考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理,然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证,结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高,且获得良好的动态性能。

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。

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。

VSC-MTDC系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

直流电压稳定是多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current transimisson,VSC-MTDC)系统稳定的前提。相比特征值法,采用阻抗稳定判据分析VSC-MTDC系统的直流稳定性问题具有建模过程简单和物理意义清晰等优势。建立了基于通用下垂控制的多端柔性直流输电系统的直流侧小信号阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了传输功率、下垂系数、线路长度、换流站直流电容对系统的稳定性的影响。根据稳定性分析,设计相应的仿真实验,验证了该分析方法的准确性。

含海上风电场混合直流系统的稳定下垂控制

针对电压源变流器(VSC)和线路换流变流器(LCC)组成的混合高压直流(HVDC)系统,提出了一种新型直流电流-电压下垂控制方法。该方法利用直流电压下垂控制减少逆变侧交流电压波动,以实现利用HVDC系统将海上风电场连接到弱电网,而不需要连续无功补偿设备的目标。另外,还提出了最优下垂系数计算方法,以保持交流电压对风电波动的稳定性。为了评估该方法的稳定性,建立了系统的小信号状态空间模型,并进行了根轨迹分析。最后,利用PSCAD和Matlab进行了仿真分析,结果表明,采用所提方法可在没有额外设施的情况下成功地实现了海上风能和弱电网的安全稳定连接,风力波动时交流电压可以保持在一个接近恒定的水平。

级联H桥有源电力滤波器直流侧电压控制

直流侧电压的大小和变化将直接影响有源电力滤波器(APF)的补偿性能。经过对功率模型的数学推导,得出通过注入零序电压可以有效地控制各级联H桥相相之间直流侧电压的平衡;同时对模块间电压不平衡及电网电压不平衡下导致的直流侧电压不平衡原因进行了分析;最后结合直流侧全局稳压和模块间均压,构成电压的三层控制,实现了电压均衡和稳定,在电网不平衡的情况下也可以起到较好的效果。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。

双PWM型动态电压恢复器的最大输出能力分析

动态电压恢复器(DVR)可以抑制系统侧电压波动对敏感负荷的影响。该文综合考虑了电网电压跌落深度、负荷波动幅度以及并联变流器带载能力对双PWM型DVR补偿能力的影响,深入分析其极限输出电压范围。通过建立并、串联变流器的等效数学模型,从保持直流侧电压稳定的并联变流器带载能力角度出发,得到了串联变流器调制比与电网电压幅度、负荷大小、直流侧电压以及变流器电路参数的关系,由此确定了系统定参数下基于直流侧稳定的DVR最大输出能力,并绘制了电网电压跌落深度和负荷波动幅度对DVR输出能力的影响关系曲线。此外,结合以上分析对变流器电路参数和容量进行了系统设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析

直流微电网是小惯性系统,负荷突变和新能源出力波动等因素都会影响直流母线电压的稳定,针对此问题,首先类比交流系统中的虚拟同步发电机(VSG)技术,根据交、直流系统间各变量的对应关系,提出一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性(FVI)控制策略,为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持,以提高系统的电压稳定性;其次,构建基于FVI控制的六端直流微网小信号模型,并通过灵敏度计算及根轨迹分析揭示了主要控制参数变化对系统虚拟惯性及直流电压稳定性的影响规律,为参数的选择提供了依据;最后,通过实时仿真证明所提控制方法的优越性及理论分析的正确性。

风电背靠背PWM变流器直流能量平衡新方法

针对基于背靠背PWM变流器的永磁同步发电机(PMSG)风力发电系统,从能量平衡角度出发,分析了引起直流侧能量波动的2个主要因素,即风机能量波动和电网电压波动,并基于小信号模型分析,利用功率平衡关系提出了网侧变流器的输出电流补偿控制策略。仿真和实验结果表明,所提出的电流控制策略不仅能在风机能量波动时保证直流侧电压稳定,还能在电网电压故障时最大限度地利用变流器的容量,协助风电机组实现穿越,同时降低直流电容容量要求。

神经网络控制器在多端直流输电系统中的作用

提出了神经网络用于多端直流输电系统控制器参数寻优的一种方法。这种直流控制器与传统的PI调节器相比有更好的鲁棒性和自适应学习能力,具有更好的动态性能。控制器采用该策略后,能实现定有功功率控制模式与定直流电压模式之间的自动切换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。通过Matlab仿真实验证明了该控制器对交直流系统稳定有良好的效果。

适用于网格状的交直流微网协调控制策略

针对网格状交直流微网的功率分配不均和稳定性差等问题,提出了一种新型自适应协调控制策略,以提升交直流微网系统的稳定性和功率分配精度。首先,针对连接交流微网和直流微网的变流器,提出了一种基于同步器和虚拟直流机(VDCM)的控制策略,该策略包括功率分配控制器、自适应虚拟调速器和自适应虚拟惯量调节器;接着,为了提高系统的稳定性能,还提出了自适应虚拟惯量和虚拟调速器增益的参数设计方法,其中,自适应虚拟惯量和虚拟调速器增益的参数设计完全取决于系统频率、直流电压、虚拟转子转速、频率变化率和直流电压变化率。在此基础上,对上述控制系统进行了小信号稳定性分析,以指导控制器参数的设计和选择。最后,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

直流配网中换流站的电流限幅控制研究

针对由冲击负荷等原因导致电压跌落,进而影响直流配网电压稳定性的问题,分析了在直流配网中不同的运行环境下电压源型换流站的运行范围和最大输出容量;并在本地控制的内外环之间设计了一种新型交流电流限幅环节,通过限制电流内环的电流参考值,使换流站在直流电压大幅度跌落时依然可以输出最大功率,以促进直流电压的恢复。最后通过PSCAD/EMTDC数字时域仿真软件进行了新型交流电流限幅环节控制效果的仿真验证。研究结果表明,该交流电流限幅环节能够将交流电流参考值限定在合理范围内;当直流电压大幅度跌落时,可以保证交流系统向直流系统的最大功率输出,有利于直流配网电压的稳定性。

分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)的基础之上进一步采用了直流电压稳定控制技术,提出改进的虚拟同步发电机控制策略。当光伏电源输出功率低于负载需求时起到抑制直流母线电压跌落、维持直流电压稳定的作用,实现按照负荷或并网功率需求进行功率匹配的目的。仿真与实验结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。

直驱风电网侧换流器前馈补偿控制环节仿真研究

直驱风力发电是未来风电发展的主要趋势。分析了直驱风力发电机组主要拓扑结构,并用Matlab/Simulink研究了由二极管整流后通过直流斩波升压,最后通过可控逆变拓扑结构中网侧换流器的前馈解耦控制方式。并提出了发电机输出功率前馈补偿控制、电网电压前馈补偿控制和馈入电网有功功率前馈补偿控制的方式;同时,分析了多种前馈补偿控制方式同时作用时,对直驱风力发电系统的影响。仿真验证了采取这几种前馈补偿控制方式,有利于提高直驱风力发电系统有功功率稳定输出和换流器直流电压的稳定性,其中3种前馈补偿控制同时作用时效果最好。

基于虚拟惯性频率调节的VSC-MTDC系统自适应下垂控制策略

在传统附加频率控制策略下,多端柔性直流(VSC-MTDC)系统调节交流侧频率易引起较大的直流电压波动。文章提出一种基于虚拟惯性频率调节的VSC-MTDC系统自适应下垂控制策略。首先,通过虚拟惯性频率调节控制,建立直流侧电压与交流侧频率的联系,使VSC-MTDC系统为交流电网频率提供惯性响应,提高系统频率稳定性。其次,考虑换流器的调节裕度,并引入直流电压影响因子,使下垂系数随着直流电压偏差实时变化,由此建立有功功率、直流电压和交流侧频率三者之间的耦合关系,实现VSC-MTDC系统对频率提供惯性支撑,同时保障直流电压稳定。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台建立四端VSC-MTDC输电系统,并选取交流电网负荷减少、负荷增加和发生瞬时短路故障3种工况,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于SVPWM的新型光伏并网逆变器的研究

本文根据光伏并网系统的特点和光伏系统对并网逆变器的要求设计了一种新型的并网逆变器。本逆变器不仅控制输出交流电流,而且增加了直流侧的稳定电压的控制,使逆变器的输出功率因数为1。本文从理论上详细的分析了控制方案的可行性,并在理论分析的基础上给出了基于SVPWM矢量控制的MATLAB仿真结果,验证了系统的稳定性和可靠性,并能显著的改善并网逆变器的性能。