补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

针对由中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge,CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator,HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。

抑制分布式静止串联补偿器对线路保护影响的方法研究

分布式静止串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)通过调节注入线路的电压可改变线路功率,优化电网潮流分布。针对现有交流线路保护算法难以适应DSSC串入线路运行的问题,提出了抑制DSSC对线路保护影响的方法。首先,分析了DSSC对交流线路保护的影响,证明了DSSC注入电压可能改变距离保护的阻抗测量值,导致距离保护有拒动或误动的风险。然后,提出了利用DSSC本体过流保护快速将DSSC旁路、或基于故障辅助判据主动将DSSC注入电压降为0的方法,以抑制不同类型的线路故障时DSSC对线路保护的影响。最后,基于硬件在环RTDS实时仿真平台以及浙江湖州DSSC示范工程现场进行试验,验证了所提抑制DSSC对交流线路保护影响的方法的有效性。

静止无功补偿器中的PID控制研究

介绍了静止无功补偿器中TCR与TSC的拓扑结构及工作原理,分析了TCR与TSC并联型SVC的结构、原理、控制方式等。采用MATLAB/SIMULINK仿真平台,对静止无功补偿器的基本结构以及整个SVC补偿系统进行了建模与仿真,基于瞬时无功功率理论的无功和谐波电流检测方法,采用PID控制,对仿真前后的波形进行对比,分析SVC的控制过程,验证SVC补偿的有效性。结果表明SVC可以实现对系统无功功率的有效补偿,且具有较好的动态特性。

基于ROGI-FLL的汽车充电站指定次谐波与无功优化

在能源转型背景下,电动汽车的应用呈爆发式增长,电动车集中式充电站的需求量也随之增长。由于汽车直流充电桩的整流装置,其开关模式使系统产生谐波,同时无功功率增加,功率因数降低。针对某电动汽车充电站,传统并联电容器补偿无法解决谐波干扰,提出通过降阶广义积分原理提取指定次谐波,结合静止同步补偿器在同步坐标系下双闭环补偿控制,加入锁频环节自适应跟踪电网频率,综合补偿谐波与无功功率。通过建模分析,结果补偿系统THD指数由28.65%降至3.64%,功率因数提高至0.95以上。

注意力机制和多目标粒子群混合驱动的配电网无功优化

配电网安全稳定运行的关键之一是解决好配电网的无功功率平衡,尤其是高比例分布式光伏无序接入条件下,挑战巨大。为此,提出了一种注意力机制和多目标粒子群混合驱动的高比例分布式光伏配电网无功优化方法。首先,针对光伏出力强不确定性而预测难的问题,提出了基于Transformer的光伏预测模型,并与长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)以及卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)神经网络进行对比,验证了所提模型的精确性。进一步,针对强间歇性的分布式光伏高比例接入配电网的无功优化难题,提出了一种基于注意力机制的多目标粒子群算法(multi-objective particle swarm optimization algorithm based on attention mechanism,AMOPSO),将注意力机制应用于多目标粒子群算法,从而可减少粒子群算法本身不必要的搜索范围,有效地避免陷入局部最优,获得高比例分布式光伏配电网无功优化的调度策略。最后,在改进的IEEE33节点配电网系统中进行算例分析,验证了所提算法的有效性。

考虑STATCOM多种控制模式的无功储备优化方法

针对静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在无功补偿以及抑制电压频繁波动等场景下的优良特性,对STATCOM的V-I输出特性进行详细分析,说明其参与电压控制的原理以及和容抗器相比具有的优越性。为了增大STATCOM的无功裕度,使之有足够的能力应对电力系统可能出现的各种扰动,提出STATCOM接入系统的各种控制模式,以及在稳态电压控制模式下的无功置换策略和远方自动电压控制(automatic voltage control,AVC)模式下的无功置换优化方法。在远方AVC模式下,以STATCOM无功置换后出力最小和容抗器动作次数最少为目标函数,将容抗器投切次数作为罚函数引入到目标函数中,并讨论罚函数系数的确定方法和合理性。结果表明,该无功置换优化模型可以满足调压的同时最大限度地提升STATCOM的无功裕度,同时可以使容抗器的动作次数最少。

基于数字孪生技术的电站输出电压智能监测系统设计

为了提升变电站的输出电压异常监测效率,有利于提早采取防护措施,对降低事故的发生具有重要意义。为此,研究设计基于数字孪生的变电站输出电压异常监测系统。通过数字孪生技术构建变电站输出电压监测系统框架;并对电压监控系统上位机、下位机的硬件结构进行设计;根据三维可视化技术对变电站输出电压异常状态进行跟踪,利用数字孪生技术与跟踪微分器完成异常输出电压的识别。实验结果表明,所提方法的变电站输出电压监测实时性高、监控效果好。

含感应加热电源的电网电压畸变信号智能判别研究

感应加热电源运行过程中,受光伏电网周边环境扰动的影响,造成线路谐波引起电压畸变。提出含感应加热电源的光伏电网母线电压畸变信号判别方法,以期保证光伏电网的稳定运行。建立谐波耦合导纳矩阵模型,完成含感应加热电源的电网电压畸变情况分析;通过波形包络阈值线在时域、小波域、频域上提取电网电压扰动信号特征;基于支持向量机方法完成电压畸变信号的判别。实验结果表明,所提方法在单一扰动信号和多种扰动信号情况下,均具有较高的电压畸变信号识别正确率和效率。

基于MATLAB的TSC静止无功补偿器仿真研究

随着我国经济高速增长,各行业的电力需求急增且区域用电不均,有效的无功调节手段是解决这些问题的有效措施。基于此,文章分析了晶闸管投切电容器型(TSC)静止无功补偿器的基本原理,并分析了TSC主回路的主要部件、电容器连接方式、电容器分组方式、晶闸管投切电容器的控制系统及电容器容量的确定,通过计算完成MATLAB仿真实验建模,在MATLAB中完成了对晶闸管投切电容器型静止无功补偿器的仿真分析。

三相不平衡电压的复系数滤波锁相环方法

在电力系统正逐渐呈现出弱电网的趋势下,电网的三相电会经常出现三相不平衡和含有电力谐波的工况,这些恶劣工况会对各种并网逆变器的锁相环结构的快速性、精确性、稳定性提出更高要求,传统的SRF-PLL已经无法满足需求。基于复系数滤波的思想,对传统锁相环进行改进,给出了一种复系数滤波的锁相环系统设计方法。通过Simulink仿真实验验证了所提出的设计方法的正确性。

一种DVR叠加控制和纠频校准的电压暂降补偿方法

传统DVR补偿控制容易引入计算偏差和高频干扰。文章基于直流量的双侧双环叠加的电压暂降补偿控制方法对传统交流量PI控制器进行改进,提出DVR耦合元件源侧和输出侧构成双侧反馈,提高了控制效果,在传统正弦波正向过零相位跟踪方法的基础上,提出了双向过零相位跟踪方法,解决了控制系统无法捕捉正弦波过零后相位跳变的问题。通过仿真和实验,验证了本文提出策略的有效性。

移动式10 kV配电线路低电压补偿装置的研制

10 kV配电线路末端低电压现象是配网运行中的常见问题。为解决10 kV配电线路末端低电压问题,研制了一种移动式10 kV配电线路低电压补偿装置。该装置采集10 kV配电线路的三相线电压数据,并将所采集的线电压数据与标准的10 kV电压数据进行对比,计算出补偿电压的结果,最终依据补偿电压利用柴油发电机进行发电,并调节补偿用降压变压器模块的变比,使装置输出的电压与10 kV配电线路的实际电压进行拟合,从而实现对10 kV配电线路电压水平的动态调节,使10 kV配电线路末端的电压水平趋近于标准电压,改善10 kV配电线路末端的低电压问题。

三电平静止无功补偿器控制策略探究

近年来,新能源的并网发电量越来越大,在这一背景下,需要通过技术措施提高电网的稳定性和电能质量。三电平静止无功补偿器对以上目标的实现具有重要作用,而传统的电压电流双闭环脉冲量输入控制策略存在一定的缺陷,不能适应大功率场景。文章重点分析了模型预测电流控制策略中的多步预测控制算法,将其应用于三电平静止无功补偿器。经过仿真,该控制策略显著降低了电网电流总谐波失真和开关频率,实用性更强。

储能型STATCOM的优化电压支撑控制策略

针对高压直流输电系统受端换流站发生接地故障时暂态电压失稳问题,提出一种综合故障检测与有功无功输出的储能型链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)控制策略。储能型STATCOM具有功率四象限运行能力,通过协调装置输出的有功、无功功率可以优化电压支撑效果。首先,改进了故障检测方法,采用双重检测快速判断故障起止时刻。其次,在故障期间控制储能型STATCOM输出一定量的有功功率,可以有效抑制受端连续换相失败,抬升交流电压最低值。同时,对无功功率进行控制切换,避免故障清除后无功回撤不及时导致的受端暂态过电压问题。在PSCAD/EMTDC仿真平台的CIGRE标准系统中对所提电压支撑控制策略与储能型STATCOM常规控制进行对比。结果表明,在不同故障场景中,所提控制策略均能达到更好地电压支撑的效果。

基于静止无功发生器详细模型的机电暂态仿真适应性分析

机电暂态仿真是大电网分析的重要工具。现有电力电子设备的机电暂态模型一般呈现理想电流源特性,无法体现设备自身稳定性及能力约束对于系统暂态特性的影响。在电力电子化电力系统背景下,以上不足降低了仿真准确性,制约了电网运行极限制定与新能源送出能力。文中基于旋转坐标系推导了静止无功发生器及控制系统的标幺化数学模型,并建立了对应的机电暂态模型。在建模精度与电磁暂态模型一致的前提下,通过模态分析法对比了机电暂态仿真与电磁暂态仿真的主要差异,揭示了机电暂态仿真的能力边界与适用范围。结果表明,机电暂态仿真能够揭示与工频能量流有关的功角、频率、电压稳定特性,而不能反映与电网动态强相关的谐振或者宽频振荡特性。

基于反事实多智能体强化学习和有功无功协同控制的配电网电压优化

大量分布式电源的接入使配电网的结构与控制方式发生改变。针对分布式电源间歇性和波动性引起的电压越限问题,通过调节系统中无功潮流与有功潮流的分布来维持配电网的电压稳定。提出了一种基于反事实多智能体策略梯度(counterfactual multi-agent policy gradients, COMA)算法的配电网电压协同优化方法,通过反事实基线解决了多智能体强化学习中的“信度分配”问题,实现有功出力设备和无功补偿设备的联合优化调度。智能体通过局部观测值选定动作,减轻系统的通信压力,且不依赖精确的潮流模型,以实现配电网的实时优化控制。通过改进的IEEE33节点系统和141节点系统验证了所提算法的可行性与有效性。并与经典算法的控制效果进行比较,进一步证明所提算法在配电网电压优化控制方面的性能优势。

高压级联SVG电流PR控制策略

对SVG在出现无功阶跃扰动时的补偿控制进行深入研究。SVG在无功功率调节时,如果出现阶跃扰动,无功功率的调节会直接影响有功功率的调节,这是因为传统的旋转坐标系控制方法对于有功功率和无功功率的控制环路之间存在耦合关系。为此,文中引入了有功和无功的解耦控制。另外,无功的阶跃信号会引起直流母线电压的突变,故将直流分量引入装置侧输出电流的值,并将这个直流分量滤除,保证控制的稳定性。最后在仿真的基础上,以光伏电站为背景对所提方法进行现场验证,结果充分证明了该算法的有效性。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

基于电压重注式STATCOM的控制策略研究

随着电力电子器件的制造水平不断提升和人们对电能质量要求越来越高,基于电压重注式变换器的静止同步补偿器(STATCOM)动态响应速度快,不需要滤波装置且输出电压谐波含量较低,并且适用于高压大功率的输电系统。直流电压重注式STATCOM的主电路重注拓扑结构由两个三相全桥串联和附加的重注支路构成,重注支路采用级联H桥结构。重注电压产生过零区间能够实现三相全桥开关零电压通断,设计了重注支路脉冲序列构成方法并提出改进循环逻辑触发时序,仿真表明重注支路在特定的循环触发脉冲作用下可以有效抑制重注式级联H桥中电容电压不平衡。利用仿真平台验证了该变换器在过零关断、消除谐波等工作特性方面的优点。把无功电流作为直接的控制命令,建立闭环控制系统,验证该STATCOM在高压大功率系统中能够有效降低谐波含量和开关频率,提高装置和系统的运行可靠性,特别适用于高压大功率环境。

高压SVG级联H桥模块等电位研究

高压级联型SVG装置由数个H桥模块级联而成,由于其电压等级、绝缘要求高,H桥模块不接地,处于悬浮状态。IGBT工作会产生大量的热量,因此开关器件衬底需要紧贴散热器表面以更好的散热,但同时也形成了较大的分布电容。散热器受IGBT开关电压和分布电容影响会感应电压,悬浮散热器就相当于电磁辐射源,会产生严重的电磁干扰。本文通过建立H桥模块近场耦合模型,分析了散热器悬浮的危害,并搭建仿真模型进行验证。最后针对散热器悬浮及等电位联结对模块电磁干扰影响的研究,搭建试验平台,通过多维度比较,最终得到散热器直流中点等电位联结为最佳方式。