基于改进开关函数的LCC-HVDC直流阻抗建模及小扰动稳定性分析

随着电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)传输容量日益增大,交直流耦合强度不断加深,系统稳定性问题日益突出。阻抗分析法是研究交直流互联系统小扰动稳定性的重要方法,其重点在于建立准确的直流阻抗模型。该文首先基于改进的开关函数在频域上建立直流阻抗数学模型,其考虑了定电流控制器、定电压控制器、锁相环同步相位和换相过程等因素;然后用阻抗分析法分析了定电流控制器比例系数和时间常数、整流侧锁相环带宽、定电压控制器比例系数和时间常数以及逆变侧锁相环带宽对系统小扰动稳定性的影响;最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台,在CIGRE高压直流标准测试模型和某实际工程模型中验证了直流阻抗建模与小干扰稳定性分析的准确性。

有源逆变器的改进非对称脉宽调制策略

为了降低大功率有源逆变系统中器件的等效开关频率,减少开关损耗,同时抑制直流侧电压波动时逆变器输出电压包含的寄生谐波,采用基于特定谐波消去法(SHEPWM)的非对称脉宽调制策略(optimal partly unsym-metrical switching angle,OPUS)和改进开关函数法,实现了逆变器的低频化和抑制寄生谐波。研究结果表明,在直流侧电压产生幅值为直流电压15%的2倍频波动时,改进的OPUS控制策略消除了输出线电压中的3、7次非受控谐波,并使得受控的基波和5次谐波电压的幅值和相位达到设定值。该仿真结果证明了结合改进开关函数法的OPUS能够应用在大功率有源逆变系统中,并且能够改善逆变器在直流侧电压小幅波动情况下的输出电压性能。

电网电压不对称对D-STATCOM的影响分析及抑制

分析了电网电压不对称对配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)电压输出性能的影响,指出电网电压不对称将导致D-STATCOM直流侧电容电压出现2倍频波动,使得交流输出电压出现负序和三次谐波,严重影响D-STATCOM输出性能,并且由此产生的负序和3次谐波电流将造成装置过流。针对此问题,提出一种改进开关函数调制法,抑制了3次谐波电流,改善了D-STATCOM的电压输出性能。提出一种负序电压前馈控制的不对称控制策略,抑制了D-STATCOM因负序电压分量造成的过流,保障了装置的安全可靠运行。仿真实验结果表明,本文提出的方法是行之有效的。

应用于级联STATCOM的高精度低成本全FPGA实时仿真模型研究

针对级联静止无功补偿器(STATCOM),提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度低成本实时仿真模型。为减小步长,提高仿真精度,提出一种改进开关函数法,将仿真模型分为非线性开关部分和线性电路部分,简化仿真模型,减少仿真计算量。通过计算开关网络外电路电压及比较逻辑得到端口电压,实现H桥死区模式下的仿真,提高模型仿真的精度与实用性。通过实时检测H桥状态,确保二极管单向导电,保证仿真正确性。为了兼顾硬件资源消耗和仿真计算速度,在设计实现上采用串并行结合,以及深度流水线技术。每相12个级联H桥STATCOM实时仿真模型只需一片Cyclone IV EP4CE115即可实现,仿真步长可达到0.85?s。Simulink/PSIM仿真和实际功率电路实验结果均验证了所提出的实时仿真的有效性。

一种基于多频段动态相量的LCC换流器电磁暂态建模方法研究

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频率,能够增大仿真步长,但由于存在谐波截断误差,导致模型精度较低。频率偏移法一般适用于窄带信号,用于宽频域仿真时,无法采用大步长提高仿真速度。为了解决仿真精度和速度的矛盾。基于此该文建立换相换流器(line-commuted converter,LCC)的多频段动态相量模型,实现提高精度和增大仿真步长的目的。首先引入能够反映交流系统不对称的换流器改进开关函数模型,在此基础上,以六脉动为例推导LCC多频段动态相量耦合模型。然后,根据LCC的运行特性对上述模型进行频段解耦,得到多频段解耦模型,使其可应用于多核CPU的并行仿真。最后通过算例,验证该文多频段LCC动态相量模型的有效性。

配电网静止同步补偿器的不平衡综合控制策略

配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)直流侧电容电压在电网电压不平衡条件下会出现2倍频波动,使得交流输出电压出现负序和3次谐波,严重影响D-STATCOM的运行性能。针对此问题,提出一种综合应用改进开关函数调制法和负序电压前馈控制的方法改善D-STATCOM的运行性能。改进的开关函数法能有效抑制3次谐波电流,改善了D-STATCOM的电压输出性能;负序前馈控制抑制了D-STATCOM因负序电压分量造成的过流,保障了装置的安全可靠运行。仿真和实验结果表明,提出的该方法是行之有效的。