基于直流侧电压等效补偿的光伏并网系统间谐波电流抑制策略

在光伏发电单元并联接入电网的背景下,最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制引起的直流侧电压振荡导致低频间谐波电流问题日益严重,极大影响了电能质量。对此,介绍了多个光伏发电单元并联入网的常见形式,建立了含2个光伏单元并联接入电网的模型;然后,利用扰动式MPPT振荡特性建立了间谐波电流模型,分析了扰动步长对光伏并网系统间谐波特性的影响,并定义了间谐波含有率;接着,提出了一种基于直流侧电压等效补偿的光伏并网系统间谐波电流抑制方法,该方法使得多个并联光伏发电单元直流电压振荡相互抵消,兼具MPPT动态性能和抑制效果。最后,通过仿真分析验证了所提方法在降低光伏并网间谐波电流幅值、提高电能质量方面的有效性。

柔性直流输电系统高频振荡分析与抑制策略综述

柔性直流输电技术具有可控度高、谐波水平低、调节范围广等优点,在新能源大规模外送和长距离输电等方面都获得了应用。国内外屡次发生了采用模块化多电平换流器的柔性直流输电系统的高频振荡事故,对电力系统的安全稳定运行造成严重的影响。首先介绍国内发生的一些高频振荡事故,然后从高频振荡分析方法和抑制策略两方面讲解柔性直流输电系统高频振荡的研究现状,最后提出目前研究高频振荡问题所要面临的困难以及未来研究的方向。

基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。

基于直流侧电容电压弱控制策略的UPFC二阶段控制器设计

在分析常用直流侧电容电压控制方法的基础上,确定了直流侧电容电压强控制的概念,并相应地提出了直流侧电容电压弱控制策略。该策略能够利用UPFC直流侧电容吸收部分暂态能量,从而加速故障后线路上潮流稳定过程。基于直流侧电容电压弱控制的概念,结合线性最优控制方法,给出了相应的弱-强二阶段控制器设计实例及仿真结果。仿真实验表明,在系统发生三相对称短路故障时,该控制策略能够迅速地稳定被控线路的潮流和UPFC接入点的母线电压。该文提出的直流侧电容电压弱控制方式可与任一成熟的UPFC控制策略共同工作,以达到进一步改善控制效果的目的。

链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究

链式结构的STATCOM以其损耗小、效率高、输出电压谐波含量少、易于模块化等优点,被广泛应用于各类STATCOM样机及工程中。然而这种结构的STATCOM存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时可能导致STATCOM装置无法正常工作。针对这一突出问题展开研究,分析了各种可能影响到直流侧电容电压不平衡的因素,认为并联损耗、混合损耗和脉冲延时是主要的影响因素。从能量平衡角度归纳了4种常见控制策略,从控制变量角度归纳了3种常见控制策略,最后介绍了1种便于软件实现的新型直流侧电容电压不平衡控制策略,并给出了相关推荐意见。这些可为STATCOM工程设计者提供参考。

基于虚拟正阻抗的地铁牵引传动系统直流侧振荡抑制策略

稳定运行是高性能地铁牵引传动系统的重要保障,而在实际运行过程中,直流侧振荡在地铁牵引传动系统中时有发生,严重影响地铁牵引传动系统性能稳定性。对此,文章提出一种基于虚拟正阻抗的主动阻尼策略用于实现直流侧振荡抑制。其首先利用直流侧电压和低通滤波器获得直流侧电压扰动分量;然后将所得到的直流侧电压扰动分量反馈到控制系统中,实现负阻抗特性补偿,进一步有效抑制直流侧振荡。仿真和实验结果表明,当电机运行在额定负载工况时,采用文中所提策略可有效抑制地铁牵引传动系统直流侧LC谐振振荡。

级联H桥整流器稳定运行区域和直流侧电压平衡策略的调节能力分析

对级联型整流器稳定运行区域(稳定域)的分析以及不同直流侧电压平衡控制策略的评估至关重要。针对多级级联H桥整流器稳定域却鲜有分析且没有一种适用范围较广的直流侧电压平衡控制策略评估方法,因此提出一种基于相量图的多级级联H桥整流器稳定域的通用分析方法,定义功率偏差系数来分析不同直流侧电压平衡控制策略的调节能力。建立级联H桥整流器直流侧电压数学模型,分析两级和多级级联H桥整流器的稳定域,给出以调制比调节法为例的功率偏差系数数学表达式。因此,对四级级联H桥整流器多种工况下调制比调节法所能达到的功率偏差系数范围进行求解,并对这些工况进行仿真和实验,验证了所提出的分析方法的有效性和准确性。

计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败机理分析及抑制策略

利用电网侧储能的无功支撑能力有望改善多馈入直流输电(multi-infeed high voltage direct current,MIDC)的电压暂态特性,但是电网侧储能接入后,电力电子装备之间的相互作用会影响MIDC控制特性。在计及电网侧储能与MIDC交互作用基础上,分析了故障持续阶段与故障清除阶段的MIDC后续换相失败机理。研究表明,在故障持续阶段,由于电网侧储能的交互作用,定电流控制切换为定关断角控制时直流电流更大,并且电流偏差控制输出减少使越前触发角下降,造成换相供给面积不足的影响更大;在故障清除阶段,计及直流电流振荡影响,越前触发角下降及大幅波动会导致换相供给面积不足;在MIDC系统处于功率恢复过程中,若电网侧储能无功功率指令置为0,将增大后续换相失败风险。然后,针对电网侧储能以及MIDC控制策略进行改进,提出了计及电网侧储能交互作用的MIDC后续换相失败抑制策略。最后,在多种故障类型下仿真验证了所提控制策略有效性。

柔性直流输电系统中高频振荡研究综述

近年来,国内外多个电压源型柔性直流输电工程中发生了中高频振荡现象,影响系统的安全稳定运行。针对柔性直流输电系统出现的中高频振荡问题,阐述了柔直换流站阻抗模型和状态空间模型的建立方法,交流系统数学模型建立方法。对使用阻抗分析法、特征值法进行系统稳定性分析的原理、方法进行了说明。基于换流器阻抗模型,分析了电压前馈、电流内环、锁相环、环流控制等因素对换流器阻抗特性的影响。归纳总结了现有中高频振荡抑制策略及其对柔性直流输电系统动态性能的影响,介绍了谐波保护方法。对中高频振荡问题的抑制措施研究进行展望,给出了未来研究方向建议。

柔性直流输电系统高频振荡建模分析与抑制策略综述

柔性直流输电技术凭借其自身的经济性优势在可再生能源大规模外送和跨区输电等方面得到了广泛应用。近年来,在国内外基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中发生了多起高频振荡事件,严重威胁电力系统的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。为深入研究并解决该新型电力系统高频振荡问题,该文首先归纳了国内外实际发生的部分典型高频振荡事件及其危害。在此基础上,从振荡稳定分析、阻抗建模和抑制策略等三方面入手,总结柔性直流输电系统高频振荡的研究现状。最后,针对柔性直流输电系统的高频振荡问题,给出当前研究面临的困难与挑战,并对未来研究方向进行了展望。

链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

针对STATCOM电容直流电压不稳定问题进行了分析,提出了一种增加附加充放电电路方式的STATCOM电容电压控制策略。采用附加电路对链式STATCOM电容进行充电及稳压控制,其中附加电路多绕组变压器的使用,有效地隔离了附加电路各链节直接的电的联系,消除了附加电路和装置主电路同时投入时电压瞬时降为零的现象,使得附加电路的控制策略可以完全和主电路控制策略独立;附加电路既可以直接接到大电网中,也可以采用与电网分离的独立供电电源,甚至可以采用大容量的UPS,可以较好地实现装置启动、快速功率切换等。装置动态响应能力亦有所增强,同时当主电路出现较大电压波动时,仍可以保证STATCOM电容电压的稳定,正常地输出无功。

含自适应虚拟电容控制的直流母线电压综合控制策略

由于直流微电网广泛采用传统下垂控制,因而在恒功率负荷扰动时,系统存在母线电压变化速度快、振荡、偏移大等问题,不利于电压敏感负荷的正常运行。为解决上述问题提出一种由改进的自适应虚拟电容控制(improved adaptive virtual capacitor control,IAVCC)、振荡抑制器和电压补偿器组成的直流母线电压综合控制策略。其中,IAVCC在负荷扰动时可根据母线电压变化率自适应地调节虚拟电容大小,从而增强直流微电网惯性,减缓母线电压变化速度,改善系统动态特性。在此基础上,振荡抑制器通过滤除母线电压的高频振荡分量,显著地抑制了电压振荡。此外,电压补偿器可实现母线电压无偏差调节,解决了负荷功率增加时母线电压跌落严重的问题。所提出的综合控制策略实现了直流母线电压动态特性优化、振荡抑制以及无偏差调节,改善系统动态性和稳定性。最后通过基于RTLAB的实验验证所提策略的可行性。

基于无源阻尼的柔性直流输电系统高频振荡抑制策略

柔性直流输电系统的控制链路延时效应使系统阻抗在高频段呈现负阻尼特性,可能导致与交流线路分布电容相互作用产生高频振荡。现有抑制策略中,附加低通滤波器等有源阻尼策略对运行工况和延时时间变化的适应性较差,无源阻尼策略适应性较好但面临功率损耗较大等问题。基于此,本文首先建立考虑完整控制环节和延时效应的模块化多电平换流器交流阻抗模型,通过阻抗分析法分析高频振荡的产生原因,其次提出基于无源阻尼的高频振荡抑制策略及参数设计方法,最后通过抑制效果分析和功率损耗比较证明所提高频振荡抑制策略的有效性。结果表明,所提振荡抑制策略可适应延时时间的变化,实现高频振荡的有效抑制且基波功率损耗低。

级联STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

级联STATCOM虽避免了变压器多重化结构造成的价格昂贵,体积庞大,损耗大以及变压器的铁磁非线性等问题,与其他多电平逆变器相比还具有结构简单,所需器件少,易于实现模块化设计和封装等优点,但同时也存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时会烧坏STATCOM装置,以至于无法正常工作。对于此问题,分析了电压不平衡的原因,从不同角度介绍了目前工程中常用的几种电容电压平衡的控制方法,并介绍了目前新型的直流侧电容电压平衡控制策略。

双馈风机定子侧变流器的附加阻尼抑制次同步振荡方法

为了抑制次同步振荡,基于双馈风机定子侧变流器提出了一种新的附加阻尼控制策略。首先从双馈风机发生次同步振荡的机理出发,把风机转速变化时导致的转矩变化分为转子变化量和定子变化量两部分,通过在定子侧变流器控制策略中引入附加控制,从而产生一个与转速增量反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真,对比附加阻尼控制前后抑制效果。研究表明:通过风机自身控制抑制次同步振荡,具有很好的相应速度和抑制效果,可以使风机在低转速或者高串补度的条件下安全稳定运行,可以降低成本,具有很强的工程价值和实际意义。

静止同步补偿器直流侧电压的最优动态分级控制

应用开关周期平均建模法结合瞬时无功理论推导出静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的直流侧电压数学模型。基于此数学模型提出最优动态分级控制策略。该策略依据调制指数的最优范围和无功功率对STATCOM的直流侧电压进行最优动态分级控制。与直流侧电压为恒值的控制策略相比,最优动态分级控制策略减小了STATCOM的输出电压和电流总谐波畸变率及开关应力,提高了装置效率,并且不影响STATCOM补偿无功的动态性能。仿真和试验结果证明了STATCOM直流侧电压数学模型的正确性和最优动态分级控制策略的有效性。

MMC子模块电容电压平衡控制及环流抑制策略

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converters,MMC)的环流是指在公共直流母线正负极之间或者不同相桥臂之间循环流动的电流,会造成MMC整相桥臂输出电压之和不等于直流侧电压,从而在环流中引起大量谐波。为了消除谐波且实现无误差控制,选取PIR控制器对环流交流量进行控制,将三相环流变换至dq坐标系下,再与该坐标系下各轴环流分量参考值进行比较,经过PIR调解器进行控制,再进行反变换,回到三相静止坐标系,输出MMC阀侧k相电压参考值,从而抑制环流。

基于PD-SFO-PWM的级联SAPF直流侧平衡策略

针对级联H桥并联有源电力滤波器(SAPF)存在直流侧电压不平衡的现象,以实现直流侧电压的稳压、相间平衡和相内平衡为目的,提出一种基于载波同相层叠-开关频率优化-PWM(PD-SFO-PWM)的直流侧电压三级平衡策略。当发生直流侧电压失衡时,三级策略发挥调节作用。与传统平衡策略相比,该策略原理简单、易于实现,由于调制策略同时兼有调制功能和直流侧相内电压平衡功能,避免了设计额外的直流侧相内电压平衡策略,从而大大降低了直流侧平衡策略的复杂性。最后进行七电平SAPF仿真和实验,验证了平衡策略的可行性。该平衡策略能够在较短的时间内,以较小的超调量实现平衡效果,并能保证SAPF的稳定工作。

采用FPGA减小控制延时的逆变器直流侧电容均压策略

针对应用于电磁发射系统瞬时大功率、大电流工况的,独立双三相共母线五电平NPC/H桥逆变器直流侧电容均压控制策略进行了研究。首先,介绍了研究对象的拓扑结构与均压控制原理。接着,分析了实际调制过程中均压控制延时产生的原因及影响负效果。据此,提出了一种采用FPGA减小控制延时的均压控制策略。通过直流侧电容电压比较电路,FPGA在输出脉冲前进行电容电压大小关系的判断,进行输出通路选择。从而避免均压控制延时导致的均压调节反向现象发生,实现优化电容电压均压效果、抑制电容电压波动的目的。最后,通过实时仿真平台,验证了该均压优化控制策略的可行性和有效性。