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。

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。