基于直流电压同步的构网型直驱风机两阶段主动阻尼支撑控制策略

传统的风力机组主要依赖有功功率调制实现阻尼提升,这可能会影响风能捕获。针对此,面向利用直流电压同步的构网型直驱风机,设计了一种两阶段主动阻尼支撑控制策略。在第1阶段,基于直流电压同步控制,提出了2种基于无功功率调制的阻尼控制器,评估了控制器参数和运行工况对阻尼效果的影响。所提控制器利用直流电容储能和换流器无功资源为系统提供阻尼支撑,而风机运行在最大功率追踪模式。在第2阶段,当直流电压波动超过设计的阈值后,风电机组功率控制器随即启动,通过调用风机侧资源进一步提升系统阻尼。进一步设计了风机转速恢复策略以消除有功有差调节带来的下垂影响。所提控制策略无需锁相环和有功功率调制即可实现风机和弱电网之间的同步。同时,考虑能量代价,权衡了风能捕获的经济性要求和提供阻尼的稳定性要求。

并网型级联H桥变换器直流电压平衡和功率均衡控制策略

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压平衡控制的基础上,通过引入调制波矢量误差分量对初始调制波矢量进行重构,不仅保证了直流侧电压平衡,而且能够使得各个H桥之间有功功率按需分配、无功功率等量分配。同时,基于线性调制理论,所提方法与直接修改调制比的电压平衡方法相比具有更宽的约束范围,能适用于更大负载不平衡度工况;MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性与有效性。

多端柔性直流系统的直流电压控制策略研究

直流电压是衡量真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统安全稳定运行的重要指标。针对传统换流站直流电压下垂系数固定而未考虑实际运行工况导致的直流电压偏差较大这一问题,文中以传统直流电压下垂控制为基础,提出一种考虑功率裕度与电压运行参考点的自适应直流电压下垂控制方法。通过构建功率裕度系数HP来实现下垂系数的实时变化;通过分析HP大小对下垂控制的影响,引入直流电压影响权重μ调整下垂控制参考电压运行工作点,保障HP过小时直流电压偏差不越限。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,在稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下进行仿真,验证直流电压的稳定性和功率分配的合理性。文中研究可为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制的安全稳定运行提供参考。

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。

计及不平衡功率最优分配的直流电压斜率控制策略研究

针对多端直流输电(multi-terminal HVDC transmission,MTDC)系统中负荷变化引起功率分配不平衡问题,该文提出计及不平衡功率最优分配(optimal unbalanced power allocation,OUPA)的直流电压斜率控制策略,采用包含处理层和执行层的分层控制方式。通过处理层建立OUPA数学模型,该数学模型以产生不平衡功率后额外产生的发电费用最小为目标函数,以线路容量、发电机容量、换流站容量及功率平衡为限制约束,应用拉格朗日乘子法求解模型最优解,通过执行层实现OUPA。在Matlab/Simulink平台搭建5端电压源型变换器MTDC仿真模型,分别对MTDC系统在正常工作、某一端换流站功率发生突变、某一端换流站退出运行等3种工况进行仿真。结果表明,该方法在非故障工况下的发电费用显著降低,在故障工况下直流电压保持稳定,功率平衡,控制结构简单,鲁棒性强,易于实现。

基于变功率与直流电压组合控制的混合微电网协调控制

当前混合微电网中双向AC/DC变换器主要采用U/f控制,由这种控制策略以及交流子微电网的运行情况确定直流子微电网的输入输出功率,这对直流子微电网产生很大的影响。针对这种问题,将直流子微电网作为一个波动性微电源与负荷,双向AC/DC变换器采用直流电压控制,根据直流子微电网的运行情况,确定双向AC/DC变换器功率的流向与大小。为了更好地保证直流电压控制策略的实现,直流子微电网采用变功率控制策略,由此提出了基于变功率控制与直流电压控制的混合微电网的协调控制策略。最后在Simulink中建立上述控制策略的模型,并进行仿真分析。仿真结果证明:上述控制策略能够实现交直流混合微电网的稳定运行,以及混合微电网的平滑切换。

三角形级联固态变压器的多直流电压平衡控制

级联固态变压器可以直接接入高压配电网,但其存在的直流电压不平衡和功率不均衡问题,将严重影响装置可靠运行。针对三角形级联固态变压器提出了一种多直流电压平衡控制方法,并在建立装置的平均功率模型的基础上,对比分析了其在不同控制方法下的相内和相间功率特性。所提出的方法在满足直流电压平衡和功率均衡调节的同时消除了传统方法中直流变换环节的电流传感器。通过仿真和实验对所提方法的有效性进行了验证,结果表明该方法大幅简化了控制系统,并给装置带来了更好的不平衡无功补偿能力。

多端柔性直流输电系统直流电压控制无缝切换方法

维持直流侧电压稳定是多端柔性直流输电系统可靠运行的关键。针对某些MMC需要灵活改变控制方式的系统,本文提出一种新型的控制策略,其将定直流电压控制模式、定有功功率控制模式以及下垂控制模式相结合设计出多模式控制器,只需通过改变控制模式选择系数,即可实现三种控制模式间的无缝切换与下垂控制模式自身的转换。该策略不仅克服了下垂控制方法存在的无法使MMC功率稳定在某一需求值的缺点,而且减小了利用硬件开关切换时产生的波动与振荡问题,进而提升了系统的暂态特性。最后,搭建了五端柔性直流输电系统RT-LAB仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

单相级联型固态变压器直流电压平衡控制研究

固态变压器可以有效解决传统电力变压器在电力系统中的不足,其中级联型SST可以很好地适应高压电网。但级联结构中存在直流侧平衡问题,这严重影响到装置的可靠性。本文首先分析了单相SST的电路拓扑和工作原理,建立数学模型,进一步对现有的直流电压平衡控制方法进行了比较研究,并确定适合SST的平衡控制方法。通过实验验证了该方法在SST中的有效性和可行性,实验结果表明,该方法在复杂工况下也能够保障装置可靠运行并维持直流电压平衡。

基于改进定有功功率控制特性的VSC-MTDC系统仿真

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在不同运行状态下的协调控制策略进行了研究。提出了改进的VSC-MTDC系统直流电压—有功功率控制特性曲线,在现有定有功功率控制的调节特性曲线中增加了斜率控制和定直流电压控制,并基于此实现了系统的协调控制策略;推导了环网式接线的VSC-MTDC系统正常运行时各换流站直流侧电压与所传输直流功率的关系式,并给出了各换流站直流电压—有功功率控制特性曲线中拐点处直流电压的计算方法。最后,在PSCAD/EMTDC中分别对不同运行状态下的VSC-MTDC系统进行了仿真,仿真结果表明,该协调控制策略能够满足系统在不同运行状态下的运行要求。

多端柔性直流输电系统直流电压自适应下垂控制策略研究

直流电压控制是多端柔性直流输电(voltage sourced converter based multi-terminal high voltage direct current transmission,VSC-MTDC)系统稳定运行的重要因素之一。下垂控制策略无需通讯、可靠性较高,但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。首先,研究MTDC系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理。接着,分析应用于MTDC系统的下垂控制策略的约束条件,研究满足MTDC系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。在此基础上,提出一种改进的自适应下垂控制策略,通过引入功率影响因子实现下垂系数的闭环控制,优化不同工况下的系统运行特性。该控制策略能够减小MTDC系统的直流电压偏差,简化控制器参数设计,同时不依赖于上层控制系统与换流站之间的高速通讯,有利于提高系统可靠性和稳定性。算例分析和仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。

弱电网下VSC控制环路对直流电压稳定性的影响分析

为研究弱电网下电压源型变换器(voltage source converter,VSC)控制环路对直流电压控制稳定性的影响,首先建立了弱电网下VSC直流电压时间尺度小信号模型,基于动力学特性分析法用阻尼分量和恢复分量表征VSC直流电压控制的稳定性。然后研究了不同电网强度和不同控制带宽下VSC锁相环和交流电压控制环对阻尼分量和恢复分量的影响规律,揭示了锁相控制与交流电压控制对直流电压稳定性的影响机理。最后,在Matlab/Simulink中搭建详细的时域仿真模型,对稳定性分析结果进行了验证。研究结果表明,弱电网下锁相控制与交流电压控制对直流电压控制起相位滞后的作用,从而产生负的附加阻尼分量,减弱了直流电压控制的稳定性。

充电站直流微网虚拟直流电机控制策略及其动态特性分析

电动汽车负荷的投切易造成充电站直流微网(Direct Current Microgrid,DC-MG)母线电压振荡甚至失稳。为平抑电压波动,通过分析系统惯量来源提出一种可改善系统阻尼特性和惯性效应的虚拟直流电机控制策略。建立该控制策略下Boost电路的小信号模型,推导出直流电压与输出电流之间的小信号传递函数,分析充电站受到扰动时母线电压的动态特性。利用二阶简化模型的零极点分布分析控制参数对动态响应过程的影响,用于指导控制参数的选取。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可靠性。

直流电压下垂控制的光伏并网发电系统惯量分析

以基于直流电压下垂控制的光伏并网发电系统为研究对象,利用电气转矩分析法,建立系统的静止同步发电机(SSG)模型,分析影响系统的惯量、阻尼以及同步特性的主要参数及其作用规律。研究结果表明利用中时间尺度下电容的储能效应也可以使系统表现出一定的惯量特性。对于控制参数而言,随着下垂系数Dp的减小,系统表现出的惯量特性越强;直流电压外环比例系数Kp越大,系统的阻尼效应越强;直流电压外环积分系数Ki越大,系统的同步能力越强。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台验证了理论分析的正确性。

直流电网功率控制体系构建及实现方式研究

直流电网技术优势突出,发展前景广阔。功率控制体系和控制策略设计是关系直流电网规划、运行和发展的基础性问题。分析交、直流高压电网控制在承担主体、目标、特性曲线、响应速度等方面异同,提出直流电网有功功率分层控制体系方案,明确各层功能定位:一次控制负责直流电压实时稳定;二次控制按照调度指令实时调整系统输送功率;三次控制基于预测数据计算结果,提前下达系统经济环保调度指令;四次控制承担电网故障及恢复过程中大时间尺度下功率平衡、稳定控制等任务。一次、二次和三次控制瞄准系统正常运行工况,而四次控制针对事故和系统恢复过程中系统结构变化和四种不同状态转换过程。分析各层控制策略、运行方式和实现途径,研究分层控制系统间计算结果、响应速度、参数更新周期、通信延迟等协调配合关键技术,分析系统调节容量、通信能力、交流系统强弱等关键影响因素。该方案既借鉴现有电网成熟经验,又体现直流电网技术特点,促进控制精确性和复杂性平衡,有利于提高与现有电网技术管理体系兼容性,加快推进直流电网研究和工程应用。同时,提出未来直流电网在控制体系构建标准化、控制策略设计差异化、仿真分析高效化、研究途径多样化等方面尚待深入研究。

PFC直流电压控制性能提升的非线性控制策略

在功率因数校正器(PFC)中使用快速电压控制时,直流侧纹波会引起并网电流谐波。针对这个问题,提出了一种在功率因数校正器中可减少快速电压闭环谐波含量的新型直流电压非线性PI控制策略。新控制策略基于Takagi-Sugeno型非线性模糊模型结合PI调节器实现,其优势在于既可以在系统稳态工作期间保持低谐波含量,又可在从负载动态中快速恢复。利用3 kW单相PFC样机测试平台开展了新方案和传统线性PI控制方案的对比实验,测试结果表明,新型非线性PI控制器在稍微提高算法复杂度的基础上即可大量降低电流谐波,并具有较快的动态响应。

基于直流功率控制的三相并网逆变器外环电压控制方法研究

将传统的三相光伏并网逆变器外环直流电压控制策略中PI调节器的输出变量归纳为两种,即交流相电流参考值和有功功率参考值,对应为内环交流电流控制与功率控制。并基于直流电容能量守恒,提出一种新型外环控制方法——直流功率控制。该方法将直流电压给定值平方与实际采样值平方之差作为PI调节器的输入变量,PI调节器的输出变量即为给定功率。通过理论分析描述传统方法和该文方法的差异,并通过实验研究验证该方法在电网电压波动条件下的优势。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

柔性直流电网站间协调控制功能及稳控配合研究

张北柔直电网工程是世界首个柔性直流电网试验示范工程,由于电力电子设备过载能力相对较弱,且单站容量可达直流电网容量的三分之一,为了保证直流电网的安全稳定运行,在张北柔直电网工程中配置了站间协调控制主机以实现四站之间的相互配合,确保在各种扰动情况下直流电网潮流和电压处于可控的工作状态,同时在站间协调控制主机中实现柔性直流电网功率传输极限能力的计算,为交直流混联运行时稳控系统切除新能源提供依据。

风电场有功功率聚合特性分析及控制策略优化

以内蒙古某风电场为研究对象,分析聚合风电机组数量及风电机组间功率相关性对风电聚合功率波动的影响,并根据风电场实际风速、机组位置与机组功率之间的关系,得出风电场机组间的功率相关性数据序列。通过不进行任何爬坡控制、风电机组按14%额定容量设定功率爬坡量以及考虑聚合特性的机组互补三种控制办法进行计算对比,表明本文提出的风电场有功功率聚合特性控制优化策略能够在满足风电场有功功率爬坡要求的同时,提高风电场功率输出的稳定性,减少弃风限电量。