正负序电流控制对电压源型变换器谐波稳定性的影响研究

为了保证电压源型变换器在非对称电网下正常工作,其电流控制中需包含正序电流控制和负序电流控制.在建立电压源型变换器阻抗模型的基础上,研究并对比基于延时的正负序分解法和基于二阶广义积分器的正负序分解法对电压源变换器谐波稳定性的影响.研究结果表明,与基于二阶广义积分器的正负序分解法相比,基于延时的正负序分解法将引入更高的不稳定性风险.时域仿真结果验证了本文理论分析的正确性.

电网电压不平衡时电压源型变换器的参数设计

实际电网常有三相电压不平衡现象发生,严重影响大功率电压源型变换器(VSC)的稳定运行能力,在VSC参数设计时应予以充分考虑。已有研究表明VSC参数选取与电网相电压幅值有关,文中对此分析了表征电网电压不对称状况下的不平衡度与相电压跌落深度的关系,提出了基于电网电压不平衡程度的VSC参数设计方法。给出了与不平衡度、系统容量等具有工程实际意义的相关参数的解析表达式,并通过仿真验证了所提出的参数设计方法的合理性,为VSC的参数选择提供了工程实用算法。

弱电网下电压源型变换器静态稳定性分析

电压源型变换器(Voltage Source Converter,VSC)作为新能源发电的并网接口广泛地应用于电力系统。以单台VSC经线路阻抗并入无穷大电网为例,推导弱电网下VSC功率输出特性。基于VSC系统阻尼转矩模型得出阻尼系数直接决定系统静态稳定,同步系数通过影响阻尼功率相位间接影响系统稳定。根据阻尼功率与同步功率之间的相位关系解释了VSC系统静态失稳机理,并且利用Bode图研究了系统参数与运行工况对系统稳定性影响。结果表明,电流环比例增益越低、锁相环带宽越窄或无功功率运行不合理,VSC系统将面临静态失稳风险。同时在Matlab/Simulink中搭建VSC并入弱电网模型,验证了理论分析的正确性。

含多电压源型变换器型电力电子设备的互联电网广域阻尼控制

随着众多电压源型变换器型电力电子设备接入电力系统的渗透比逐步增加,形成了含多变流器的电力电子化互联电网.本文针对多电压源型变换器型变流器的无功调制特点,利用多变流器无功调制能力设计广域阻尼控制策略,为互联电网提供阻尼并抑制低频振荡.首先,对多电压源型变换器型变流器控制环节构成进行介绍,研究并构建了多电压源型变换器型变流器通用性模型;其次,分析了多变流器无功调制阻尼贡献机理;最后提出多变流器广域阻尼控制策略,利用多电压源型变换器型变流器无功环节的模糊控制来对互联电网功率振荡进行抑制.通过构建多电压源型变换器型变流器算例仿真,结果表明,该方法可为系统提供阻尼,有效抑制区域间振荡,增强电力系统的稳定性.

电压源型变换器中电流控制系统的等效电路模型

本文提出一种电流闭环控制系统的等效电路模型,便于分析与优化系统设计。在该模型中,控制器看作是电阻、电容和电流源等的组合,并给出控制系统直观的物理模型。基于该模型,可以直观地得到电流控制型VSC的谐波模型,而且控制器参数能以标幺值表示,便于不同的系统之间进行比较。根据电路理论,实现无误差波形跟踪有且只有两种方式,提出一种复合前馈控制策略来抑制稳态和动态电流跟踪误差。该控制策略在电流指令包含各种频率成分时尤为有效。仿真与实验结果证明了本文提出的电路模型的精确性以及所提出的控制策略的有效性。

具备零电流开关与谐波抑制的电流源型变换器新拓扑

为了克服传统电流源型变换器(current source converter,CSC)交流侧需要加装大容量交流电容器作为缓冲装置的缺点,将直流电流分配电路与传统并联式12脉波CSC相结合,研究了一种可以省去交流电容器并能有效抑制谐波的并联式7电平电流注入式电流源型变换器拓扑。该拓扑具有以下特点:通过开闭直流电流分配电路中的开关元件,将直流电流变换成2路幅值相同、相位互差30°、6倍于基波频率、7电平阶梯形周期变化且具有零值区间的三角波注入电流,两主桥开关元件在注入电流的零值区间内进行切换,实现了零电流开关(zero current switching,ZCS);变换器交流侧不需要配置大容量交流电容器,降低了设计成本,提高了系统的可靠性;主桥开关频率为50Hz的前提下,利用7电平阶梯形三角波注入电流可增加交流输出电流的电平数,改善了电流波形的谐波特性,使交流输出电流近似正弦波。另外还详细分析了新拓扑的工作机理,在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究,搭建了实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新拓扑性能优良,结构简单,具有实用价值。

计及边带分量频率耦合的电压源型换流器输入导纳建模

在高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入背景下,配电网中的谐波污染和耦合谐振特性逐渐向高频段扩展。高频谐振特性分析时,现有基于开关周期平均的电压源型变换器(VSC)单频阻抗模型难以满足奈奎斯特频率以上的阻抗建模精度需求。为此,该文分析了VSC控制器采样和脉冲宽度调制(PWM)环节产生的边带分量与扰动量之间的频率耦合机理;同时考虑两类边带分量的频率耦合,建立了适用于奈奎斯特频率以上的VSC多频耦合输入导纳模型;分析了PWM采样方式、抗混叠滤波器截止频率对VSC输入导纳的影响规律。基于硬件在环仿真平台的频率扫描和稳定性分析结果,验证了计及边带分量频率耦合的VSC输入导纳模型和相关理论分析的准确性。

用于系统直流电压控制尺度暂态过程研究的电压源型并网变换器幅相运动方程建模与特性分析

随着电压源型并网变换器(voltage source converters,VSCs)的大量使用,新型储能元件--直流电容在现代电力系统中已广泛分布。装备各直流电容在系统暂态过程中的能量积累与能量交换,可能引发系统出现与直流电容状态量(即直流电压)动态尺度相近的暂态稳定问题(文中称作直流电压控制尺度暂态稳定问题)。关于此,目前的文献在装备层面针对VSC直流电压的暂态行为及其控制优化进行了一些分析,但缺乏对多台VSC装备并入系统后因相互作用所引发的系统层面直流电压控制尺度暂态问题的研究。而认识VSC并网装备直流电压控制尺度下的暂态特性是研究现代电力系统相应尺度暂态过程及稳定性的基础。该文基于VSC完整矢量控制策略(包括直流电压、锁相及端电压控制等),应用幅相运动方程的建模方法建立适用于VSC直流电压控制尺度暂态特性分析的暂态模型。该模型为如何描述VSC并网装备相对电网的暂态特性提供了一种新的视角,使电气工程师可以像理解熟悉的同步机一样去理解VSC并网装备。最后,在Matlab/Simulink中验证了所建模型的正确性,并基于该模型分析了VSC对不同功率扰动的开环暂态响应特性及其与同步机暂态响应规律的异同。

基于等效开关电路模型的三重化线电压级联型变换器控制

线电压级联型功率变换器是一种以传统两电平六开关电压源型变换器为单元,通过线电压级联方式构成的多重化变换器。由于其具有易于模块化,扩展性强,所需隔离直流电源数少等优点,因此更适合作为网侧变换器用于风力发电系统。通过分析其工作原理与结构特点,提出一种载波移相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略;并建立统一的等效开关电路模型;通过分析传统的采用集成控制思想所设计的控制系统的不足,从而提出一种改进的控制策略。该策略不仅具备集成控制的优点,且通过增加均压补偿控制环及负序电流抑制环,实现了对多重化变换器中各组成单元传输功率的控制,解决了因各单元传输功率不均衡而造成的直流侧电容电压不均等与交流侧三相线电流不对称等问题。实验结果表明了所提出的控制策略的正确性与有效性。

一种新型的三相桥级联型PWM变换器

传统的单相级联H桥变换器不易直接应用于三相高压场合,为此提出了三相桥级联型PWM变换器的拓扑结构,其子模块为电压源型三相桥式变换器。分析了该新型拓扑的构成思想,推导了二级和三级级联拓扑的电流和功率表达式,其可做整流器也可做逆变器,分别采用单周控制和载波相移控制对其进行仿真研究。仿真结果验证了该新型拓扑的可行性,表明其能够提升电压等级,与传统的单相级联H桥变换器构成的三相变换器相比,能够节省开关管和直流侧电容(独立电源)个数,且直流侧电压纹波较小,在三相高压场合具有较好的应用前景。

二极管钳位电压源型STATCOM的控制与仿真

多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率的新型变换器技术,多电平变换器技术目前比较常见的有二极管钳位技术、电容钳位技术和级联型多电平变换器技术。以电压源型变换器为例,主要介绍了利用二极管钳位的电压源型多电平变换器的拓扑结构及其在STATCOM上的应用。

静止坐标系下变换器电流平衡–内电势运动模型:一种装备电流控制尺度物理化建模方法

随着可再生能源与柔性交、直流输电在电力系统中的广泛应用,电力电子变换器的状态运动对所接入系统的电流控制时间尺度动态行为影响日益突出。为揭示电流控制时间尺度下并网变换器在系统动态过程中的装备状态运动规律,提出了一种基于输入/输出电流平衡–内电势运动的装备物理化建模方法。以电压源型变换器(voltage source converter,VSC)为例,推导了静止坐标系下VSC的电流平衡–内电势运动模型。通过对模型变量间物理关系的分析及其物理化描述,可有助于把握装备电流控制时间尺度动态特性及特性对系统动态稳定的影响。基于Matlab/Simulink的时域仿真与样机实验结果验证了模型的准确性和分析的有效性。

基于DSP的九级注入式电压源型变流器

交直流变换器是FACTS和HVDC应用中的基本装置,是一种新型九级注入式电压源型变流器(MLVR-VSC),它结合多电平、软开关及注入概念适合大功率AC-DC变换的技术,解决高压换流阀中直接串接开关的动态电压平衡问题,有利于消除谐波,输出高性能的电压、电流波形。主控桥开关工作频率低,可以在零电压条件下切换,大大提高了大功率变流器的运行效率和可靠性。

并网变换器的多频率耦合等幅振荡分析

电压源型并网变换器与交流电网相互作用会引发新型电磁振荡现象。受控制器非线性环节的影响,该振荡不能持续发散,最终将形成等幅振荡。目前,已有研究多利用描述函数法对系统的限幅环节进行建模,从而计算振荡的幅值和频率。但是这些模型都忽略了非线性环节导致的高阶振荡分量。对现有方法进行了改进,提出了一种计及高阶振荡分量的并网变换器等幅振荡分析方法,推导了考虑高阶振荡分量后非对称限幅的描述函数,及考虑高阶分量后等幅振荡频率和幅值的计算方法,并将该方法应用于单轴限幅和双轴限幅的振荡分析。最后,利用仿真验证了所提改进方法的准确性。理论分析和仿真验证表明,所提方法提高了并网变换器等幅振荡的分析精度,并且能够计算高阶振荡分量的幅值。

并网变换器的暂态同步稳定性研究综述

随着可再生能源渗透率的提高,并网变换器对系统动态及稳定性的影响逐渐突显出来,如目前广泛讨论的低惯性和宽频振荡问题等。该文探讨与并网变换器同步环节非线性动态紧密相关的暂态同步稳定问题。首先分析并网变换器与同步机在同步机制方面的相似性,揭示了变换器的暂态同步稳定性与同步机的功角稳定性在研究方法上的内在联系;其次针对当前变换器的暂态同步稳定性研究,从失稳机理、研究方法、镇定方法 3个方面展开全面的综述;接着总结了暂态同步稳定性研究所面临的难点,探讨了暂态同步的致稳方法,展望了未来的研究方向。该文全面地梳理和总结了并网变换器暂态同步稳定性问题的研究成果和一般性方法,为解决工程问题和未来更深入的研究提供了借鉴和思考。

三相电压型PWM整流器双开关表直接功率控制策略

首先,提出了一种直接功率控制改进策略,用以解决三相电压型脉冲宽度调制整流器采用传统直接功率控制时存在的扇区判断算法复杂和无功功率周期性波动问题。该改进策略设置2个开关表,对无功功率误差进行判断,并根据误差大小选择不同的开关表。然后,对所提出的扇区判断方法进行了分析,该方法避免了复杂的坐标变换和反正切函数运算;给出了2个开关表的选择原则,即分别以最大限度地降低开关损耗和提高无功功率响应速度为原则。最后,通过MATLAB/Simulink仿真与传统直接功率控制进行对比。仿真结果表明,该改进策略不仅取得了更低的交流侧电流谐波总畸变率,同时有功功率、无功功率到达稳态的时间也提前近38.5%。

弱电网下基于矢量控制的并网变换器功率控制稳定性

研究了基于矢量控制的电压源型变换器(VSC)功率控制的稳定性问题。VSC通过控制基于电网电压定向的d轴和q轴电流来调节注入电网的有功和无功功率。VSC注入电网的功率与d轴和q轴电流间的关系特性对功率控制稳定性影响重大。基于VSC经线路阻抗接入无穷大电源的单机无穷大系统,研究了VSC输出有功功率、端电压幅值与注入电网的d轴和q轴电流间的关系特性。发现电网逐渐变弱时,有功功率对d轴电流的灵敏度由正变负,此关系特性制约了VSC弱电网运行时功率控制的稳定性。进一步分析了功率、端电压幅值对d轴和q轴电流的灵敏度特性。基于分析结果,提出了提高VSC弱电网运行时功率控制稳定性的基本思路。

串联型有源电力滤波器的单周控制方法

目前单周控制技术集中用于并联型有源电力滤波器控制中,对于将单周控制应用于串联有源滤波器,仍有许多理论和技术问题值得研究。通过对串联有源滤波器主电路的分析,导出了用于串联型滤波器单周控制的数学关系。同时通过对控制器的分析,建立了适用于单相串联有源滤波器的单周控制模型。实验研究结果验证了理论分析的正确性和可行性。

电力系统中变换器电流时间尺度动态过程分析的幅值/频率调制方法

电压源型变换器(voltage source converter,VSC)大规模应用所引起的不同频率振荡给电力系统电流时间尺度电压幅值/频率动态带来了巨大影响。然而现有的研究没能认识到上述系统动态过程本质为内电势幅值/频率调制的过程,相关的基于内电势幅值/频率调制的VSC电流时间尺度系统动态过程分析的研究尚未开展。为此,该文提出适用于VSC电流时间尺度系统动态过程分析的幅值/频率调制方法。首先,介绍VSC多机系统模型结构及系统动态过程的内电势幅值/频率调制本质,澄清了当前普遍存在的对VSC动态过程本质为谐波动态过程的误解。然后,结合时域仿真讨论网络和VSC原始数学模型及线性化的基本挑战。最后,所提出的方法不仅能直观地分析由装备和网络所形成的内电势幅值/频率调制和有功/无功功率调制间的因果循环关系及演化规律,还能统一归纳多样化装备和网络对电力系统所关注目标–电压幅值/频率动态的影响。

级联H桥注入多电平变换器门级触发单元的设计

设计了一种应用于高压大功率的级联H桥电压注入电压源型多电平变换器拓扑结构的门级触发单元,分析了开关模式选择、电网同步、沿状态判断等在实现中需要注意的关键问题,并以在静止同步补偿器中的应用为背景做了仿真研究,结果证明了基于注入式多电平变换器的门级设计具有较好的稳态和动态响应特性。