10 kV电缆制作了表面划伤缺陷模型并进行不同时间的加速热老化处理,利用脉冲电流法研究了直流电压下缺陷电缆的局部放电特性。基于缺陷电缆局部放电量随加压时间的变化,提取出最大放电量、不同放电区间的平均放电量和放电重复率的统计图谱,然后基于电荷运输理论提出了局部放电和电荷输运模型对缺陷电缆局部放电结果进行解释。结果表明:缺陷电缆的局部放电起始电压随着老化时间的增加而增大,其放电量-时间图谱呈现“梳齿”状放电特征;随着热老化时间的增加,缺陷电缆在>100 pC区间的平均放电量和放电重复率逐渐减小,且其“梳齿”状放电特征在老化21天时彻底消失,表现出局部放电的自愈性。热老化过程中XLPE划伤缺陷表面氧化产生了电荷陷阱,由此产生了均匀密集的空间电荷层,使缺陷内部电场下降,从而削弱了缺陷电缆的局部放电。研究结果为XLPE电缆缺陷的直流局部放电研究提供了数据支撑。

10 kV宽频直流电压互感器设计

10 kV阻容分压原理的直流电压互感器在实际工况下的阻容匹配关系不易满足,使其响应带宽不能满足要求。基于10 kV阻容分压原理的直流电压互感器在实际工况下的等效电路及其参数,建立了实际工况下的频率特性传递函数模型。分析了直流电压分压比和频率特性的影响因素,获得了分压电阻初始精度对直流电压分压比影响程度、分压电容初始精度和杂散电容对频率特性影响程度的定量结果。提出在阻容分压器低压臂并联阻容匹配单元的解决方法,结合阻容分压器分压主体电阻电容参数的选取,可通过匹配电阻校准直流电压分压比,并通过匹配电容补偿直流电压互感器的频率特性。最后,进行了样机试验,结果表明匹配电阻将直流电压分压比10 000∶5.015校准到了设计值10 000∶5,匹配电容使10 kV直流电压互感器在50 Hz~3 kHz的带宽内幅值误差从高达14%降低到接近1%。

并网双馈风电场直流电压时间尺度小干扰稳定性分析

并网风电场引发的宽频振荡稳定性问题严重影响新能源电力系统的安全稳定运行。针对并网双馈风电场直流电压时间尺度小干扰稳定性问题,首先,推导了双馈风电场全阶线性化模型,在此基础上构建并网双馈风电场含转子侧换流器功率外环控制和网侧换流器直流电压外环控制的聚合模型。其次,根据劳斯-赫尔维茨定理推导出并网双馈风电场小干扰稳定性判据。基于小干扰稳定性判据,揭示了交流电网强度、风机有功功率、双馈风机控制参数和风电场网络结构是如何共同影响系统的小干扰稳定性。最后,以15台双馈风机构成的并网双馈风电场为例,验证了本文理论推导的正确性和有效性。

多直流电压等级电网运行稳定控制系统

电网运行稳定控制系统易受电场波动的影响,诱发直流电压发生持续波动的情况。为此,在分析多直流电压等级后设计了一种新的电压等级电网运行稳定控制系统,从电网运行系统的硬件和软件两方面进行优化。系统硬件主要由变压器和变换器组成,变压器选择DIAU-1928系列的直流电力变压器,变换器采用SCC-9901型DC变换器作为控制系统的核心设备。分析直流变压器漏感的影响和直流变压器频率的影响,建立稳定性分析程序和电网控制程序,实现软件流程。实验结果表明,多直流电压等级电网运行稳定控制系统在电场出现波动时,确保电压基本稳定在1.01 pu,能够起到较好的控制作用。

继电保护设备直流电压电位及其测量方法分析

针对继电保护设备的二次回路、装置插件的直流电压电位复杂多样的情况,基于保护设备的插件功能与构成、二次回路与继电器的特点,对直流电压电位进行分析总结,并结合运行操作人员在投入继电保护设备时需测量压板电位的要求,给出安全、准确、可靠的压板电位测量方法。