一种风电场经VSC-HVDC并网的VSG变参数负荷频率控制策略

风电的大规模并网导致系统等效惯量下降、不确定性增加,给电力系统的负荷频率控制(loadfrequency control,LFC)带来新的挑战。考虑到柔性直流输电系统(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)具有的潜在调频能力,对此展开研究,针对风电场经VSC-HVDC并网的情形提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)变参数负荷频率控制策略。首先,在风电场经VSC-HVDC并网的LFC模型及拓扑结构分析基础上,为了提高VSC-HVDC的可控性,对换流器的控制环节进行了VSG控制方法的设计;然后,对VSG控制参数与频率变化的关联性进行分析,并基于分数阶梯度下降法(fractional-order gradient descent method,FOGDM),利用频率的分数阶导数提取频率深层变化特征,以优化VSG控制参数;在此基础上,考虑到系统的不确定性,设计触发机制对VSG变参数优化模式进行调整,以降低VSG参数的变换频次,提高系统频率控制的针对性。仿真结果表明:所提控制方法能有效改善电网负荷频率控制效果,具有良好的适应性。

计及电压稳定性约束的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法

海上风电场将朝深远海、集群化方向发展,多端柔性直流输电技术(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)对远距离、大规模海上风电接入系统表现出明显优势,因此有必要对海上风电场集群VSC-MTDC组网优化进行研究。考虑到风电场集群出力的聚集效应会影响电气设备的容量配置,以及陆上电网的公共连接点(point of common coupling,PCC)电压稳定性对大规模风电接入容量的影响。文中推导了PCC点电压稳定性指标,并引入了“N+”原则对电气设备进行容量配置,提出一种计及“N+”原则和PCC点电压稳定性的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法。采用改进的NSGAⅡ算法对海上风电场集群VSC-MTDC系统进行分析。算例结果表明,按“N+”原则进行容量配置可以更好提高收益,考虑PCC点电压稳定性虽然会增加投资成本,但能够提高PCC点电压稳定性。

基于VSC7428的以太网交换电路的设计与实现

为了实现嵌入式系统间的数据传输,设计实现了一种基于以PowerPC处理器和以太网交换芯片的以太网交换电路。介绍了电路硬件结构、工作原理及软件设计方法。电路以VSC7428以太网交换芯片为核心,实现了4路PC8640处理器之间的以太网交换。经过实验验证,电路电路工作稳定,实现了与其他嵌入式系统间的通信,满足设计需求。

弱并网条件下VSC的自适应型虚拟并网点规划与控制策略

电压源换流器(VSC)接入薄弱交流电网时存在系统小扰动稳定性问题,传统控制策略下VSC不得不降低输出功率以维持稳定运行。为提升弱并网VSC的小扰动稳定性,首先基于交流电压外环建立了弱并网VSC稳定性机理的通用分析模型,分析了锁相环(PLL)与VSC外环控制间的耦合特性,及其对系统小扰动稳定性的影响机理。在此基础上,提出了一种参数自适应型虚拟并网点控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下搭建的弱并网VSC详细开关模型验证了所提控制方法的有效性。

基于双VSC的柔性合环装置的交直流侧合环控制策略研究

伴随社会产业的发展和智能电网的推进,用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高,因此配电网不停电合环负荷转供具有重要意义。文章针对极端条件下的不停电负荷转供需求,采用两侧独立STATCOM联合构成的具有灵活控制功能的双VSC柔性合环装置,提出了分别从交、直流侧进行合环调节的方案,首先分析了该合环装置的结构和工作原理,其次针对合环要求确定控制策略,交流合环中双VSC分别采用前馈解耦的双闭环控制和带前馈的电压反馈控制,直流合环中双VSC均采用双闭环控制,合环后控制策略由控直流电压改为控交流电压,进而完成负荷转供,最后在PSCAD/EMTDC环境下对采用该合环装置的10kV配电网系统进行了仿真分析,进一步验证了所提出合环方案的可行性与控制策略的有效性,通过比较两种方案各自存在的优缺点,体现出直流侧合环方案更具优势。

弱连接VSC在“外环-锁相环”时间尺度下的一类小扰动稳定性提升方法及等效性分析

大量理论研究发现电压源换流器(voltagesource converter,VSC)接入薄弱电网后,易发生由“外环–锁相环”交互所主导的小扰动失稳现象,且在多个实际工程中也发现此类稳定问题。为此,国内外学者提出了大量改进控制方法,其基本原理为在有功外环、无功外环与锁相环三者之间施加附加补偿控制,以提升弱连接VSC(weak-grid connected VSC,WG-VSC)并网稳定性。该文将这些方法归纳为WG-VSC在“外环–锁相环”时间尺度下的一类小扰动稳定性提升方法。试想,这些策略都能提升稳定性,那么它们是否存在某种等效性?此外,基于等效性原理,还能否推导出其他的改进控制措施?该文研究动机是期望从方法论的视角回答上述问题,进而为解决此类稳定性问题提供基本依据。该文创新工作是基于一种能够清晰展现“外环–锁相环”交互关系的等效锁相环模型,首次揭示了这一类改进控制方法在提升WG-VSC“外环–锁相环”时间尺度小扰动稳定性方面具有等效性。此外,通过观察分析现有补偿控制策略在拓扑结构和作用机理上的特点,该文还预测了其余多种新型小扰动稳定性提升控制策略,并基于等效锁相环(phaselockedloop,PLL)模型分析得出,通过特定的控制器设计方法,可使得此类补偿控制策略在WG-VSC系统小扰动稳定性提升方面具有等效性。最后,基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真模型验证了该文理论分析的准确性。

基于VSC-HVDC的电力系统频率稳定控制策略

针对电力系统在典型故障与扰动下表现出的“暂态失稳”现象,提出了一种基于VSC-HVDC的电力系统频率稳定控制方法。考虑某大规模发电厂通过VSC-HVDC连接至交流电网,该方法允许此发电厂向交流电网提供频率控制服务。该控制策略包含整流器对直流电压的控制以及逆变器对频率的控制,即逆变器通过交流电网频率的变化来调节直流电压的变化,而整流器通过直流电压的变化来控制发电厂有功的投放,以补偿交流电网有功的短缺,使电网在故障恢复的初始阶段更好地提高系统稳定性。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的稳定性。

弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等.实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作.最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景.

基于李雅普诺夫函数的带锁相环的VSC大扰动稳定性判据

对于带锁相环的并网VSC大扰动稳定性问题,首先依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到简化二阶非线性模型,然后分别定义了两个李雅普诺夫函数。第一个李雅普诺夫函数具有清晰的动能和势能概念,但推导的稳定域较小,第二个李雅普诺夫函数推导的稳定域较大但缺乏清晰的物理概念。最后结合这两个李雅普诺夫函数,得到实用的稳定性判据,兼具明确的物理意义和较宽的稳定域。如果在系统最后一次动作时已知锁相环状态量,则可以预测系统稳定性。仿真结果验证了该判据的正确性。

外环限幅对VSC并网系统大扰动稳定性的影响研究

以电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)为并网接口的新能源发电设备在电力系统中的占比日益提高,现有VSC并网系统大扰动稳定性的研究,往往只关注于锁相环及其他控制环节特性,而未考虑非线性限幅环节及其对稳定性的约束作用。针对上述问题,该文以VSC并网系统的外环控制及其限幅环节为研究对象,首先建立以电流分量为状态变量的简化模型,分析控制外环平衡点的存在性;其次,基于Poincaré定理和Lyapunov第二定理证明运行点总于固定切出点脱离限幅约束及其确定性条件,揭示大扰动后含外环限幅VSC并网系统注入电网功率与指令值不一致的机理;再次,提出计及设备安全性和稳定性的限幅策略改进原则,并设计基于C-UCE的外环限幅改进策略;最后,基于实际VSC并网系统算例验证该文改进策略的有效性。

VSC-HVDC系统控制体系框架

控制系统是VSC-HVDC系统的核心之一。目前虽已有许多研究者在该领域做了大量的工作,但多数成果集中在VSC-HVDC控制器的设计和控制方法的研究上,对整个VSC-HVDC系统控制体系框架的研究并不多见。本文在介绍VSC-HVDC系统结构的基础上,阐述了VSC-HVDC控制系统的基本功能,指出采用多重化配置和分层控制结构设计的必要性,具体提出建立四层结构的VSC-HVDC系统控制体系框架的观点,即直流系统控制层、换流器控制层、阀组控制层和独立控制层。文章在讲述各层配置原则的基础上,详细阐述了每个控制层次的控制功能和范围以及各层次之间的相互关系,并进一步介绍了控制系统和保护功能的协调配合问题,为VSC-HVDC控制系统的开发奠定了基础。

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器(PSS),柔性直流输电(VSC-HVDC)系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。

考虑VSC与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划

光-储-充的发展以及直流负荷的逐年攀升使得直流源储荷接入交流配电网的并网损耗日益严重,而交直流混合配电网因其网架结构灵活与利于直流源储荷接入的特点而得到广泛关注。提出考虑电压源型换流器(VSC)与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划模型,使用基于多离散场景的分布鲁棒(DRO)方法处理直流负荷的不确定性,并采用列与约束生成(CCG)算法求解。仿真结果证明,所提的模型能够充分发挥交直流混合配电网优势的同时激发运营商投资的积极性。

基于VSC7389的16端口10/100/1000 Mbps自适应以太网交换机的设计

大型分布式通信设备的各个功能模块可单独完成一定的工作,但各模块之间仍需要进行高速内部通信以使设备协调工作。以3TNet核心设备——大规模汇聚接入路由器(ACR)的内部组网模块为例,介绍了一种基于VSC7389和VSC8538芯片的16端口10/100/1000 Mbps自适应以太网交换机的设计。

提高VSC无功功率支撑能力的直流电压补偿控制策略

传统矢量控制策略下,提高电压源换流器VSC(voltage source converter)的无功输出会使并网点电压升高。为充分发挥VSC参与交流系统无功支撑的能力,同时保证良好的电能质量,提出一种直流电压补偿控制策略。该策略根据VSC的期望无功输出自适应调整直流电压幅值,使VSC在输出大量无功功率的同时,避免因PWM过调制造成的谐波含量激增。通过状态空间模型得出了直流电压补偿控制参数的可行域。基于Matlab/Simulink详细开关模型的仿真结果验证了该策略的有效性。

基于模型预测的VSC-MTDC协调控制策略

多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统主要应用于新能源发电并网和远距离输电。新能源发电具有波动性和不确定性,在使用传统下垂控制策略时,电压源型换流器(VSC)会因功率分配不均而过载、因直流电压偏差过大造成保护误动作、因通信延时而振荡,因此文中提出一种基于模型预测控制(MPC)的协调控制策略。该策略根据系统状态进行参数寻优,发送VSC功率基准,消除了下垂系数、线路电阻和系统拓扑对功率分配的影响,MPC的鲁棒性也提高了系统在通信延时情况下的稳定性。在Simulink中搭建四端VSC-MTDC模型,并设置不同的运行条件进行时域仿真,仿真结果表明该控制策略能够在系统发生扰动的情况下快速调节换流站功率,控制直流电压,并在通信延时发生时保证系统稳定性,从而提高电力系统对新能源发电波动性和不确定性的适应能力。

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术(即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC)送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。

真双极VSC-MTDC风场侧换流站软切换控制策略

真双极多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)新能源侧换流站正、负极换流器可独立控制。针对定交流电压幅值频率控制(U/f控制)换流器发生故障,将定有功无功控制(P/Q控制)换流器的控制策略转换为定U/f控制时交直流母线电压波动较大,严重时可能会造成新能源场站脱网这一问题,建立统一切换控制模型,在统一切换控制模型基础上引入基于电流跟随的软切换控制策略,实现切换瞬间内环电流参考值同步。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,经稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下的仿真,验证了换流站对新能源接入的电压支撑和系统切换过程中电力系统平滑过渡的能力,为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制灵活性提供了参考。

基于状态空间方程和开关函数的VSC电磁暂态仿真通用建模方法

随着新能源的快速发展,以电压源变换器(VSC)为代表的电力电子变换器在新型电力系统中得到广泛应用。电磁暂态仿真技术受限于仿真规模和计算效率,难以满足新型电力系统仿真分析的需求。文中提出了一种基于状态空间方程和开关函数的VSC通用建模方法,可以精确描述VSC对外端口特性,同时考虑了内部的开关状态,实现不同VSC拓扑结构的高效建模。此外,通过VSC状态空间方程的转换,该方法还可与采用节点分析法的传统电磁暂态求解算法耦合,消除VSC所在支路求解与系统全局解之间的时延。最后,通过与详细模型作为参考模型进行仿真对比,验证了所提建模方法的优点。

考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算

鉴于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的控制策略会对含VSC交直流混合电网潮流产生直接影响,该文构建考虑多种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算模型。该模型通过构造等效电路建立换流站内VSC控制参数与交流电网输出功率的直接联系,以实现完整VSC电路模型下潮流方程的统一;并通过引入VSC自适应下垂控制系数作为潮流计算变量,以弥补现有方法无法适用于VSC自适应下垂控制策略电网的不足;此外,该模型将VSC调制度作为求解变量,并考虑调制度的约束问题,有效限制了调制度越限情形,还可实现调制度不同设定值下的潮流计算。基于上述模型,采用统一迭代法最终实现考虑各种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算,并通过算例验证模型的有效性与计算方法的快速收敛性。