海岛VSC-HVDC输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法

在向海岛无源网络供电的VSC-HVDC输电系统中,由于逆变站的恒功率特性,以及整流站与逆变站间直流侧阻抗交互的影响,易使VSC-HVDC输电系统的直流侧发生振荡甚至失稳。对此,该文针对整流站提出了一种虚拟阻感性阻抗稳定性控制方法,能有效抑制VSC-HVDC输电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站向海岛负荷供电的动态性能。基于所提控制方法,建立了海岛VSC-HVDC输电系统的小信号直流阻抗模型,其包括整流站输出阻抗模型、直流电缆阻抗模型和逆变站的输入阻抗模型。根据Nyquist判据和伯德图揭示了整流站采用传统虚拟电阻稳定性控制在抑制VSC-HVDC输电系统直流侧振荡失效的根本原因：即整流站的等效输出阻抗在电压控制带宽外恶化成负阻性,削弱了系统阻尼。所提振荡抑制方法通过阻感性阻抗的相角超前特性能校正整流站的等效输出阻抗为正阻性,可有效改善系统的稳定性。最后,仿真和实验验证了该文的分析和所提控制方法的有效性。

基于改进开关函数的LCC-HVDC直流阻抗建模及小扰动稳定性分析

随着电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)传输容量日益增大,交直流耦合强度不断加深,系统稳定性问题日益突出。阻抗分析法是研究交直流互联系统小扰动稳定性的重要方法,其重点在于建立准确的直流阻抗模型。该文首先基于改进的开关函数在频域上建立直流阻抗数学模型,其考虑了定电流控制器、定电压控制器、锁相环同步相位和换相过程等因素;然后用阻抗分析法分析了定电流控制器比例系数和时间常数、整流侧锁相环带宽、定电压控制器比例系数和时间常数以及逆变侧锁相环带宽对系统小扰动稳定性的影响;最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台,在CIGRE高压直流标准测试模型和某实际工程模型中验证了直流阻抗建模与小干扰稳定性分析的准确性。

基于MMC直流阻抗重塑的直流故障限流控制策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统是一个低惯量、弱阻尼系统,一旦发生直流短路故障,急速上升的故障电流将损坏电力电子设备、破坏电网安全运行。为研究故障限流方法,首先根据功率平衡原理将模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)等效为受控电流源,计及MMC的子模块投入比例系数分别建立了不同控制模式下的直流阻抗频域模型。然后分析了换流器电路参数和控制参数对故障电流的影响规律,得出了关键影响因素为桥臂电感和子模块投入比例,进而提出了基于直流阻抗重塑的故障限流控制策略,通过自适应减小子模块投入比例抑制故障电流上升。最后,通过仿真验证了所建直流阻抗的准确性和故障限流控制的有效性。

微波无线传能系统中直流阻抗匹配器设计

微波无线传能系统存在整流电路输出直流功率随直流负载变化而急剧下降,以及多路不同功率直流合成效率低的问题。为解决上述问题,本文探索在整流电路和直流负载之间设计直流阻抗匹配器。通过场效应管控制阻抗匹配器的开断实现输入电压与平均输入电流之比不变,从而保证匹配器的等效输入阻抗恒定不变,达到与整流电路匹配的目的。设计和制作了一款输入阻抗为400欧姆的直流阻抗匹配器。测试表明,即使直流负载从400~6000欧姆大动态变化,该直流阻抗匹配器能够稳定地实现约60%整流效率。对两路直流功率合成,与直接合成相比,该直流阻抗匹配器将合成效率提升了5.75%~19.18%。

基于单边调制映射函数的LCC-HVDC直流侧阻抗精确建模

阻抗模型是电网换相换流器型高压直流输电系统小信号稳定性分析的重要基础,阻抗模型的准确程度直接影响系统小扰动稳定性分析。该文首先从同步触发原理出发,引入基于单边调制产生的映射函数,该函数蕴含控制及换相信息,可以准确建立换相/非换相期间交直流侧的映射关系;其次,考虑换相动态并通过谐波线性化和傅里叶变换建立完整的直流侧电压和交流侧电流的频域小信号动态模型;再次,考虑控制和换流阀阻尼回路,建立整流侧和逆变侧直流阻抗解析模型;最后,以CIGRE高压直流标准测试模型为例,基于PSCAD/EMTDC平台验证了直流侧阻抗模型的准确性及其用于小扰动稳定性分析的有效性。

基于复矢量及HSS的MMC交直流侧阻抗建模

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有运行稳定、控制多样化等优点,对其精确建模成为当前研究热点。提出了一种基于复矢量的MMC交直流侧阻抗建模方法。该方法根据复矢量建模的基本原理分析了换流器的正负序转换关系,并在考虑三相耦合的前提下,从差共模角度简述了三相MMC的建模要点,建立了三相系统的完整时域模型。引入谐波状态空间理论(harmonic state space,HSS)对所建模型进行处理来提高建模精度,并利用接口矩阵及阻抗求解的基本原理建立了MMC的交直流侧阻抗模型。最后在仿真平台进行了对比实验,证实了建模方法的可行性。

联接弱交流电网MMC-HVDC系统的直流功率传输能力提升方法

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)由于具备自换相能力,尤其适用于向弱交流电网供电。交流系统强度降低时,会制约系统的直流功率传输能力,甚至导致系统失稳。针对联接弱交流电网时MMC-HVDC系统功率传输受限的问题,建立了状态空间与直流阻抗模型,从时域、频域两方面研究了交流系统强度对直流功率传输能力的影响,明确了弱交流电网工况下功率传输受限的原因。基于参与因子定位结果,提出了在定直流电压控制环节引入直流电流反馈的功率传输能力提升方法,从时域、频域两方面对控制策略的提升作用进行了机理分析,并定量得出了控制参数的可行域及功率传输能力的最大提升水平。该方法在避免稳态误差的前提下,有效提升了MMC-HVDC系统的直流功率传输能力。

交直流混合供电系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

作为交直流混合供电系统的互联接口,电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的直流端口阻抗特性会受到交流网络影响而带来新的稳定性问题。为实现对弱交流电网背景下交直流混合供电系统直流侧稳定性的准确分析,建立了考虑电网阻抗和系统延时影响的直流侧小信号阻抗模型,分析了控制参数和系统参数的影响,指出交流电网阻抗和系统延时环节对VSC直流端口阻抗特性的影响会降低系统直流侧稳定性。基于系统控制回路和交直流耦合关系的分析,明确了直流侧阻抗特性的关键影响因素,进一步提出一种有源阻尼重塑方法提高了系统直流侧稳定性。最后构建交直流混合供电系统仿真模型,验证了所提稳定性分析和有源阻尼重塑方法的正确性。

直流电源输出阻抗测量技术

直流电源输出阻抗是新的特性参数,一些电源产品开始把它列入技术指标手册中。本文分析了电源阻抗的定义,总结了电源阻抗的特点,综述了当前电源阻抗测量技术的现状,提出了基于数字电桥的一种测量方法,提出了直流电源阻抗测量中的技术难点和尚待解决的技术问题。

MMC-HVDC直流侧阻抗模型简化方法

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详细建模,根据分析得到的等效电容在高频段的旁路特性,保留低频段下的阻抗详细模型,忽略对整体阻抗特性几乎没有影响的部分,实现阻抗模型的简化,并基于简化模型提取阻抗特性的关键影响参数进行稳定性分析。最后基于PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,仿真结果验证了所提简化阻抗模型的准确性,以及关键参数对系统稳定性影响的分析结果。

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。

高压直流输电系统直流谐波阻抗的解析计算及谐振分析研究

研究了常规高压直流输电系统直流回路谐波谐振问题。采用解析计算的方法,对典型高压直流输电系统的直流回路谐波阻抗进行数学建模。基于状态空间模型得到了直流谐波阻抗的解析表达式,形成了直流回路阻抗频谱,并通过PSCAD软件对所提模型进行了验证。分析了系统各环节参数与直流谐波阻抗的耦合关系。提出了采用调整控制参数实现直流回路谐振宽频抑制的方法,并通过电磁暂态仿真对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法可有效提升高压直流系统的直流谐振抑制能力和安全稳定运行水平。

基于状态方程的高压直流换流器直流回路阻抗计算及直流谐振抑制

基于状态方程的方法建立了高压直流换流器直流回路谐波阻抗的解析计算方法,采用MATLAB和PSCAD/EMTDC软件对直流谐波阻抗进行了建模和仿真计算,验证了所提方法的正确性,得到了换流器直流谐波阻抗的典型频谱。分析了直流谐波阻抗频谱与各控制参数的耦合关系,提取了影响直流谐波阻抗的关键控制参数,形成了基于控制参数调制的直流谐波阻抗调整和直流谐振抑制的方法,提升了高压直流换流器抑制直流谐振问题的效率和灵活性。

柔性直流输电稳定性分析及控制参数整定

针对柔性直流输电的特点,将其稳定性分析分为两部分,即柔直系统直流侧稳定性分析和交直流互联的稳定性分析。对于直流侧的稳定性分析,首先建立柔直系统的简化复频域电路,然后得到等效环路增益,采用Middlebrook判据进行稳定性判断;对于柔直系统与交流互联网络,首先探讨其稳定性机理,然后通过dq旋转坐标系下的电流环控制结构框图构建换流站的等效电路,并推导出换流站的等效导纳表达式,最后通过注入非特征谐波电流法进行交流侧阻抗检测,利用交直流阻抗比的频域特性进行稳定性判断,找出稳定的控制参数域。利用PSCAD/EMTDC软件对实际工程中不同等效场景下交流侧阻抗对稳定性的影响进行仿真,证明了采用所提方法进行稳定性判断及控制参数整定的有效性。

采用时域仿真的高压直流输电直流回路谐振特性分析

直流输电系统设计时需要考虑直流回路的谐振特性。首先给出了任意频率下直流回路阻抗的定义,然后提出了利用测试信号法并基于时域仿真计算直流回路阻抗频率特性的方法。通过对一个典型±500 kV直流输电示例系统的分析,研究了交流系统短路比、交流侧滤波器容量和类型、换流变压器短路压降、触发控制角、直流输送功率、平波电抗器电感值、直流滤波器配置组数、直流输电线路长度以及直流系统运行模式等因素对直流回路阻抗频率特性的影响。另外,对设计中的糯扎渡-广东±800 kV特高压直流工程的直流回路谐振特性进行了分析。研究结果为通过调整直流系统不同元件参数来改变直流回路的谐振特性指明了方向。

锂离子电池2种内阻测试方法关联性的研究

文章基于锂离子全电池及半电池体系,研究其在10%~90%荷电状态(state of charge,SOC)内直流阻抗(direct current resistance,DCR)与交流阻抗(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)之间的关联性。结果表明:在一定脉冲电流范围内,DCR的大小仅与脉冲时间有关;在1~100 mV的扰动电压范围内,EIS保持不变。当选取EIS谱图中交流阻抗处的时间常数t(Rs+Rf+Rct)作为DCR测试的脉冲时间时,对于全电池体系,2种阻抗测试方法在所考察的SOC范围内均具有较好的关联性,测得的阻抗值相对偏差小于14.2%;对于半电池体系,2种阻抗测试方法仅在40%~90%SOC内具有较好的关联性,得到的阻抗值相对偏差小于10.7%。该文将锂离子电池2种阻抗测试方法相关联,对锂离子电池阻抗的测试及分析具有一定的意义。

海上MVDC供电系统的正阻尼重构稳定控制策略

向海上特殊装备供电的MVDC系统的直流侧容易引起高频振荡,甚至导致系统不稳定。为此,引入直流微网中针对整流器的虚拟电阻稳定控制策略,希望抑制MVDC供电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站的负载性能。然而,研究发现该方法在低开关频率模式下将导致系统稳定性恶化。根本原因为系统高频振荡尖峰点可能会跃过整流站的低控制带宽并落入负阻尼区域,使得系统稳定性对直流电缆变化的鲁棒性较差。针对该问题,提出海上MVDC供电系统的正阻尼重构稳定控制策略,使得系统在实际振荡频率区间内保持较大的正阻尼,且不受直流电缆变化的影响,从而有效抑制了海上MVDC供电系统在低开关频率模式下的直流侧振荡。最后,实验验证了所提出的控制策略和分析结果的正确性。

淘汰磷酸铁锂动力电池内阻测试方法研究

以淘汰磷酸铁锂动力电池为研究对象,采用内阻测试仪测试法、直流阻抗法、短路电流与内阻水平法、交流阻抗法分别进行内阻测试,结果表明:内阻测试仪测试法最简单,可以在线测量,但是系统误差最大;直流阻抗法和短路电流与内阻水平法可避免较大的人为误差,并且能够清楚地显示电池内阻在不同SOC下的变化情况,但是只能在离线状态下测量,其中,短路电流与内阻水平法测试是在大电流放电下进行的,对电池会产生一定的影响;交流阻抗法测试能够比较全面地反映各部分动力学过程产生的阻抗,但是只能测出某一荷电状态下的电池内阻变化,并且测试相对复杂且受环境影响较大。

提高VSC-HVDC双向潮流工作模式下稳定性的虚拟电阻控制方法

在交流电网互联的双端柔直中,通常采用一个换流站定直压控制另一个换流站定有功功率控制的控制方式。在这种控制策略下,从定直压站传向定有功功率站的系统稳定传输功率要低于从定有功功率站传向定直压控制站的功率。为了提高从定直压站到定有功功率站的传输功率,提出了一种改进的虚拟电阻控制策略。基于所提方法,建立了包括定直压站输出阻抗模型和结合线路阻抗及有功功率站的输入阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了含改进虚拟电阻控制器的系统稳定性。证明该策略可以通过改变定直压站的直流侧输出阻抗来提高系统的传输容量。仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真同时证明了所提策略的动态性能优于传统的PI双闭环控制策略。