变流器并网系统振荡与原–对偶复电路分析

基于广义阻抗的分析方法可将变流器并网系统的振荡问题转化为变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振问题,并可有效处理变流器和电网阻抗矩阵难以同时对角化解耦的难题,但仍然存在物理意义不明的缺陷。为了更深入地阐明振荡机理、解释广义阻抗的物理意义,该文提出了变流器并网系统的等效原–对偶复电路。首先,从极坐标形式的阻抗矩阵和雅克比传递函数矩阵角度,分别推导了变流器系统的广义导纳。其次,提出复空间中的原–对偶分量概念,实现了系统中耦合频率振荡量的统一描述。最后,基于特征方程推导了系统的等价原–对偶复电路,不仅可用于反映系统中原–对偶分量的耦合关系,也可用于分析系统的小干扰稳定性。给出了等效原–对偶复电路与实际系统阻抗之间的联系,说明系统振荡等价于等效原–对偶复电路发生串并联谐振,并通过仿真验证了等效原–对偶复电路的合理性。

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。

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。

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。

并网变流器全工作区间的稳定性分析方法研究

并网变流器作为分布式新能源发电的核心装备,其全工作区间运行稳定性研究的理论与实践价值巨大。目前,针对并网变流器的稳定性研究主要采用阻抗法和状态空间法,多以额定工况下的分析结果指导整个静态工作区的控制器设计。而实际并网变流器在不同功率段往往表现出不同的运行特性,如在青海省某光伏电站输出功率达到额定值65%左右时,公共连接点处更易出现电压、电流波形畸变。因此,进行并网变流器全工作区间运行特性的研究意义显著。然而,现有阻抗法和状态空间法等典型稳定性分析方法通常只在单一工作点进行建模,如何将其简单、直观地推广到全工作域的相关研究还较少。为分析并网变流器系统在全工作区间内稳定性,提出一种稳定域构建方法。首先,利用dq轴之间的多重耦合效应和锁相环的动态特性,将变工作点因子引入建模过程中;接着,构建一个含工作点变量的变流器单输入单输出传递函数模型。基于所提出的模型,能够直观分析系统的稳定工作域,进而能够研究系统参数对稳定域的影响规律。仿真与实验结果验证了该模型和理论分析的有效性。

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。

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。

多机系统锁相环振荡模式的数值域稳定判据

针对锁相环变流器多机系统的振荡问题,提出了面向多机系统锁相环振荡模式的数值域稳定判据,完善了广义Nyquist判据的可解释性。根据实际工程运行方式,通过保留变流器导纳矩阵中主导振荡的关键元素完成模型简化,进而利用矩阵数值域代替广义Nyquist判据,将多机系统的频域导纳矩阵等效为单机系统传递函数,以其Nyquist曲线不包围点(-1,0)作为多机系统稳定的充分条件。分析结果揭示了多机系统小干扰稳定性具有不同单机外特性相互折中的现象,为实用化的电网强度分析奠定了理论基础。通过特征值分析和时域仿真说明了所提方法的有效性。