电压控制型虚拟同步发电机的高频谐振特性分析与抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)模拟同步发电机的运行机制,引入了有功调频和无功调压控制环节,与传统电流控制型变流器不同,是一种电压控制型策略。文中立足电压控制型虚拟同步发电机控制结构和网源协调特性,构建小信号分析模型,分析在不同控制参数与电网参数场景下的振荡模态,进而掌握电压控制型虚拟同步发电机并网系统的高频谐振特性,并针对性提出高频谐振抑制策略。首先,分别建立电压控制型虚拟同步发电机、传统变流器各控制和电气环节的小信号分析模型,通过特征根分析方法,定量分析所有特征根的振荡模态和阻尼比,发现电压控制型虚拟同步发电机存在与传统变流器类似的高频振荡模态;同时分析虚拟同步发电机控制参数变化、电网强弱场景对其高频谐振阻尼作用机理。其次,基于电压控制型虚拟同步发电机控制策略,以有源阻尼方法为解决思路,提出基于电流内环前端通道引入虚拟阻抗控制策略的谐振抑制方法,抑制其高频谐振。最后,利用Matlab/Simulink仿真和RT-LAB控制器在环实验结果验证所提出的控制策略,结果表明虚拟阻抗控制环节起到有效正阻尼作用,相比于无源阻尼方法,在无需额外增加测点和外部控制量的情况下,电压控制型VSG网侧阻尼特性改善,暂态响应能力增强,高频失稳现象得到有效抑制。

面向柔直换流站高频谐振问题的换流变压器建模与参数辨识

围绕张北柔直康保站空母线高频谐振问题,重点研究换流变压器在高频段呈现的阻抗特性与建模方法,并应用于模块化多电平换流器(MMC)空母线高频谐振问题的分析。首先介绍换流变压器的高频特性,建立考虑电容效应的换流变压器高频等效模型;其次基于康保站换流变压器实测的频率响应数据,利用改进鲍威尔算法反演计算得到换流变压器的高频等效模型参数,并与实测数据进行对比,校验换流变压器关键参数并确定模型适用范围;再次分析换流变压器等效电容参数对其高频阻抗的影响规律;最后基于换流变压器高频等效模型,仿真复现康保站MMC空母线高频谐振现象,验证了所建换流变压器高频等效模型的准确性以及对研究MMC空母线高频谐振的重要性。

含SVG的双馈风场风速变化条件下高频谐振问题分析

大规模风电并网导致宽频谐振问题日渐凸显,业内多认为电缆电容效应、控制器参数变化等是导致谐振的主要因素,而关于静止无功发生器(static var generator, SVG)、风功率变化与高频谐振内在因果关系研究尚未展开。针对低风速风场系统高频谐振问题,首先基于谐波线性化理论,考虑功率外环作用,建立SVG和双馈风机(doubly-fed induction generator, DFIG)的序阻抗模型。其次将风速变化纳入风机变流器建模,并建立空载电缆投入时风速变化与SVG阻抗的联系。然后利用阻抗交互揭示风机变流器阻抗变化对SVG阻抗特性的影响机理,指出区域内空载电缆投入后,低风速不仅降低系统在高频的鲁棒性,而且扩大了SVG高频负阻尼范围,导致系统高频谐振风险增加。最后,基于STARSIM-HIL搭建含SVG的双馈风场电磁仿真模型,并进行软硬件在环实验。实验结果证明了理论分析的正确性。

海上风电场经交流海缆送出高频谐振高效实用化分析方法及其工程实践

2022年,国内某经交流电缆送出的海上风电场发生了高频谐振引起风机脱网事件,谐振频率超过现有标准规定的评估范围。针对海上风电场经长距离交流海缆并网产生的高频谐振现象,提出一种高效实用化的阻抗分析方法,并针对此次事件开展详细的频域仿真分析。采用硬件在环仿真与离线仿真相结合的手段开展风电机组阻抗特性建模,对风电机组变流器进行硬件在环阻抗测试,并在离线仿真平台中实现阻抗数据拟合。考虑了海底电缆的结构尺寸,在离线仿真平台中采用依频模型对其进行详细建模,模型精度满足海上风电场的谐振分析需求。搭建海上风电场场站模型,通过与现场多种工况的高频谐振复现测试结果进行对比,验证了所用分析方法的有效性,并开展阻抗特性整改措施仿真研究,为工程实践提供重要参考和指导。

柔性直流输电系统高频谐振自适应抑制策略

近些年柔性直流在高频范围引起的振荡稳定问题日益频繁,已经对电力系统的安全稳定运行造成了影响。由于实际系统的网络拓扑与运行方式复杂多变,因此柔性直流高频带宽内的谐振特性复杂,给柔性直流高频谐振的抑制带来了挑战。为提升高频谐振抑制策略在系统多运行方式情况下的适应性,首先对系统的阻抗特性进行了建模研究,然后分析了不同抑制策略的缺陷,基于以上研究提出了基于自适应带阻滤波器的高频谐振抑制策略。该策略通过调节附加带阻滤波器的数量及参数,有效解决了交流系统不同运行方式下高频谐振频率多变问题,具有较强的适应性,最后通过PSCAD电磁暂态仿真验证了所提抑制策略的有效性。

含静止无功补偿装置的光伏电站高频谐振分析及抑制策略研究

光伏电站汇流网络的阻抗分布复杂,与静止无功发生装置(static var generator,SVG)及电网阻抗交互作用引发的高频谐振问题机理不明,且缺乏有效的高频谐振抑制措施,频发的高频谐振问题已威胁到了光伏并网系统的安全稳定运行。论文针对含静止无功装置的光伏电站高频谐振机理及其振荡抑制措施开展研究工作。首先,建立光伏电站统一阻抗模型,分析光伏电站中各装置阻抗的高频影响因素,并建立高频特征阻抗模型;然后,通过构建光伏电站的序阻抗网络,将光伏电站等效聚合为源–载阻抗系统,分析光伏电站高频谐振的形成机理及其影响因素;提出一种基于SVG高频阻抗重塑的光伏电站谐振抑制方法,通过SVG高频相角补偿实现光伏电站高频振荡的有效抑制,并给出参数整定方法;最后,采用RT-LAB控制硬件在环完成高频振荡机理分析及其抑制控制的实验验证。

集群风场系统链式SVG高频谐振分析与抑制

针对含链式静止无功发生器(static var generator,SVG)的风场区域系统高频谐振问题,首先采用谐波线性化的方法建立包含锁相环、功率外环以及电流内环在内的SVG谐波阻抗模型。利用阻抗分析法对风场区域空载线路投入对SVG稳定性的影响进行分析,揭示风场区域系统高频谐振的发生机理。然后,为抑制系统高频谐振,提出一种基于电压前馈附加带阻滤波器的SVG高频谐振抑制策略。对SVG侧中高频段等效阻抗进行重塑,以保证在该频段系统呈正阻尼状态。并讨论带阻滤波器中心频率和阻尼系数对系统相位裕度的影响。最后利用搭建的含链式SVG风场区域系统仿真模型,验证了理论分析的正确性和所提抑制策略的有效性。

考虑频率耦合效应的柔性直流输电高频谐振抑制措施

模块化多电平换流器的频率耦合效应会影响换流器的阻抗特性,进而影响高频谐振抑制措施的有效性。文中首先考虑频率耦合效应建立模块化多电平换流器交流侧导纳矩阵模型;接着,定量地分析常见高频谐振抑制措施对系统频率耦合效应的影响,结果表明在常见高频谐振抑制措施下系统频率耦合效应有加剧趋势;随后,提出一种同时抑制频率耦合效应和高频谐振的措施;最后,以鲁西背靠背异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了模型的正确性及所提措施的有效性。

广东电网背靠背直流高频谐振风险及应对措施

基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的柔性直流输电系统接入电网后可能发生高频谐振现象,进一步导致柔性直流换流站执行闭锁逻辑保护对交流主网将产生严重的冲击。因此,研究柔性直流高频谐振及其抑制方案对提高工程安全性和可靠性具有重大促进作用。首先利用HISCAN软件对广东电网2025年规划交流电网进行了谐波阻抗扫描,采用广义奈奎斯特判据对广东电网系统存在的高频振荡风险点进行了全面的排查,然后通过所建立的电磁暂态模型进行时域仿真对柔性直流互联系统高频振荡进行时域评估和验证,最后针对系统可能存在的高频谐振点提出了解决振荡风险的相关抑制策略。

基于全数字仿真的车网高频谐振分析与抑制技术研究

文章基于Matlab-Simulink仿真平台,结合交流牵引供电网链式模型和高速动车组牵引系统模型,搭建全数字车网综合仿真模型。通过模型中预留的可调节牵引供电网、动车组控制参数接口和可变运行工况等功能,复现实车运行中出现的高频车网谐振现象,并研究牵引供电网参数、牵引控制器参数和动车组数量对车网高频谐振的影响。在此基础上,提出改变牵引系统四象限整流器控制参数以抑制车网高频谐振的优化方案,并通过全数字仿真和正线运行测试,验证该方案的可行性和有效性。

基于双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制对策研究

本文对双馈风电并网系统高频谐振机理,通过建立阻抗模型以及频率响应关系来研究对电网接入时的不同补偿方式进行考虑,并提出附加阻尼控制来抑制高频谐振。

高频谐振逆变器的功率MOS管驱动电路

负载谐振桥式逆变器中功率MOS管工作在软开关状态,开关频率的提高,要求门极驱动电路具有充电电流大、开关速度快、驱动损耗小的特点。文章通过对传统门极驱动电路和现存的谐振驱动电路分析比较后,提出了适合高频谐振逆变器中功率MOS管的谐振电流型驱动电路,并分析了其工作过程。理论分析与实验结果表明:此驱动电路中功率MOS管的充放电电流近似为恒流,减少了开关时间;电感电流不连续,降低了驱动电路的通态损耗;二极管钳位电路,为功率MOS管门极关断提供反压,进一步缩短了功率MOS管关断时间;电感存储能量回馈给供电电源,提高了驱动栅压,降低了功率MOS管的导通电阻等优点。

高频谐振功率放大及倍频实验电路的设计

高频谐振功率放大及倍频是"高频电子线路"课程教学中的重、难点内容。本文重点介绍了一种高频谐振功率放大及倍频实验电路,该电路将高频振荡电路、甲乙类谐振放大电路、丙类谐振功率放大以及倍频电路融合在一起。其中丙类功放创新采用并馈串联谐振回路,并进行了理论分析,同时也详细地叙述了级间匹配。将这套电路引入课堂教学和课后实验,可以帮助学生更深刻的理解高频电子线路相关内容,并为今后的设计工作打下良好的基础。

应对并补电网下DFIG系统高频谐振的宽频阻抗重塑策略

并联补偿在电力系统中广泛用于无功补偿及提高电网电压供电质量,当基于双馈式感应发电机(DFIG)的风电机组接入并补电网时,若其阻抗与并补电网阻抗不匹配,则风电机组与电网的互联系统会引发高频谐振,恶化系统运行性能。提出一种基于阻抗重塑技术的DFIG系统高频谐振抑制策略,在分析DFIG机侧和网侧阻抗的基础上,在网侧变流器中引入了基于切比雪夫滤波器的阻抗重塑控制器,对DFIG系统高频段阻抗特性进行宽频域范围重塑,从而避免了已有高频谐振控制策略中的谐振检测环节,改善了目前基于谐振频率检测的谐振抑制策略中存在的在并补度改变时谐振抑制性能下降的问题,提高了DFIG系统对并补电网的适应能力。进而,分析了所提出的谐振抑制策略对基频控制的影响,并对所提DFIG系统高频谐振抑制策略进行了仿真验证。

高频谐振式铅酸蓄电池修复系统的研究

针对铅酸蓄电池充放电过程中存在极板易硫化导致电池失效报废现象,研制了一款高频谐振式修复仪。采用恒压电源叠加高频谐振电路的方法,修复电路产生频率丰富的谐波信号并与硫酸铅晶体产生共振,从而溶解不同体积和形状的硫酸铅晶体,消除铅酸蓄电池的硫化,恢复蓄电池原有容量。高频谐振及放电电路作为主电路,以AVR单片机为核心设计了控制系统。实验和运行表明,所研究的修复系统可安全可靠地实现对硫化铅酸蓄电池的修复,达到了设计要求。

高频谐振型直流变压器模块设计与研究

此处针对电力电子变压器(PET)中核心直流变换环节,提出了使用LLC串联谐振变换器作为高压大功率的高频谐振型直流变压器的基本模块,并详细分析了各项设计原则,以实现高功率密度条件下高效稳定地直流功率变换。分析了该高频谐振型直流变压器工作原理及稳态增益的频谱特性。通过简化等效电路推导出了该直流变压器谐振轨迹特性,以指导谐振电容的设计。详细分析和推导了高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗及变换器开关损耗的计算方法,并研究了影响直流变压器模块效率的各项因素。最后,研制了一台实验型高频谐振型直流变压器,通过实验结果验证了大功率高频谐振型直流变压器模块设计理论的可行性与正确性。

并网型中压变流器高频谐振抑制策略

电感—电容—电感(LCL)逆变器接入弱电网时存在高频谐振风险,一般采用滤波电容电流作为状态变量的虚拟阻尼技术实现高频谐振抑制。针对风电用中压变流器滤波电容电流采集受限的特点,提出一种采用网侧变流器电流作为状态变量的虚拟阻尼方法,同时采用带通滤波加相位补偿方式对虚拟阻尼进行优化,满足闭环系统低频段增益要求,同时补偿数字系统控制延迟的影响。最后,以实际中常见的弱电网起机加载和满功率运行时突遇弱电网两种典型工况对高频谐振策略进行仿真与试验验证。

高频谐振载荷作用下疲劳裂纹尖端变形场分析

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中,带有I型预制裂纹的CT紧凑拉伸试件裂纹尖端位移、应变场的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场并分析了其变化规律.为验证有限元计算结果的准确性,进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了CT试件疲劳裂纹扩展到5mm时在一个应力循环内裂纹尖端点的应变.研究结果表明:在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下I型疲劳裂纹尖端区域位移、应变均为和载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,I型疲劳裂纹尖端的位移、应变幅不断增大;裂纹尖端测量点应变有限元计算结果和实验结果最大误差为2.93%.

双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。

带整流器负载的微电网稳定性分析与高频谐振抑制

针对带整流器负载的微电网高频谐振问题,采用基于导纳的Bode稳定性判据进行理论分析,提出一种逆变器输出电流经过比例系数正反馈到电流给定的有源阻尼控制策略,可有效降低逆变器等效输出阻抗,提高系统的稳定裕度。针对整流器负载导纳的谐振峰值,提出虚拟电阻的控制策略,可有效抑制其谐振峰值,提高带整流器负载的微电网系统的稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件,验证上述理论分析的正确性。