基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器(LCC-MMC)的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器(MMC)的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

考虑整流性负载特性的LCC-S型无线电能传输系统优化设计

无线电能传输系统中的整流性负载具有非线性特征,而对系统传输特性分析和谐振参数设计时常采用基波分析法,将整流性负载等效为纯电阻,导致理论分析与实际存在一定偏差、系统偏离谐振状态。针对该问题,以LCC-S型无线电能传输系统为研究对象,考虑谐波以及整流性负载的非线性,对系统传输特性进行分析,进而提出基于整流性负载补偿的负载阻抗和接收端串联谐振电容参数的计算方法,并对逆变电路开关特性进行分析验证。所提接收端谐振参数设计方法能够使系统接收端回路谐振,提高系统的输出功率;降低逆变电路开关管的关断电流,提升系统的传输效率。搭建了一套2.5 kW的LCC-S型无线电能传输实验平台,验证了理论分析与所提参数设计方法的有效性和正确性。

双极型LCC-HVDC直流系统作为黑启动电源的启动方法及策略

科学合理的黑启动电源及方案是应对电网灾变停电的最有效策略,可加快其系统恢复进程,大幅减少停电损失。双极型换相换流器型高压直流系统(LCC-HVDC)具有调节灵活输电容量大的优势,但其作为黑启动电源存在一定的困难。提出了以双极型LCC-HVDC为黑启动电源的黑启动方法及完整过程,实现向受端无源网络恢复供电,以加速其恢复进程。首先给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源时所面临的问题及相应的解决策略;进而给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源恢复向受端无源网络恢复供电的实现过程。该过程包括2个阶段,第1阶段实现双极型LCC-HVDC的仿融冰模式启动;第2阶段为从仿融冰模式过渡到向受端无源网络恢复供电过程。算例证实了该启动方法的有效性和正确性。该方法使双极型LCC-HVDC具备了黑启动能力,并利用直流系统为受端电网的系统恢复过程提供了电压和频率支撑。

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(一):扰动传递路径分解

与常规直流相比,永富直流逆变站存在功率全送和功率分送运行方式,而其处于分网接入方式时电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage directcurrent,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及特征尚不明确。针对这一特殊运行方式,采用模块化建模的思路建立可以反映系统电气/控制回路间交互耦合路径的运动方程模型。在此基础上,依据系统整流侧-逆变侧、正极-负极间的交互耦合路径分解得到影响系统主导模式稳定性的3条扰动传递路径,即整流侧内部自稳性路径、逆变侧内部自稳性路径、双极交互作用致稳性路径。最后,设置不同工况下的案例,量化评估不同作用路径提供的阻尼大小,并通过仿真验证运动方程模型及扰动传递路径分析结果的正确性,为后续研究分网接入方式下LCC-HVDC系统交互振荡模式的阻尼特征提供模型基础。

分网接入方式下LCC-HVDC系统运动方程模型及交互振荡模式的阻尼特征(二):交互振荡模式研究

为研究分网接入方式下电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的交互振荡模式及阻尼特征,基于系统的状态空间模型及系列文章(一)建立的运动方程模型,提取了表征逆变侧电气与控制环节强耦合特性的多个弱阻尼交互振荡模式,研究了不同短路比工况下交互振荡模式的变化特征。在此基础上,通过复转矩系数法量化评估了整流侧/逆变侧内部自稳性路径及双极交互作用致稳性路径对主导交互振荡模式阻尼特性的贡献度。结果表明:1)不同短路比工况下交互振荡模式的阻尼比会进行重新分配;2)当逆变侧正负极短路比相差较大时,双极交互作用较弱,正负极系统的稳定性由2个交互振荡模式各自主导,且稳定性特征有所差异;3)当逆变侧正负极短路比相近时,双极间动态交互加强,交互振荡模式会同时主导参与系统两极的稳定性,正负极稳定性特征相似。

基于遗传算法的双边LCC拓扑IPT系统的抗偏移性能研究

针对AGV无线电能传输过程中存在的位置偏移情况,提出一种基于双边LCC拓扑的新型磁耦合结构,并基于遗传算法进行了优化设计以进一步提升IPT系统在水平方向的抗偏移性能。首先,详细推导了双边LCC拓扑的补偿网络参数和各支路的电流表达式;其次,介绍了在双极性平面绕组4D线圈的基础上增加一个正交Q线圈的新型复合磁路机构,以提高系统的抗偏移性能和传输性能;然后以SM作为优化目标,采用遗传算法对4D线圈各物理参数进行迭代优化,进一步提升系统的性能;最后,搭建实验样机对该新型磁耦合结构进行了验证,实验结果表明:正对时新型磁耦合结构传输功率为300 W,传输效率为87.12%;接收线圈在水平向偏移百分比δ<20%的范围内输出功率最大波动率小于48%,并保持传输效率始终高于80%,满足实际的需求。

基于节能经济目标的电网项目LCC论证难点分析及对策

电力企业已逐步开展电网项目LCC论证研究,但论证总体水平还不高。重点收集了电力企业对于LCC论证的相关要求及优势,了解了LCC论证存在的管理难点及技术难点。以典型35 kV开关改造项目LCC论证为例,开展了项目方案LCC深入论证比选研究,分析了不同项目类型LCC论证方法及深度要求,以加强项目论证水平。

用于PVD电源的新型三相LCC变换器

PVD直流等离子体电源在电源领域属于特种应用产品,广泛应用于集成电路制造中的金属及非金属材料溅射镀膜。针对集成电路制造产业中对PVD直流等离子体电源的应用需求,本文提出一种用于PVD电源的新型三相LCC变换器。

受端近区光伏电站对LCC-HVDC系统稳定性影响分析

中国湖北等地已形成高比例新能源和直流共同馈入的新型受端电力系统,光伏电站馈入直流受端换流站近区时,电力电子设备次同步振荡特性及子系统间交互作用有待分析。采用特征值分析法,对大规模光伏电站馈入对直流系统稳定性影响展开研究。首先,建立了大规模光伏电站直流受端并网系统小信号分析模型,从模态角度证实光伏电站馈入对直流系统稳定性存在较大影响。进一步,通过主导模态观察各子系统间的交互作用特性,以减小系统次同步振荡风险为目标,整定光伏控制参数可行域。最后,定义子系统参与度,衡量运行参数对系统间次同步交互作用的影响,得出受端电网强度较小、光照强度较大时,光伏电站与直流系统间交互作用更强的结论,同时在设计光伏电站并网时应选取阻抗比小的导线,减小光伏并网线路距离。研究结论可为光伏并网设计提供理论依据。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(二):阻抗特性与振荡机理分析

该文基于系列文章1建立的电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)阻抗模型,开展新能源基地经LCC-HVDC送出系统阻抗特性和振荡机理分析。首先,研究LCC-HVDC送端交流端口阻抗与阀本体交流阻抗、交流滤波器阻抗间的构成关系,分析直流线路、受端换流站、受端电网强度对送端换流站阀本体交流阻抗的主导影响;然后,研究送端换流站直流电流环对阀本体交流阻抗的重叠效应,分析送端换流站交流端口阻抗次/超同步频段负阻尼特性形成机理,并论述受端换流站和受端电网强度对送端交流端口阻抗特性的交互影响;接下来,建立新能源基地经LCC-HVDC送出系统等值模型,研究送端系统振荡边界条件,阐明LCC-HVDC对新能源并网点阻抗特性影响的变化规律,揭示直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)、双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)、光伏(photovoltaic,PV)不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统次/超同步振荡机理;最后,不同类型新能源基地经LCC-HVDC送出系统仿真结果验证了该文提出的次/超同步振荡机理的正确性和通用性。

基于LCC的三相四线制逆变器特性分析与控制

传统的三相四线制逆变器存在拓扑结构与控制复杂、工频变压器导致体积庞大等问题。以一种简单的基于LCC网络的三相四线制逆变器为研究对象,深入分析了其构造原理与工作特性,其每一相输出电压独立于负载,因此在为多种不平衡负载供电时具有输出电压自平衡功能。LCC网络的增益还可以提高直流母线电压利用率,满足电气化交通领域的应用需求。给出了LCC网络的参数设计流程。针对LCC网络内部复杂的耦合关系,采用双序αβ坐标系与单序dq坐标系结合的解耦控制方法,对其进行计算机仿真,并且搭建了1 kW/105 V的原理性实验平台,与4种典型三相四线制逆变器进行对比,验证了理论分析的正确性与所提控制方法的有效性。

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略.分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法.建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略.算例仿真结果表明:所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性.

LCC型无线恒流/恒压充电系统的控制

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求,提出了一种恒流/恒压切换控制,通过调整逆变级的移相角实现该控制策略。为了适应负载的变化,提高控制性能,将整流级之前的电路用戴维南等效与降阶处理,简化控制模型,通过最小二乘法辨识整流级的输入电压和电流基波,确定等效负载。使用该等效电路与简化模型,分别设计了恒流输出和恒压输出时的PI控制器,实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求,最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,验证了理论分析和控制方法的正确性和可行性。

电动汽车无线充电系统双LCC型补偿拓扑研究

为了提高无线电能传输(WPT)系统的传输效率,通常在原、副边添加谐振补偿拓扑。目前研究的谐振补偿拓扑包括SS型、双LCL型和双LCC型。对双LCC型补偿拓扑进行分析,并通过MATLAB软件对其进行仿真,分别研究不同负载、互感和角频率下系统的输入功率、输出功率、传输效率。研究结果表明该补偿拓扑的传输特性良好。

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。

基于BPL算法的AC-(LCC)DC系统全电磁暂态快速仿真方法

对AC-(LCC)DC混联电网的全电磁暂态仿真计算,数值积分过程中将面临频繁的间断现象。现有的电磁暂态仿真计算主要是采用隐式梯形积分方法,但隐式类积分方法在面临间断问题时计算效率很低。为解决此问题,该文将Borel-Padé-Laplace(BPL)算法引入AC-(LCC)DC系统的全电磁暂态数值仿真计算,提出一类新的全电磁暂态计算方法。与传统的数值积分类方法不同,BPL算法是将Borel-Laplace变换与经典的Padé逼近相结合的一类新的渐近数值方法。采用含2条LCC-HVDC输电线路的3机9节点AC/DC系统作为算例系统,以PSCAD/EMTDC的仿真结果为基准,对提出的新方法进行测试。算例测试结果表明:基于BPL算法的全电磁暂态计算方法可以避免传统隐式类积分方法所面临的问题,在计算效率上具有明显的优势。

应用于高升压场合的混合半桥LCC谐振和移相全桥变换器的研究

针对工作于电流断续模式(DCM)移相全桥变换器滞后桥臂无法实现零电压开通的问题,本文提出了一种将半桥LCC谐振变换器与移相全桥变换器输入端并联、输出端串联的拓扑结构。该拓扑结构采用了共用滞后桥臂开关管的策略,在无任何辅助软开关电路的情况下能确保所有开关管在较宽的负载范围内实现零电压开通。文中分析了变换器的工作原理,给出了变换器电压增益推导公式、断续模式最大占空比设计方法、软开关实现条件及相关拓扑的参数,并进行了实验验证。结果表明所提出变换器所有开关管可以在宽负载范围内实现零电压开通(ZVS);所有整流二极管实现零电流关断,提高了变换器整体效率。

基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

基于频率切换实现电池恒流和恒压充电的LCC-S补偿WPT系统研究

无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统具有安全、方便、美观等性能优势,已逐步渗入到人们的日常生活中。在电池充电应用中,通常期望WPT系统能够在零相角ZPA(zero phase angle)条件下实现负载无关的恒流和恒压充电功能。提出了一种基于频率切换的LCC-S补偿WPT系统及其参数设计方法,可使系统在2个不同的ZPA频率点分别实现负载无关的恒流和恒压充电输出,无需改变电路拓扑结构。设计的LCC-S补偿WPT系统接收侧仅有一个补偿电容,确保了WPT系统接收侧紧凑性。最后,搭建了一台充电电流和电压分别为3 A和50 V的实验样机,验证了本研究中WPT系统的合理性与实用性。