计及功率控制型构网变流器接入的交流系统暂态稳定性仿真研究

为研究功率控制型构网变流器接入交流系统后的暂态稳定性演化趋势,基于IEEE 39节点交流测试系统,将发电机分别等容量替换为功率控制型构网变流器与跟网型变流器,并改变其在交流系统中接入数量、并网位置进行电磁暂态仿真,结果表明:功率控制型构网变流器对接入区域的暂态稳定性提升能力更优,尤其当所替换发电机相邻时,提升效果显著;随着功率控制型构网变流器接入系统比例增加,系统暂态稳定性越强;功率控制型构网变流器内部等效惯性系数越大,系统同步稳定性越弱,其内部阻尼系数越大,系统同步稳定性越强。

多变流器互联交直流微网集群一致性功率协同控制

为增强多变流器互联交直流微网集群系统运行稳定性、可靠性及控制灵活性,本文提出一种一致性功率协同控制策略。控制系统包含互联变流器(DC-DC、DC-AC)柔性控制和交、直流微电网下垂控制等。互联DC-AC和DC-DC均采用双环控制,外环将一致性耦合控制和功率分配环节相结合,内环分别采用虚拟同步控制和移相控制。本文所提控制方法,系统仅基于就地量测频率或直流电压等信息,可同时实现子系统间功率协同互济、多互联变流器功率分配及多运行模式自适应平滑切换等目标。最后通过PSCAD/EMTDC仿真模型对所提方法的有效性进行了验证。

基于机网变流器协同的波浪发电系统控制策略

为实现波浪发电系统的高效平稳入网,以直驱式波浪发电装置为例,建立其数学模型和并网结构。将装置输出功率分解为平均分量和波动分量,从发电系统主动式控制的角度,进一步提出了阻尼控制和阻尼弹力控制下的最优策略,以使其高效运行。通过直流侧储能配置及机侧和网侧变流器的协同控制,实现电能的平稳入网。仿真结果表明,阻尼弹力控制较于阻尼控制,发电效率更高同时波动更大,直流侧储能及机网侧协同控制可有效平抑功率波动,为波浪发电系统的入网控制设计提供参考。

基于背靠背变流器互联的微网间传输功率控制及稳定性分析

基于柔性背靠背变流器(BTBC)互联的微网群可实现不同微网间的功率解耦控制,与基于阻抗互联的微网群结构相比微网间功率交互的灵活性更高。然而,针对扰动下的BTBC互联功率控制策略及其对系统稳定性的影响尚不明确。文中建立了基于BTBC互联的微网群全阶小扰动模型,通过参与因子分析得到低频段与稳定性相关的环节,并得到与功率交互相关的主导模态,并分析了互联功率控制对系统稳定性的影响。在此基础上,提出了一种减小扰动对微网局部稳定性影响的柔性互联微网群的有功功率交换控制策略,利用根轨迹分析了该策略下系统的小信号稳定性,并结合仿真平台验证了策略的有效性。

基于自适应虚拟阻抗的多并联构网型变流器无功功率分配策略

由于变流器出口线路阻抗的不匹配,采用传统下垂控制策略的多并联构网型变流器难以实现无功功率的精确分配。为了提高无功功率分配精度,文中分析了并联变流器的功率分配机理,提出了一种将变流器的无功功率分配误差和输出电压相结合的自适应虚拟阻抗设计方法。基于该方法的无功功率分配策略在实际线路阻抗未知且分布式单元之间无互联通信的工况下,可实现无功功率高精度分配。该策略还可以改善引入虚拟阻抗存在的无功功率分配精度与输出电压跌落之间的矛盾,抑制变流器间的环流。此外,对变流器进行小信号稳定性分析以合理设计控制参数。硬件在环仿真的结果验证了所提控制策略的有效性。

基于下垂控制的构网型变流器电压控制策略

为了提高系统的电压稳定性,在传统下垂控制的基础上,提出了一种基于有功电流和无功电流相结合的自适应下垂控制方法。详细介绍了构网型变流器并联组成微电网的控制策略。下垂控制器分为电流(功率)解耦、一阶微分和下垂控制3个单元。从同步发电机的角度出发,分析了一阶微分环节和下垂系数的设计原则。分析并验证了构网型变流器并联系统功率分担的“通信机制”。最后,建立仿真模型,通过仿真结果验证了该方法的可行性。

功率同步控制的构网型变流器多机交互分析与稳定控制研究综述

构网型变流器由于其具有同步电压源运行特性,在新能源直流送出、弱电网并网、微电网组网等场景中得到广泛关注。功率同步控制是构网型变流器的典型同步方式之一。然而,由于电力电子功率变换非线性和多环控制特性,功率同步控制作用下的构网型变流器多机交互作用及其引发的稳定问题不可忽视。该文对功率同步控制的构网型变流器多机交互分析和稳定控制两方面技术进行梳理和总结。首先,将构网型变流器多机系统稳定问题表征划分为有功功率振荡和暂态同步失稳,分别综述了所对应的模型和分析方法;其次,针对以上两类稳定问题,从机组控制和系统控制两个层面梳理了现有致稳控制技术;最后,总结了现有研究的主要结果和局限性,并对未来研究方向进行展望。

电网电压跌落时风机变流器功率平衡控制策略

风机变流器是风电机组实现低电压穿越的关键部件,其控制性能的提升有利于提高风电机组的低电压穿越能力。基于变流器功率平衡控制思想,提出了网侧变流器改进型负载前馈控制策略,提升了网侧变流器的稳压与能量转移能力,缓和了电网故障期间的系统能量失衡,改善了风机变流器及风电机组的低电压穿越能力。控制系统的小信号模型分析结果表明,上述控制策略的稳压与能量转移能力优于传统控制策略。永磁同步风力发电机组系统仿真进一步证明了上述理论分析的正确性。

双馈风机网侧变流器直接功率控制研究

针对目前双馈感应风力发电机(DFIG)采用背靠背结构通过网侧变流器与电网相连,提出了一种采用直接功率控制方案,直接功率控制(DPC)仅需要测量交流侧的电压与电流,计算出瞬时有功功率,无功功率。与参考的有功功率,无功功率进行比较来控制网侧变流器。该方法能对直流侧电压有良好的控制,同时能保证网侧变流器接近单位功率因数运行。

DFIG三相四开关网侧变流器预测功率控制策略

针对双馈感应发电机(DFIG)网侧变流器(GSC)采用三相四开关拓扑时的运行控制问题,设计了一种新型预测功率控制器。新型控制方案中采用了三个电压矢量来确保GSC开关频率保持恒定,同时使GSC有功和无功功率纹波最小化。同时,控制器可计算出补偿功率以消除直流侧中点电位波动,无需使用低通滤波器。利用DFIG测试平台开展了实验,结果表明新型预测控制能有效抑制直流母线电压失衡,并具有快速动态响应特性,且GSC电流总谐波失真较低。

储能系统网侧变流器改进预测直接功率控制方法

网侧变流器是储能系统并网和实现能量双向流动的核心部件,现有的预测直接功率控制方法存在计算量大、寻优过程复杂的问题。提出了网侧变流器改进预测直接功率控制方法:根据网侧变流器微分方程离散化表达式,构建了功率状态量的预测模型;以追踪参考功率为目标,利用李雅普诺夫函数直接反推求得变流器参考输出电压矢量;通过判断输出电压矢量所在扇区,快速选出最终的开关控制量。该方法减少了计算量,简化了寻优过程,还保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,改进方法能够实现有功、无功的解耦控制和快速响应,具有良好的控制效果。

适用于快充站的储能变流器控制及功率调度系统设计

为了提高储能系统的响应速度,设计了一种基于三环下垂控制的储能系统变流器控制系统,提升了储能系统在并离网模式切换的响应速度。针对所提出的储能变流器三环下垂控制系统,结合储能系统的功率平衡约束、电网输出功率约束和储能电池运行约束等条件,制订了充电站储能系统的功率调度策略,有效降低了充电站负荷波动,提高了充电站接入并网点的电压稳定水平。最后通过试点充电站及其100 kW储能变换器系统试验,验证了所提控制系统及储能功率调度策略的正确性和有效性。

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。

双馈风机网侧变流器SVG运行状态研究

电网发生电压跌落故障后,双馈风机网侧变流器运行在静止无功发生器状态下的无功出力研究,对于提高机组并网运行能力和电力系统电压稳定性,以及减少风电并网时无功补偿设备的投资具有重要意义。分析了双馈风机网侧变流器的无功调节能力,并参照德国E.0N公司对电压跌落故障时无功电流补偿的标准,仿真并分析了双馈风机在连续不同程度的故障情况下,通过控制网侧变流器故障后的运行方式,改变其所产生的无功功率,并与只有定子侧产生无功的情况进行了对比分析,结果表明,在风机并网系统发生电压跌落故障时,网侧变流器运行在SVG工作方式下,能够向系统注入一定的无功功率,并能一定程度上提高并网系统的稳定性,有效减少无功补偿设备的投资。

牵引四象限变流器的预测电流控制

以牵引四象限变流器为研究对象,在分析变流器工作原理的基础上,为提升变流器瞬态响应、降低网侧电流谐波、保证网侧单位功率因数和稳定直流侧电压,对变流器的预测电流控制策略进行了研究与分析。利用MATLAB/Simulink搭建四象限变流器主电路和预测电流控制系统模型,对牵引状态下的网侧电流谐波、网侧功率因数和直流侧电压进行仿真测试。仿真结果表明,在牵引工况下,基于预测电流控制的四象限变流器可以实现网侧电压电流同相、稳定中间直流电压以及降低网侧谐波含量。

采用双馈机组的风电场无功功率控制研究

现今双馈风力发电机已成为风力发电的主流机型,然而在故障期间,转子侧变流器在转子保护的作用下退出运行,不能向电网提供无功功率以保持系统稳定运行。分析了网侧变流器的无功调节能力,提出了电压外环和功率外环两种控制模型。在DIgSILENT/Power Factory仿真软件中建立了包含风电场的三机九节点系统,仿真结果表明在故障情况下,与传统的单位功率因数控制相比,两种控制模型下的网侧变流器均能产生较多的无功,在一定程度上提高了风电接入系统的暂态电压稳定性。最后对比分析了网侧变流器采用两种控制模型时的无功特性。

光储联合发电系统控制策略

受光照、温度等自然条件影响,光伏电源输出有功功率具有较大的波动性。因此,本身既非恒压源又非恒流源的光伏电源并网运行时会产生一系列问题,如对电网冲击性大、需增加旋转备用容量、难以参与电网调度等。利用电池储能系统来控制有功功率输出,可以使平滑光伏电源功率波动成为可能。研究了光储联合发电系统的运行模式,提出了适用于光储联合发电系统的拓扑结构和控制策略,并对储能用功率转换系统(PCS)进行了分析和设计,最后基于某光伏电站的实际历史运行数据,对所提出的方案进行仿真研究,仿真结果验证了光储联合发电系统控制策略的有效性和可行性,为光储联合运行示范工程提供了一定的理论依据和有力借鉴。

基于本地模式的DFIG风电场无功控制策略

针对目前风电场无功调节能力不足现状,提出了一种基于本地模式DFIG无功控制策略。针对根据DFIG定转子电流和静态稳定极限确定了DFIG的无功输出极限,从直流电压波动角度得到二者之间的优先级。在风电场无功电压损耗计算的基础上,给出了基于定子电压和输出功率的无功给定参考函数的本地模式无功控制策略。通过DIgSILENT/Power Factory算例对比了机组单位功率因数运行和本地模式DFIG无功控制策略运行方式的结果,验证了所提控制策略的有效性。

直流微网中带CPL的Boost变流器稳定控制策略

针对直流微网中Boost变流器带恒功率负荷时系统不稳定的问题,提出一种基于滑模控制的变流器稳定控制策略。首先,通过系统传递函数,从机理上分析指出当变流器带恒功率负荷时,恒功率负荷的负阻抗特性会导致系统不稳定;基于此,利用滑模控制构造切换函数并求解控制律,其中切换函数为变流器输出功率参考值与实际值之差,选取指数趋近律以提高收敛速度,采用PWM控制削弱由于开关频率不固定造成的抖振问题;最后,仿真实验验证了该文控制策略能有效地保证系统的稳定性,同时响应速度快,为工程实践提供了理论指导。

输电线路两端受控电压源失谐引发功率振荡的机理分析

随着构网型(grid-forming,GFM)变流器技术的成熟以及在维持弱电网稳定性方面的优势,其将广泛应用于新型电力系统中的柔直、储能等并网单元。受分布式GFM变流器频率测量和控制精度差异及电网频率时空分布特性的影响,易发生交流输电线路两端基于GFM型变流器的电压源型受控单元(voltage source controlled-unit,VSCU)输出频率长时间不一致的失谐现象。失谐是否会进一步引发线路异常的功率振荡问题,亟待研究。首先,该文基于GFM型变流器不同控制策略特点以及引发失谐诱因的分析,建立输电线路两端带失谐VSCU的等效电路模型;其次,从拓展新型电力系统稳态潮流研究的角度,推导线路单相瞬时电流和单相瞬时功率在失谐VSCU作用下的计算式,并定义反映失谐前后瞬时电流和瞬时功率振荡峰值倍增效应的峰值放大系数;最后,从VSCU间同步和同谐能力两方面,指出峰值放大系数和最大峰值出现时间受线路长度、失谐程度和初相位差影响的变化规律,并拓展分析频率测量精度对失谐型振荡的影响。研究表明,仅通过提高GFM型VSCU间的自同步能力或GFM型控制策略精度/频率测量精度无法从根本上解决失谐型功率振荡问题。