SMES用电压源型功率调节系统的建模与控制方法研究

以电压源型功率调节系统为对象,研究其建模及其控制方法。首先给出电压源型功率调节系统的结构,包括电压源型变流器和斩波器的主电路拓扑结构及其连接关系;随后导出占空比表达的PCS低频数学模型,并使用非线性变换实现状态方程线性化,基于线性化后的模型给出有功功率、无功功率及直流电压解耦的控制系统设计方法;最后在Matlab/Simulink环境下对PCS功率跟踪能力及SMES装置抑制风电功率波动的效果进行了仿真验证。仿真结果表明:所设计的PCS系统控制器对阶跃和正弦规律变化的功率指令具有优秀的跟踪能力,同时具有较强稳定直流电压的能力,该PCS接口的超导储能装置应用于风力发电系统中,能够达到减小风电功率波动,平息出力的目标。

电压源型逆变器对弱电网系统稳定性和风电场输出有功功率相关性的影响

电压源型逆变器的应用可能会在风电场并网系统中引起次同步振荡事故,严重影响电力系统安全稳定运行。为了研究电压源型逆变器和风电场输出有功功率对电网稳定性的影响,本文建立了一个基于阻抗的并网系统模型,分析了影响输出有功功率与系统稳定性相关性的主要因素。结合PSCAD/EMTDC时域仿真实验,分析了影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素。结果表明,影响风电场与弱交流电网稳定性的相关性主要因素包括:电压源型逆变器的内环、外环和锁相环参数。而且在不同的风电场输出有功功率下,电压源型逆变器控制回路参数与系统稳定性之间的相关性是不同的。

SMES装置用电压源型变流器双闭环功率控制系统设计

基于PI控制器的双闭环功率控制系统简单可靠,但存在理论参数控制效果不理想、参数进一步调整缺乏系统方法的问题。针对该问题,以超导磁储能(SMES)装置中较常采用的电压源型变流器(VSC)为对象,研究其双闭环功率控制系统中PI参数的设置方法。首先给出SMES系统中VSC数学模型及控制系统结构,并基于二阶最佳整定思想推导各环PI控制器理论参数的计算式;然后以传递函数及根轨迹为工具,分析各环PI控制器参数变化对各环动态特性的影响规律,并据此总结参数调整步骤;最后通过仿真算例验证理论分析的合理性和参数调整步骤的有效性。

基于星形接法的三相链式功率调节系统直流母线电压平衡控制

三相链式功率调节系统可用于电网的瞬态有功、无功调节。该系统有多组直流母线,由于其直流母线上储电装置的性能不一致、以及负载参数不同,将引起系统各个直流母线电压不等或不平衡,从而影响系统的可靠运行以及满额运行。针对星形接法的链式功率调节系统三相直流母线电压不平衡的问题,本文提出了一种基于负序电压注入的平衡三相直流母线电压方法。论文说明了方法的原理,推导了主要的实现步骤,与已有的基于零序电压注入的平衡方法进行了比较。仿真和实验证明该方法的有效性。

基于无功功率控制的光伏逆变器电压调节策略研究

为解决光伏配电系统运行中的电压不平衡问题,提出了一种基于无功功率控制的光伏逆变器电压调节方法。首先,使用光伏逆变器吸收或注入无功功率,将无功功率作为电压函数控制电压幅值,解决电压不平衡问题。然后,将电压不平衡度保持在限定值以下,即将电压变化幅度保持在标准范围内。最后,通过IEEE 37节点系统配合使用真实光伏发电和负载需求数据进行仿真测试,验证了所提方法的实际性能。实验结果表明,所提方法能够有效地将节点处电压变化幅度控制在电压不平衡阈值内,并显著降低住宅光伏逆变器的运行压力,促进配电系统提升光伏发电能力。

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题,文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电,设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器,并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型,仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性,表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题,且控制方式灵活、简单。

基于电压源型换流器的柔性直流系统快速方向保护

基于电压源型换流器的直流配电系统发生故障时,故障电流具有速度快、峰值大的特点,对保护速动性与可靠性要求高。针对典型环状直流配电系统,研究了保护正、反方向发生故障时的差异特征。在此基础上,提取直流侧并联电容电压与线路电流在保护正、反方向发生故障时的相关性特征,提出并设计了一种直流线路快速方向保护新原理。该原理具有动作速度快、选择性高、抗过渡电阻能力较强等特点。在PSCAD中搭建了四端环状直流配电系统,大量仿真算例验证了所提保护原理的可行性与优越性。

基于电压源型换流器的多端直流配电系统降阶小信号模型

含电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流配电系统集成度高,电力电子装置数量较多,这导致系统小信号模型的阶数较高,从而增加了系统稳定性分析及全局控制器设计的难度。鉴于此,提出了一种新型的多端直流(multi terminal DC,MTDC)系统降阶小信号模型。首先,文章对VSC进行了参与因子分析,辨识了与直流电压主导运动模态呈高相关性的状态变量。以此为基础,基于瞬时功率理论推导出一种新型VSC降阶模型。基于该模型,文章建立了多端直流配电系统的降阶小信号模型。最后,文章将所建立的多端直流配电系统降阶模型与传统降阶模型及电磁暂态模型进行了对比分析。结果表明:相对于传统的降阶小信号模型而言,文中所提出的系统模型能够更精确地评估系统的稳定性。

基于滞环滑模算法的级联型动态电压调节系统分程控制

基于滞环伪滑模变结构算法,提出一种分程控制方法。该方法采用滞环降低抖动频率,并通过改变反馈作用大小来进一步优化换流电路的工作性能。分程控制充分利用级联DVR电路的特点,根据电网电压情况将DVR输出电压划分为不同范围,针对不同程度的畸变投入相应数量的功率模块,使控制系统能够优化响应速度,保证受控电压精确跟踪参考信号,维持电压稳定。理论分析表明该算法使功率模块间歇工作,这样可以降低开关损耗,同时分析了系统参数对控制特性以及切换频率的影响。根据DVR数学模型进行仿真,结果表明分程控制算法具有良好的鲁棒性与实时性,能够快速消除电压谐波及凹陷。

基于铅酸动力电池组供电的电压源型逆变器——牵引感应电机传动系统的稳定性研究(英文)

建立了铅酸动力蓄电池组供电的电压源逆变器—牵引感应电机驱动系统的周期系数线性模型,基于Lyapunov稳定性理论,分析了各恒速点的周期开关模式电气稳定性因素。仿真研究表明,铅酸动力蓄电池组的动态内阻变化对感应电机驱动系统的速度稳定区域变化影响显著,动态内阻越小越能够扩大系统速度稳定区域。感应电机的定子电阻增大有利于系统稳定性,转子电阻减小能够扩大系统速度稳定区域,励磁电感变化对系统稳定性影响很小,转差率越大系统稳定性越差。因此,合理选择设计感应电机驱动系统电气参数,能够扩大系统速度稳定区域,乃至整个速度范围保持稳定。这有助于在诸如电动车辆的工程应用中,避免电气传动系统振荡现象的发生。

多端电压源型直流互联系统频率稳定性控制策略

以提高电压源型换流器多端直流互联系统的频率稳定性为目的,提出了一种适用于多孤岛电网换流站共同参与主网频率调节的多端协调控制策略。该控制策略首先是根据互联系统的数学模型,利用非线性鲁棒控制中的反馈线性化H∞方法设计出了各孤岛电网换流站直流功率调节量的控制律。然后考虑各孤岛电网自身频率波动情况,利用单纯形法滚动优化直流功率调节量控制律中的直流功率分配系数,从而得到最优分配的直流功率调节量,保证了各换流站以最优直流电压斜率控制协调参与主电网的频率稳定调节过程。最后,在PSCAD/EMTDC中以三端柔性直流互联系统为例,通过与常规控制策略进行对比仿真,验证了所提控制策略的正确性和优越性。

多相并联LLC电压型谐振逆变电源控制与调节

目前,逆变电源的相移控制一般应用在单个逆变器中,而逆变电源容量的提高常采用多管并联或高频变压器并联的方式实现。提出了一种控制、调节逆变电源并提高其输出功率的新方法。该方法通过控制多个逆变器间的相移来有效控制和调节逆变电源的输出功率,同时通过多相并联电感-电感-电容(LLC)电压型谐振逆变器来提高逆变电源输出功率。推导出了不同相移控制下各相逆变器输出电流、输出有功功率及负载电流和电源效率的计算公式,并对不同相移时逆变器输出有功功率、无功功率和负载功率进行了仿真分析,同时设计了两相并联相移控制LLC电压型谐振逆变电源实验样机,进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的新方法能有效控制和调节逆变电源的输出功率,提高电源容量,简化功率调节过程,降低开关损耗,从而提高系统效率。

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

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。

构网型、跟网型非同步机电源并网系统暂态同步稳定性分析

研究构网型、跟网型非同步机电源并网系统的暂态同步稳定性,并在实际电网场景下进行仿真验证。首先,根据构网型、跟网型非同步机电源的控制策略,分析影响其暂态同步稳定性的关键因素。随后,在PSCAD/EMTDC中搭建实际电网场景500 kV等值交流系统的时域仿真模型。基于此模型,研究非同步机电源接入实际电网系统的暂态失稳故障表现特征,并验证暂态同步稳定性影响因素的正确性。

新型电压源功率因数校正器的研究

介绍和分析了一种新型电压源功率因数校正器 ,重点阐述了它的工作原理及其控制系统的设计。该装置采用PWM电压源逆变器 ,可以维持接近于 1的功率因数。最后给出的实验结果证明了这一点。

多端电压源型直流输电系统的控制策略

以提高多端电压源型直流输电系统的运行可靠性为目的,提出了基于直流电压—有功功率调节特性的多端直流输电系统控制策略。在系统负荷发生突变或任一换流站故障退出后,所有具备功率调节能力的换流站根据给定的调制方式在一定程度上分担系统功率的缺额,这样既维持了系统内的功率平衡,又避免了单个换流站承担功率过大的情况。最后通过数字仿真验证了所提出的控制策略设计的正确性和可行性。

广义谐波电网环境电压源型并网变流器滑模变结构直接功率控制策略

针对实际电网电压中存在实时动态变化的谐波运行环境,提出电压源型并网变流器广义谐波下的滑模变结构直接功率控制(sliding-mode-based direct power control,SMCDPC)策略;其实施是针对所有次数谐波,该控制策略不需实时精确的电网谐波次数和相位检测,具有实际工程应用价值。在以往研究成果的基础上,建立了广义畸变电网环境中的并网电压源型变流器(grid-connected voltage-sourced converters,VSC)的完整数学模型,提出3种该运行环境下的控制目标:正弦形输出电流,消除有功功率波动和无功功率波动。完成了滑模变结构直接功率控制设计。仿真结果表明,相比传统滑模变结构直接功率控制,改进的滑模变结构直接功率控制增强了电压源型并网变流器在实际电网广义电压谐波下环境中的运行能力。

双馈感应式风电场电网友好型功率控制系统技术改造

当前我国电网新能源装机渗透率高,迫切需要光伏电站、风电场深度参与电网调峰、调压,为此分析目前双馈感应式风电场功率控制系统结构复杂、功能重叠、信息传递环节多、故障率高、控制策略落后的现状,论证双馈感应式风电场进行电网友好型功率控制系统技术改造的必要性、可能性,提出包括优化系统结构、改进控制策略、简化通信网络、充分发挥双馈风电机组优良的有功/无功控制能力等各项改进措施,并以双馈感应式风电场功率控制系统技术改造实例加以说明,同时对新能源电站是否必须加装无功补偿装置进行讨论。性能验收试验表明,改造后的风电场功率控制系统无需配置无功补偿装置,其各项技术指标优于国家技术标准。该项技术的应用有利于电网的安全、稳定、经济运行,在新建风电场推广可降低造价昂贵的一次性投资,减少运行损耗,具有一定的社会效益和经济效益。

电压源型SPWM逆变器—异步电机系统发电工作原理的研究

分析了电压源型SPWM逆变器—异步系统发电的基本工作原理以及当异步电机从电动进入到发电运行时逆变器从无源逆变状态转换到将电机的发出的能量转送到直流侧这种类似于整流的工作状态的根本原因。