基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)是一种新型的电流源换流器,其具有功率密度高,控制灵活,且无换相失败风险等优点,在直流输电领域具有广阔的应用前景。采用脉冲宽度调制的CSC存在直流电压波动大,开关损耗高等问题,不适用于直流输电场景。基频调制的CSC虽然缓解了直流电压波动,但是其仅有一个控制自由度,无法实现有功无功独立控制。针对上述问题,在基频调制CSC的基础上,提出一种适用于高压直流输电的改进型基频调制电流源换流器。首先分析改进基频调制原理和换流器交直流侧谐波特性,并设计直流滤波器;然后,建立系统的数学模型,并提出相应的系统功率控制策略;同时考虑到系统需要向无源网络供电的情况,提出一种无源网络供电控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提调制方法和控制策略的正确性和有效性。

基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制在多端直流输电的应用

提出一种基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制方案,并将它应用在基于电压源型换流器的多端直流输电系统中,可以通过快速调节陆上电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的传输功率,加强陆上交流系统受到扰动后的稳定性。该控制方式由以下3步实现:1)受到扰动后的陆上交流系统,其内部机组根据振荡形式差异,可划分为两个区域,每个区域的动态特性由系统惯量中心模型来表征;2)以灵敏度系数来描述某个机组的角速度相对陆上某个VSC有功变化的灵敏程度,并提出权重系数来量化每个VSC的调制程度;3)通过基于滑模变结构控制理论的推导,得出附加控制规则。上述方案被应用在PSCAD/EMTDC软件上的一个改进的新英格兰39节点系统中,仿真结果表明,该方法具有很好的控制效果。

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。

利用直流功率调制增强特高压交流互联系统稳定性

特高压交流试验示范工程投运后显著地增强了华中、华北两大电网之间的电力交换能力,但特高压系统的大功率传输也对华中、华北电网联网安全稳定运行提出了更高的要求。利用直流输电系统传输功率的快速可控性,可以为暂态过程中的交流互联系统提供紧急调控手段,起到功率支援和阻尼振荡的作用。为此,对利用华中电网的直流输电系统进行紧急功率支援以提高交流互联系统暂态稳定性以及采用直流调制阻尼特高压线路功率振荡进行了研究。仿真结果表明,利用直流输电系统的紧急调控手段可以减少华中电网的切机切负荷量,增强特高压互联系统的暂态稳定性,并可提高交流系统阻尼,有效地抑制电网区域间的功率振荡。

交直流互联电网直流功率调制相关问题

研究了交直流互联电网直流功率调制相关问题,包括直流功率调制信号的选择、直流调制控制器的设计及其参数协调优化、负荷特性及低压限流单元对直流功率调制的影响等。针对大方式直流功率调制下,紧急功率支援的投、撤时间掌控问题,引入了最优时间控制理论;针对紧急功率支援的功率提升量、回降量、提升速率、回降速率、支援开始时间,引入了扩展等面积和遗传算法对以上参数进行优化,指出了有功调制有必要和无功调制相结合,最后提出了相关建议和展望。

双PWM控制交流励磁电源直流链电压的稳定控制策略

双脉宽调制(PWM)控制的交—直—交电压型变频器适于用做交流励磁发电机的励磁电源,但交流励磁发电机运行状态的改变会引起双PWM交—直—交变频器直流链电压的波动,不利于整个发电系统的稳定运行。文中结合交流励磁发电机的运行特点,深入分析了直流链电压波动的原因,提出了基于转子侧变换器瞬时功率反馈控制的双PWM控制策略。实验结果验证了所提出的改进控制策略的正确性,该方法可有效维持发电机运行状态突变时直流链电压的稳定,大大增强了发电机系统的动态响应能力和稳定性。

多端直流输电系统中的直流功率调制技术

与常规的双端直流输电系统相比,基于直流功率调制技术的多端直流输电系统能更灵活地向所连接的交流系统提供快速的紧急功率支持,改善交流系统的稳定性。文章对其中一端为弱交流系统的4端直流输电系统运用PSCAD/EMTDC仿真软件研究了多端直流输电系统的功率调制技术,提出了该系统的仿真模型及其复合控制策略。仿真结果表明,所连接交流系统的强度、各换流站的控制策略和直流系统电流平衡原则的选取会极大地影响直流功率调制的性能,多端直流输电系统比常规的双端直流输电系统能更灵活地运用直流功率调制技术,进而有效地提高所连接交流系统的稳定性。

并网型级联H桥变换器直流电压平衡和功率均衡控制策略

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压平衡控制的基础上,通过引入调制波矢量误差分量对初始调制波矢量进行重构,不仅保证了直流侧电压平衡,而且能够使得各个H桥之间有功功率按需分配、无功功率等量分配。同时,基于线性调制理论,所提方法与直接修改调制比的电压平衡方法相比具有更宽的约束范围,能适用于更大负载不平衡度工况;MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性与有效性。

基于改进型磁链观测器直流励磁同步电机控制

定子磁链的准确观测和有效控制对提高直流励磁同步电机直接转矩控制系统的性能有着重要的意义,针对纯积分电压模型存在观测磁链偏差问题,提出一种基于磁链幅值平方和修正方法的定子磁链观测器,并对该观测器进行详细的分析。同时将简化三电平空间矢量调制算法引入到直接转矩控制中,实现转矩、磁链误差的精确补偿,并在此基础上提出三电平功率变换器相电压重构算法。实验结果表明基于所提的改进型定子磁链观测器直流励磁同步电动机空间矢量调制型直接转矩控制解决方案具有优良的控制性能。

多馈入直流功率调制换相失败特性研究

多馈入高压直流输电系统中,直流功率调制可以起到多回输电通道间功率支援和阻尼振荡的作用,但功率调制过程中,幅度与上升时间控制不当会引起逆变站换相失败。给出了引起换相失败的直流功率调制临界指标,理论推导熄弧角、受端交流系统强度、系统的控制方式对该临界指标的影响,并仿真验证上述三个因素对直流功率调制的影响。基于多馈入高压直流输电系统,分析并验证直流功率调制造成的换相失败不会引发多馈入直流间同时换相失败。所作研究及成果为多馈入直流输电系统中直流功率调制和换相失败的研究提供参考。

基于时间最优的快速平息区间扰动的紧急直流功率控制策略

为了快速平息交直流互联电网的区间扰动振荡,基于等值两机两区域系统推导了2阶振荡系统的时间最优紧急直流功率支援控制策略.首先采用时间最优控制将相点快速驱动到平衡点附近,然后采用非线性控制对相点进行平衡点镇定控制.为消除直流功率的跃变和高频非线性"颤振"及防止"超调"现象,对开关曲线作了改进,并根据控制相平面推导实现最少次开关切换的直流功率控制量.最后通过仿真验证了该策略的有效性.

柔性直流和常规直流并联系统功率调制策略

由于柔性直流与常规直流控制特性的差异以及并联后的相互影响,其调制策略不同于常规直流。分析了柔性直流与常规直流并联系统的协调控制策略,阐述了功率限制功能的功率分配、速率分配和无功功率控制的实现方法。结合南方电网鲁西背靠背直流调制功能的RTDS仿真研究,针对试验中暴露的缺陷深入分析了并联系统在受端交流故障情况下限制直流功率的控制特性,提出了功率限制功能与高电压穿越控制功能的协调方法以及速率分配优化方法。仿真结果表明,优化后的并联系统可按照正确的时序和速率执行功率限制功能。

基于直流电压同步的构网型直驱风机两阶段主动阻尼支撑控制策略

传统的风力机组主要依赖有功功率调制实现阻尼提升,这可能会影响风能捕获。针对此,面向利用直流电压同步的构网型直驱风机,设计了一种两阶段主动阻尼支撑控制策略。在第1阶段,基于直流电压同步控制,提出了2种基于无功功率调制的阻尼控制器,评估了控制器参数和运行工况对阻尼效果的影响。所提控制器利用直流电容储能和换流器无功资源为系统提供阻尼支撑,而风机运行在最大功率追踪模式。在第2阶段,当直流电压波动超过设计的阈值后,风电机组功率控制器随即启动,通过调用风机侧资源进一步提升系统阻尼。进一步设计了风机转速恢复策略以消除有功有差调节带来的下垂影响。所提控制策略无需锁相环和有功功率调制即可实现风机和弱电网之间的同步。同时,考虑能量代价,权衡了风能捕获的经济性要求和提供阻尼的稳定性要求。

基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术

城市配电网的多回交流馈线通常采用闭环接线、开环运行模式,不具备线路相互之间的可控功率支持。利用背靠背多端换流器将多回10 k V线路柔性互联,可以将传统配电网的开环运行模式转变为闭环运行模式。本文针对采用直流配电中心柔性互联的多回10 k V线路,提出了一种基于负载均衡策略的直流功率实时调制技术,即利用馈线有功功率分配系数实现有功功率偏差控制,实现了多回线路之间的负载均衡。通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建了一个含四端混合式子模块MMC的交直流柔性互联配电系统,并在主从控制的基础上,利用基于负载均衡策略的功率调制技术、改进了直流配电中心的控制策略。仿真结果表明,在减少系统负荷测量点的情况下,所提直流功率调制策略能跟随负荷的波动实时平衡馈线之间的负载,提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。

全移相双有源全桥直流变换器的瞬态电流偏置抑制策略

针对双有源全桥(DAB)直流变换器在功率突变时产生的电流偏置问题,该文提出一种新的瞬态直流偏置抑制策略。首先,以基于全移相调制的双有源全桥直流变换器为研究对象,分析DAB变换器产生直流偏置的原因及危害。然后,在全局电感电流应力最优结果的基础上,对功率在四个工作区域突变时产生的瞬态直流偏置问题进行详细分析,推导各种电流突变情况下的直流偏置表达式,并据此提出一种新的过渡态引入方法,对于不同的功率突变状态可以得到统一的过渡移相角表达式,简化了控制过程。接着,根据所得过渡态结果,提出统一的载波调制方法,并对调制策略的适用性进行分析。最后,通过实验平台验证了所提方法可以有效消除功率突变时产生的电流偏置。

具备故障重构能力的双极直流接口变换器最优运行区域

中低压直流配电系统中,现有的双极直流接口变换器通常无法在进入单极运行模式下实现故障阻断与重构功能。基于一种互联分布式电源与双极直流系统的故障重构型直流接口变换器拓扑,分析单双极性运行模式的工作性能。在正常的双极运行模式下,变换器通过最小峰值电流控制策略,实现开关器件电流应力有效降低。在短路故障导致的单极运行模式下,变换器通过故障重构策略与恒功率传输控制策略,消除短路故障对正常端口的不利影响,维持关键负荷的连续供电。同时给出变换器在单双极模式的优化控制策略下的软开关运行区域,从而精确刻画出变换器的最优运行区域。实验结果证明理论分析的正确性,研究工作有助于指导中低压直流配电系统的工程实践。

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了基于系统惯量中心(center of inertia,COI)动态信号的发电机励fr磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素,采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验,结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限,增大了系统的稳定域,显著改善了系统的功角稳定性。

海上风电柔性直流输电变流器P-DPC控制研究

基于预测控制原理,根据瞬时功率理论计算出每个开关周期开始时变流器侧输入电压矢量平均值,结合空间矢量调制和直流母线电压外环控制,消除在开关周期结束时产生的有功、无功功率跟踪误差,从而直接控制变流器的有功、无功功率,达到稳态无静差控制。同时,对外环控制器进行理论分析与设计。与传统直接功率控制方法相比,预测直接功率控制(P-DPC)的特点为无需检测电网电压相位信息(如锁相环等)、实施同步旋转坐标变化和电流环解耦控制;开关频率固定,减少了跟踪误差带来的干扰以及参数不准确造成的解耦不彻底等问题,提高了系统的稳定性;在两相静止坐标系下即可实现网侧单位功率因数运行。采用Matlab/Simulink构建PWM-VSC系统仿真模型进行仿真,结果证明了该控制方法的可行性和有效性,为海上风电场柔性直流输电变流器数字控制系统提供了一种可行的控制方案。

混合H桥级联型多电平逆变器调制策略优化控制

为提高混合H桥级联型多电平逆变器的运行性能,提出了一种新型锯齿载波交错相移混合调制策略。该调制策略把复杂的混合拓扑"化归"到已有调制策略的拓扑,再利用重构的调制波进行调制。该策略充分利用调制波的自由度,在三相正弦波中注入特定的混合分量进行优化控制,使得相电压在1/3基波周期内不进行PWM调制,并能保证输出线电压质量。所提出的优化控制方法能提高15.5%直流电压利用率,还能减少1/3高频功率开关的开关次数,优化了逆变系统的运行性能。实验结果验证了提出方法的可行性和有效性。