电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

当三相电网不平衡时,传统双闭环控制策略下将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,从而严重影响并网逆变器的输出品质。针对这一问题,本文首先建立了电网不平衡时并网逆变器的数学模型,给出了同步旋转坐标下的电压矢量方程;并根据瞬时功率理论分析了功率波动形式;然后提出了一种瞬时正、负序分离方法,该算法准确度较高,且基本无延时;为了使三相并网电流对称,以抑制负序电流为控制目标,正序电流由控制器的外环给定,在正序和负序同步旋转坐标下实现并网电流的控制。在实验室内搭建了并网实验平台,实验结果表明新的控制策略下并网电流波形对称,有效地抑制了负序电流。

面向含不可测分支配电线路不对称故障可靠辨识的负序电流比相保护判据

城市配电网的主动配电网特征日趋显著,含不可测分支结构的馈电线路大量增加。受上述特点影响,单端量保护性能显著降低。因此,对于特别重要的线路,亟待双端量保护来保证故障切除的可靠性和灵敏性。但是,分支电流的差动特性导致相量差动保护从原理上即不适用,而纵联距离保护和方向比较式纵联保护由于需要电压信息,在仅配置电流互感器的线路不具备实施条件。此外,电压和分支两因素的叠加使得上述保护的动作行为分析尤为困难。因此,有必要寻找新型纵联保护判据。该文充分考虑不可测分支的影响,提出了仅利用负序电流相位差这一不对称故障期间始终存在的故障分量来反映故障的思路,并构建了一种适用于这类配电网线路的负序电流比相判据。与现有含分支的幅值差动类保护相比,所提判据在安全性方面具有优势。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV配电网模型,设计多组仿真算例,对比验证了所提判据的有效性。

牵引电网基波正负序电流提取方法

为了有效检测出电气化铁路供电臂中正负序电流分量,提出了一种基于FBD(Fryze-Buchholz-Depenbrock)原理的电流实时检测新方法。以Scott变压器牵引供电系统为研究对象,分析了变压器原副边正负电流之间的关系。在此基础上,通过锁相环产生并构造基波正负序参考电压;利用构造的参考电压和两相电流求出对应的等效电导;再由等效电导提取供电臂中基波正负序电流及其他分量。克服了传统方法只能检测出有功、无功和谐波电流的局限性,且计算过程简单,检测电流实时有效。仿真结果验证了该方法的正确性。

基于FBD法的基波正负序电流实时检测方法

为了快速、有效地检测电气化铁道供电系统中的基波正、负序电流和高次谐波电流,文中提出了一种基于FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)法的电流实时检测方法。利用锁相环跟踪三相不对称或畸变电压的某一相,获取其频率和相位信息,以此构造基波正序参考电压和基波负序参考电压;利用构造的正、负序参考电压和检测出的三相电流求得对应的正、负序等效电导;对电导进行低通滤波器滤波,获取其正、负序直流分量;将电导的正、负序直流分量乘以相应的正、负序参考电压,即可获得基波正、负序电流;从总电流中减去基波正、负序电流即得到谐波电流。由于该方法只需要检测系统三相电压中一相的基波频率和相位,因此可应用于系统电压不对称或畸变的情况。该方法无需Park变换和dq变换,计算量较小。仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。

电网不对称时考虑相电流限制的PWM整流器协调控制策略

当电网不对称时,PWM整流器最大运行功率会受到功率器件容量的限制而降低。该文基于瞬时功率理论分析了PWM整流器在电网不对称时的数学模型。介绍了电网不对称时两种整流器的控制策略:平衡的正序电流控制(balanced positive sequence current control,BPSC)和瞬时有功功率控制(instantaneous active power control,IAPC)。采用BPSC策略能够扩展PWM整流器最大运行功率,但有功功率波动较大,而IAPC策略能够抑制有功功率波动,但运行功率较小。在此基础上文中提出了一种平衡正序电流和瞬时有功功率的协调控制策略(hybrid balanced positive sequence and instantaneous active power control,HBPSIAPC),从而实现PWM整流器功率扩展和有功功率波动最小。通过采用标幺值,简化了理论推导和分析过程。最后,在实验室搭建了PWM整流器的实验平台,验证了所提出控制策略的可行性。

含负序电流注入IIDG的多相配电网短路电流计算

逆变型分布式电源IIDG(inverter-interfaced distributed generators)的控制策略决定了其输出特性,而传统IIDG等效模型未能考虑IIDG三相输出电流不对称情况,具有局限性。通过分析IIDG故障电流与所采用控制策略之间的关系,建立了IIDG序分量等效模型;通过采用引入虚拟节点、虚拟线路以及补偿电流的方法,建立了不平衡多相配电网的序等效模型。在此基础上,构建含IIDG多相配电网的序节点电压方程,揭示IIDG输出电流和解耦补偿电流与对应节点电压的关系,由此提出了基于叠加定理的迭代修正短路电流计算方法。最后,通过仿真对比验证了所提计算方法的可行性和有效性。

不对称电网故障下PWM整流器的控制

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流是目前性能最优的交-直变流技术。但在不对称电网下,存在显著的谐波功率,严重影响其输出品质,须采用正、负序分解并分别控制的策略来解决。其关键是对正、负序电流分别进行跟踪。通过电压、电流和功率的关系,得到了正、负序d-q坐标系下的电流控制指令,以此修改了控制策略并建立仿真模型。结果表明,新方法能控制整流器在故障电网下的输入电流,抑制谐波功率的产生,保证直流电压的稳定,实现整流器的不间断运行。

电网不对称故障下混合型MMC不间断运行技术

为提高混合型MMC的不间断运行能力,提出了一种混合型MMC在电网不对称故障下的控制策略。该控制器在交、直流解耦控制的架构上,引入dq坐标系下的正负序分离锁相环、准谐振控制环节、低压限流环节和零序环流抑制环节,实现了负序电流抑制,限制了桥臂的过电流,消除了零序二倍频环流。首先介绍了电网不对称下换流器的模型,基于功率和桥臂电流的表达式,分析了换流器受到的影响。然后针对不对称故障,设计了负序电流抑制策略、有功功率控制策略和桥臂环流抑制策略,以保证混合型MMC的安全稳定运行。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC模型,验证了所设计策略在电网不对称故障下的有效性,实现了混合型MMC的不间断运行。

矿井低压电网不对称过流保护的实现

针对供电电网发生不对称故障时除产生正序分量外还有负序分量的特点,设计了一种负序保护电路,分析了负序保护的基本原理,给出了具体的负序保护电路图。该负序保护电路已应用于井下移动变电站低压开关综合保护系统中,运行结果表明该电路检测准确、动作可靠,具有较高的实用价值。

输电网分布电容对负序方向元件的影响及对策研究

分布电容会对电力系统的正常运行产生影响。详细分析了输电网中分布电容对负序方向保护的影响机理,研究表明低电压的输电网中线路分布电容对负序方向元件的影响较大。针对分布电容可能导致负序方向元件误动的情形,提出了一种新的基于正序基波电流幅值变化趋势的解决措施。大量的PSCAD/EMTDC仿真实验验证了结论的正确性。

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。

电压不对称故障下光伏逆变器低电压穿越技术

在电网电压对称情况下,光伏并网逆变器在传统的双闭环控制方式下拥有良好的动态和稳态性能。在电网电压不对称情况下,不对称电压和不对称电流中存在负序分量,严重影响光伏并网逆变器输入电压及输出电流品质。根据同步旋转坐标变换和对称分量法,在瞬时功率分析的基础上,采用抑制交流侧负序电流的控制方案。考虑逆变器电流安全限值等问题,实现电网电压不对称故障下光伏并网逆变器的低电压穿越运行。在Matlab/Simulink中建立了光伏并网发电系统仿真模型,得到电网电压不对称故障下的仿真结果,验证了控制策略的有效性。

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。

网压非对称条件下双馈风电系统的PS-VS及NS-VR综合控制分析(英文)

当前诸多文献研究了电网电压对称跌落状态下双馈风力发电系统的穿越控制策略,但是电网发生非对称跌落的概率约占网压跌落事件数的80%。该文提出一种电网电压非对称条件下的双馈系统优化动态综合控制策略。分别建立了正序电压支撑(positive sequence voltage support,PS-VS)及负序电压抑制(negative sequence voltage restrain,NS-VR)的控制模型,并且在变流器的输出电压中将正序电压控制分量与负序电压控制分量给予合成。此控制策略实现了电网电压不对称故障条件下风电场电网公共接入点电压质量的显著提升。论文研究了根据电网电压跌落幅度对PS-VS子功能与NS-VR子功能的容量分配算法。通过Matlab/Simulink对PS-VS控制及NS-VR控制的综合控制仿真结果表明,该控制策略实现了风电场电网电压非对称状态下双馈风力发电系统并网条件的明显提升。

防止大机组长时间不对称运行的措施

针对发电机不对称运行的危害,提出了从电网方面采取防止大机组长时间不对称运行的具体措施.

电网电压不平衡时光伏并网逆变器低电压穿越技术

为提高光伏逆变器所并电网的运行稳定性,研究了电网电压不平衡时光伏逆变器的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,采用了在正、负序同步坐标变换下,电网正、负序电压分别定向的矢量控制策略。考虑滤波电感上的瞬时功率不为零,需按照桥臂侧瞬时功率计算来消除有功功率传输中的波动分量,以稳定直流母线电压;考虑逆变器电流安全限值等问题,给出额定功率运行时电网电压不平衡的低电压穿越控制方案。在Mat-lab/Simulink中建立了光伏并网发电系统仿真模型,系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网电压不平衡时可实现光伏并网逆变器的低电压穿越运行。

含分布式电源多点接入的配电网新型纵联保护

为解决因分布式电源接入配电网导致网络拓扑结构改变而引起的依靠传统电源故障特性建立的保护方案容易发生误动和拒动问题,提出一种基于保护安装处电流序分量相位差的新型纵联保护方案。方案定义电流负序分量和正序分量相位差为电流序分量相位差。通过计算保护装置处电流序分量相位差,进而再比较线路两端保护装置处的电流序分量相位差值大小,快速识别区内外故障。方案针对分布式电源多点接入、过渡电阻大小影响,不可测分支存在情况分别进行分析仿真。最后利用Matlab仿真软件对保护方案进行仿真,验证了保护方案的正确性。

含逆变型分布式电源的配电网智能分布式保护

为解决含分布式电源配电网的保护选择性问题,提出一种基于通信的智能分布式保护方案。本文分析了逆变型分布式电源的双闭环控制策略及抑制负序电压的控制方案。基于这类电源在系统发生不对称故障时只输出正序电流及对原有配电网负序电流分布和大小没有影响的特征,利用两段式负序电流保护和两段式正序方向电流保护分别反应不对称故障和三相短路的智能分布式保护方案。该方案仅在每条线路的电源侧设置保护装置,借助于通信通道和保护装置整定值的相互配合实现全线路故障的0 s跳闸,不需要随着分布式电源的接入与否改变整定值。PSCAD/EMTDC仿真验证了该保护方案的有效性。

发电机的不对称运行研究

发电机的不对称运行也是属于非正常工作状态。在实际运行中,引起发电机不对称运行的原因可能是多种多样的,如不对称负荷(电气机车、电炉等)、输电线路不对称(低压网中采用的"两线一地"接线方式)以及非全相运行状态等。当同步发电机不对称运行时,由对称分量法可知,定子绕组中除了有正序电流外,还有负序电流。所以,发电机三相不对称运行的特点就是伴随着出现负序电流。

电网电压不平衡条件下光伏并网逆变器的控制策略

在传统单同步参考系锁相环的基础上,提出了解耦双同步参考坐标系锁相环,该种结构的锁相环实现了电网电压不平衡情况下准确的电网同步并分离出电网电压正负序分量。根据建立的数学模型以及瞬时功率与并网电流正负序分量之间的关系,提出以抑制并网电流负序分量为控制目标的控制策略,通过仿真分析发现采用该控制策略后,并网电流波形质量良好,谐波畸变率远低于并网标准要求,可以实现系统的安全稳定并网。