考虑谐波耦合的多变流器并网系统建模及交直流谐波交互特性分析

新型电力系统中高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入的特征带来异于传统电网下的谐波交互问题,多变流器拓扑的谐波耦合交互特性亟待研究。首先,基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)对多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)建立考虑谐波耦合的谐波传递函数矩阵模型,综合考虑了系统各控制环节对状态变量的影响以及变流器的级联、并联。其次,基于所建HSS模型明确定义谐波耦合系数,并用于揭示多变流器拓扑的谐波耦合机理,分析级联、并联变流器谐波交互特性。然后,应用谐波耦合系数量化分析MGCCS中滤波电感、电流环、锁相环等关键参数对系统谐波交互的影响。最后,将HSS模型和Matlab/Simulink模型、RT-LAB模型的结果进行对比,验证了所建HSS模型的精确性,以及谐波耦合系数理论应用于系统交直流谐波交互分析的有效性。

基于改进阻抗分析法的多变流器直流微电网稳定性

直流微电网系统规模不断增大,大量变流器并入电网导致稳定性问题严峻,传统阻抗分析法在建立复杂拓扑网络的等效模型时存在一定局限性。为此,文章提出基于广义阻抗比的改进阻抗分析法,首先推广传统阻抗比的概念,根据端口特性建立系统等效模型,推导并定义广义阻抗比来表征系统稳定性。进一步对系统进行小信号建模,得出基于广义阻抗比的稳定判据进行分析。最后,通过算例分析和时域仿真验证了所提方法在多变流器直流微电网系统稳定性分析中的正确性和有效性。

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。

直流配电网多变流器纹波谐振问题研究

纹波是直流配电网中一种典型的电能质量问题。纹波谐振不仅影响直流配电网的电能质量,还会危及系统的安全稳定运行。探究了纹波在直流侧网络结构中的谐振现象;对接入端交流侧出现电压畸变和三相不平衡等情况引起的纹波从机理上进行了分析;建立了含变流器的直流配电网的等效电路,推导了变流器接入个数及接入位置对纹波谐振的影响关系;考虑各变流器间的耦合作用,推导了各变流器之间的耦合系数,研究了耦合作用对纹波谐振的影响。仿真结果验证了理论分析和所建模型的正确性。

阻抗法在多变流器并联系统稳定性分析中的应用

随着并网变流器越来越广泛的应用,对变流器并联系统稳定性的分析显得尤为重要。首先建立了单台并网变流器的诺顿等效电路,根据诺顿等效电路定义了变流器的输出阻抗,并基于阻抗法分析了多变流器并联系统稳定时的电网阻抗临界值及系统的失稳振荡频率。结果表明,阻抗分析法可将整个复杂的变流器并联系统分割成独立的子系统进行建模,简化了多变流器并联系统的稳定性分析,并且可准确对系统稳定时的临界参数值及失稳振荡频率进行求解。最后,在PLECS下搭建了多变流器并联系统的仿真模型,仿真结果证明了理论分析的正确性。

基于GOOSE通信的地铁多变流器智能优化控制方法研究

当前地铁线路各牵引所变流器独立运行,无法实现实时信息交互、精准调整和协调控制。为解决这一问题,提出基于GOOSE通信的地铁多变流器智能优化控制方法。基于GOOSE通信网络搭建多变流器分层控制结构,以系统网损最小和钢轨电位幅值最小为目标,提出基于NSGA-II算法的多变流器双目标优化控制算法。搭建地铁牵引供电系统动态潮流仿真平台进行仿真验证,结果表明:基于GOOSE通信的多变流器智能优化控制方法能够实现多个变流器的动态管理和协调控制,降低线路网络损耗以及钢轨电位。与传统的无通信优化控制相比,多变流器智能优化控制方法能够实时优化各变流器的输出特性,实现线路节能、安全运行的目标。

新能源电站集电馈线对多变流器并网运行稳定性的影响

风电、光伏等新能源电站中集电系统馈线的分布参数对各个基于LCL滤波器的发电单元变流器谐振特性影响较大,这给变流器控制系统设计带来挑战。为了分析集电系统馈线对多变流器并联运行稳定性的影响,在复频域中采用运算电路的节点导纳矩阵建立了多机系统的数学模型,并分析了模型频率函数特性。分析结果表明,集电系统中不同馈线类型下拓扑形式与馈线长度对变流器的稳定性影响存在较大区别,基于MATLAB/Simulink平台的仿真分析验证了相关结论。

非线性负载下的多变流器谐波电压补偿控制策略

多变流器在接入非线性负载的情况下会引起电压畸变。为解决此问题,提出一种谐波电压补偿的综合控制策略。首先,采用虚拟同步发电机控制策略模拟同步发电机的外特性,使逆变器具有惯性和阻尼特性。其次,通过级联广义积分器构建谐波分离网络来提取相应的基波和谐波电流分量。紧接着结合虚拟阻抗构建基波处的感性虚拟阻抗去改善功率均分,以谐波处的阻容性可变虚拟阻抗去改变系统的输出阻抗来补偿相应的谐波电压。然后,在虚拟同步发电机的基础上采用多谐振电压控制器对输出电压的谐波进行抑制。最后,对所提的综合控制策略进行仿真研究,结果验证了所提策略在谐波电压补偿方面的正确性。

基于同调等值的多变流器系统聚合降阶建模

电网故障时,多锁相环同步型变流器系统面临严重的暂态同步失稳问题。然而多变流器系统模型阶数高,交互耦合复杂,给暂态同步稳定分析带来严峻挑战。为此,该文提出基于同调等值的多变流器系统聚合降阶方法。首先建立了多变流器系统等值摇摆方程,发现阻抗压降的差异是导致同母线与不同母线变流器同调特性差异的原因。在此基础上,提出基于阻抗压降的多变流器系统同调判据。接着,在功率约束条件下给出同调变流器群等值电路参数的计算方法,并借助惯性中心的概念通过聚合锁相环摇摆方程,得到等值控制参数的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与RT-LAB实验平台验证了所提同调等值方法的有效性。

基于阻抗网络模型的多变流器直流微电网小扰动稳定性分析

大量新能源设备与负荷通过电力电子变流器接入直流微电网,导致多变流器直流微电网(MCDCM)的小干扰稳定性面临严峻挑战,且使用传统阻抗比与状态空间模型分析MCDCM时存在一定的局限性。基于变流器端口的阻抗特性,建立MCDCM的阻抗网络模型与具有开环稳定特性的负反馈系统,并将阻抗网络模型应用于直流微电网的稳定性判别与设计。一个包含6个变流器的MCDCM的时域仿真结果验证了该方法在MCDCM稳定性判别与设计中的优势。

多变流器并网系统的小干扰稳定性判据与参数灵敏度分析

由于电力电子设备的负电阻特性,多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)的小干扰稳定性面临着严峻的挑战。而使用阻抗分析法与状态空间分析法在分析MGCCS时尚存在一定局限性。该文提出一种基于充分稳定性判据的MGCCS稳定性分析方法。首先,MGCCS被建模成一个具有开环稳定特性的中高维负反馈系统。其次,利用开环矩阵的特征值估计推导出一个具有低复杂度的充分稳定性判据,并提出相应的参数灵敏度分析。最后,利用一个具有稳定性问题的7变流器群并网系统来验证所提方法的有效性。理论分析与非线性仿真表明该文判据可较为简便准确地判断系统小干扰稳定性。此外,基于参数灵敏度分析,可对系统的参数优化做出指导性意见。

基于Brauer定理的多变流器并网系统小干扰稳定性分析

高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)并网会引起电力系统的宽频振荡问题。采用传统阻抗分析法研究多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)小干扰稳定性问题存在一定局限。该文将多变流器并网系统建模为负反馈模型,并基于Brauer定理提出一种充分稳定性判据。最后,通过一个包含7个变流器群的并网系统验证所提判据的有效性。理论分析与时域仿真证明该判据计算复杂度较低,具有分析高阶系统小干扰稳定性问题的潜力,且其作为充分判据的保守性较低,有利于指导并网系统的参数设计。

多变流器并网系统小干扰稳定性分析综述

随着越来越多可再生能源装置和负荷利用电力电子装备接入传统电网,由于电力电子装置的负电阻特性导致电力系统往往呈现为弱惯性特征,因而给多变流器并网系统(MGCCS)的小干扰稳定带来了巨大挑战。所以对MGCCS在时域和频域方面进行小干扰稳定性分析成为时下热点话题。小干扰稳定性分析策略从单变流器并网系统(SGCCS)开始介绍并拓展到MGCCS领域,对现有分析方法的基本原理及应用范围进行分类、归纳和总结。最后,提出当前尚未解决问题与面临挑战,并对未来的研究方向进行展望。

基于变流器组的软件定义电能路由器试验平台

电能路由器将在以微网为基本单元的未来能源互联网中占据核心地位,针对电能路由器采用定制化设计存在的功能单一、灵活性低下等问题,该文利用软件定义技术对电能路由器进行研究,采用数字实时仿真和模块化变流器融合技术,实现软件定义电能路由器工具化实验平台的设计搭建,并通过分析研究一个九端口电能路由器的实用案例证明了方案的有效性和可行性。所提方法为电能路由器提供了一种面向工程实施的试验新范式,使得电能路由器设计向“硬件模块化+功能软件化”模式演进,更好地推进未来电能路由器的智能化、体系化发展。

主动配电网中储能变流器控制策略综述

对主动配电网中单台电池储能变流器的控制,分析了基波的有功/无功控制策略。对于基波功率控制,探讨了其并/离网运行控制策略。对于储能系统(ESS)的充/放电控制,分析了能量型ESS充/放电管理策略、混合型ESS充/放电功率分配策略和ESS电压均衡技术。对主动配电网中多台储能变流器的管理,从集中控制和分散控制两个角度分析了多变流器间的协调控制,探讨了集中的分层控制器和基于多代理的分散控制器。最后,针对主动配电网及其变流器控制策略的发展趋势给出了诸多展望和进一步的研究方向。

直线电机分段供电协同控制策略

针对多个变流器交替为长定子直线电机多个定子段分段供电存在的问题,该文提出一种电流协同控制策略来减小推力波动。首先,优化电机电路连接拓扑,将由同一变流器供电的定子段的中性点连接在一起,采用电流过零开通的切换策略,使得电流由一个定子段切换至另一个定子段的过程中,变流器的电流连续无畸变。然后,建立电机单个定子段(简称单元电机)的电压和推力方程。根据单元电机的状态方程,得出2个单元电机的电流之和、电流之差对应的状态方程及推力表达式,设计相应的电流协同控制器。通过2个单元电机的电流之和来控制系统输出推力、2个单元电机的电流之差来控制推力波动。该电流控制策略减少了动子过分段时产生的推力波动,实现推力与电流偏差导致的推力波动之间的解耦控制。仿真和实验结果验证了所提电流协同控制策略的有效性。

抑制电流波动的直线电机分段供电切换方法

分段并联供电的长定子直线电机在进行定子段供电切换时,电机参数发生改变,在高速运行期间会出现电流超调或断相情况,动子过分段时电机推力波动大。该文仿真分析几种动子过分段供电切换方法的特点,提出一种分段并联供电长定子直线电机定子段供电切换方法,在电路拓扑中仅需要将同一变流器交替供电的定子段中性点相连接,切换开关采用双向晶闸管,切换策略为在定子段切换过程中各相电流依次过零开通和关断。该方法抑制了切换过程中变流器的电流断续或波动,减小了电机推力波动。通过采用比例–积分–谐振(proportional integral resonance,PIR)控制器,抑制电机电感不平衡带来的电流2倍频波动。以一台双三相永磁同步直线电机为例,进行仿真实验,并验证该方法的有效性。

长初级双边直线感应电动机分段推力协同控制和测速算法

为提高分段长初级双边直线感应电动机(LP-DSLIM)的推力平稳性,提出一种多变流器驱动的分段推力协同控制策略和测速算法。基于分段LP-DSLIM单元电机数学模型,研究了一台变流器控制一段单元电机的特性,设计了多变流器驱动多段电机的协同控制策略;根据直线电机运动方程和多分段LP-DSLIM推力计算值构造了线性扩张状态观测器(LESO)以观测速度,速度观测值噪声小且无滞后,用于推力协同控制时推力波动小且无推力损失,有效地改善了推力控制效果。仿真和实验验证了推力协同控制策略和LESO测速算法的有效性。

光伏模拟器半实物仿真平台设计与实验验证

针对难以利用实际光伏电池组成试验平台进行光伏系统研发的问题,设计并搭建了一种用于模拟光伏组件的半实物实验仿真平台。平台主要包括通用实时仿真器(UREP)、双核控制器以及由多组电压可控的IV象限变流器构成的物理装置。仿真器与Matlab/Simulink软件较好兼容,建模操作简易直观,模型可直接下载编译到仿真器运行,省去了烦琐的嵌入式开发过程。控制器采用双核技术,在发送控制信号的同时可对电压、电流采集信号进行实时反馈。通过对光伏组件伏安输出特性进行仿真模拟,初步验证了所提实验平台的可行性。该平台通用性和实时性良好,开放程度较高。

电力电子与电力系统集成专辑主编评述

随着可再生能源、直流输电和微网等领域快速发展,电力电子与电力系统之间集成日益提升,由此引发的变流器与电网之间以及变流器之间相互作用给变流器控制、多变流器间协调控制、变流器系统建模分析以及变流器系统稳定运行等带来诸多挑战,近年来得到学术界及工业界关注。为了集中展现本领域最新研究进展,《电源学报》特别推出“电力电子与电力系统集成”专辑,以期推进电力电子与电力系统集成中难点和热点问题的探讨。