基于虚拟电感与限流器的柔性直流电网故障隔离方法

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)的柔性直流电网能够支持大规模可再生能源的高效接入与可靠送出。为解决柔性直流电网发生双极性短路故障后短路电流上升速度快、峰值大的问题,文章提出了一种基于虚拟电感与限流器的柔性直流电网故障隔离方法。首先,在分析双极性短路故障电流特性基础上,基于虚拟电感限流控制实时改变换流器调制系数,控制MMC投入运行子模块数量,进而降低换流器出口电压,限制短路电流上升速率;然后,当故障电流到达限流器的动作阈值时,通过限流器支路换流与直流断路器(Direct Current Circuit Breaker,DCCB)协调配合抑制故障电流并隔离故障;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁仿真平台建立三端柔性直流电网仿真模型,对双极性短路故障进行仿真分析。结果表明,文章所提方法可以快速有效地隔离柔性直流电网双极性短路故障,在直流断路器开断之前能够显著降低故障电流峰值,缩短故障隔离时间,并减小换流器闭锁风险,提高柔性直流电网运行的安全稳定性。

低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制

双馈式感应发电机(DFIG)由于其定子直接与电网相耦合,电网故障将引起定子磁链暂态,并会在转子侧产生电压和电流冲击。传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没能充分利用变流器对DFIG的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前基于灭磁控制的暂态补偿策略多依赖于磁链观测技术,不仅算法较为复杂而且对电机参数具有较强的依赖性。对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并依据其暂态电磁特性,提出了一种基于虚拟电感暂态自灭磁算法的LVRT控制策略。该策略不仅能够较好地抑制转子暂态电压冲击,最大限度地拓展可穿越的故障范围,充分发挥DFIG的控制灵活性,而且无需暂态磁链观测,简化了算法,具有较好的快速性和鲁棒性。11kW模拟机组的仿真和实验,验证了所提出的分析和设计的正确性和可行性。

基于虚拟电感的双馈入直流输电系统连续换相失败的抑制方法

文章基于传统直流输电的换相机理,引入虚拟电感这一概念,将其与低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)相结合共同实现抑制多馈入系统发生连续换相失败的作用。首先从理论上分析了该控制方法的作用机理;然后以传统双馈入系统为例,通过仿真试验分析了该控制方法中的相关参数对其抑制作用的影响;最后,通过模拟交流系统发生故障情况下的仿真试验,验证了所提出的控制方法能够在一定程度上起到抑制连续换相失败、优化故障恢复特性的作用。

非对称故障情况下双馈电机虚拟电感自灭磁控制算法研究

该文所提虚拟电感自灭磁控制算法,能在电流容许的范围内较好地抑制转子电压冲击,提升双馈电机（DFIG）的可控性,拓展机组可穿越的故障范围。虚拟电感自灭磁算法,不仅无需安装额外硬件,而且其被动式的作用机制使其无需故障磁链信息,因而算法具有较好的性价比和工程可行性。同时相比于以往灭磁方案,该文所提方案具有较快的动态响应特性和较强的参数鲁棒性。因对称故障可视作非对称故障的特例,围绕该算法在电网不对称故障情况下的运行性能进行研究,并基于11 k W实验室双馈风电模拟机组进行设计、仿真和实验。

弱电网下无刷双馈风机稳定性分析及虚拟电感控制策略

无刷双馈电机(brushless doubly-fed induction generator,BDFIG)由于省去了电刷和滑环等结构,降低了故障率和维护成本,在海上风力发电领域有巨大的应用潜力。然而,无刷双馈风机系统与弱电网的交互作用和失稳机理尚未探明,给其实际应用和商业推广带来困难。为解决该问题,基于小信号建模方法,建立了计及电流环和锁相环影响的BDFIG系统输入导纳模型,探明了电网电压扰动在控制系统中的传递规律。特别是,分析了弱电网条件下,运行点(有功和无功电流)对系统稳定性的影响机理,并据此得出BDFIG系统电流指令的给定依据。同时,探明了虚拟电感参数对系统稳定性的影响机理,提出了一种虚拟电感控制的参数整定方法,以增强弱电网下系统的稳定性。最后,仿真算例验证了理论分析的正确性和虚拟电感控制策略的有效性。

基于虚拟电感的PMSM无位置传感器混合控制策略

为实现永磁同步电机全速域无位置传感器控制,常采用低速I-F开环控制和高速反电势模型法相结合的混合控制策略。但这两种方法建立在不同的坐标系,存在着控制结构上的差异,在方案切换时易引起系统振荡。针对此问题,提出了一种基于虚拟电感的平滑切换策略。首先,在反电势模型中引入虚拟电感来人为改变转子位置估计值;再以I-F方案的坐标系为参考模型,反电动势模型为可调模型,运用Popov超稳定理论设计出恰当的虚拟电感使可调模型收敛于参考模型,从而确保两种方案在切换前建立在同一坐标系上,以实现高低速方案平滑、稳定地切换。最后通过仿真和实验验证了所提方案的可行性。

基于自适应虚拟电感的微电网改进下垂控制策略

文中针对低压微网逆变器并联中固有的线路阻抗分配不匹配导致的逆变器输出功率分配不均和环流问题,提出基于自适应虚拟电感的改进下垂控制策略。首先文中分析了传统下垂控制原理、功率分配特性、环流产生原因。接着文中解释改进下垂控制策略的内容,其中虚拟电感实现了传统下垂控制的功率解耦。虚拟电感被优化为改进自适应虚拟电感,补偿了引入虚拟电感导致的电压跌落。然后在下垂控制无功输出环节加入电压动态反馈环,提高系统在投切负载时候的响应性和鲁棒性。最后在Simulink平台建立微电网仿真模型,仿真验证该策略可行性。

电力物联网环境下可实现VSG功率环鲁棒解耦的虚拟电感设计

智能配电是泛在电力物联网建设应用层的一个重要内容。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)是提高现行配电网间歇性能源与可变新型负荷接纳能力的一种智能配电装备。在弱电网应用场景下,VSG存在功率环耦合问题,且耦合程度与功角密切相关,会随着电网电压和频率而变化。为了在整个电网运行条件下准确实现功率支撑,需要实现VSG功率环的鲁棒解耦。虚拟电感法是主流的功率解耦方法。为此,文章提出了具有鲁棒解耦能力的虚拟电感设计方法,其可以确保VSG在电网电压和频率可变条件下始终满足解耦条件要求。首先,基于VSG的功率环小信号模型,推导出功率环之间的耦合系数解析表达式;然后,分析了耦合系数与电网电压和频率条件间的关系,提出了功率解耦设计准则,给出了虚拟电感详细设计过程;最后,通过10kVA原理样机对设计方法的正确性进行了Matlab仿真验证。

基于虚拟等效电感的特高压调压变压器励磁涌流判别算法

针对1 000 k V特高压试验示范工程现场调试过程中特高压调压变压器差动保护的典型误动案例,分析了现阶段采用的二次谐波分相闭锁判据在识别调压变压器励磁涌流时存在的局限性。为解决实际工程中无法直接测量调压变压器一次绕组端口电压问题,基于特高压变压器的本体结构特点设计一种获取调压变压器一次绕组端口电压的方法,同时提出一种基于虚拟等效电感分布特性识别调压变压器励磁涌流的判别算法。基于数字仿真对比分析了二次谐波分相闭锁判据和波形对称制动原理应用于调压变压器差动保护存在的不足,而基于虚拟等效电感分布特性的算法识别特征明显,能够可靠灵敏地识别励磁涌流和内部匝间短路,有效地解决了传统判据在调压变压器差动保护中存在的误动和拒动问题。

弱电网中增强LCL逆变器稳定性的虚拟阻抗控制

LCL型逆变器广泛应用于新能源发电并网系统中。在弱电网条件下,并网阻抗与控制参数不匹配是导致系统稳定性下降甚至失稳的主要原因。从削弱不匹配程度的角度出发,基于电流双闭环控制模型,分析了并网阻抗影响系统稳定性的作用机理,提出了网侧串联虚拟电感的改进方法。先增大网侧等效滤波电感的值,再进行控制参数设计,降低了并网阻抗对系统稳定性的影响程度,从而改善了系统稳定性。采用Bode图及根轨迹法对比分析了常规及改进控制策略,结果表明:同等弱电网条件下,采用改进方法系统稳定性更好。此外改进方法可以允许并网阻抗在更大范围内波动,提高了系统对弱电网的适应能力。最后采用Matlab/Simulink仿真进行了验证。

孤网中虚拟同步发电机并联均流控制策略

在虚拟同步发电机(VSG)技术的推广中,集中式大容量储能VSG装置具有一定工程优势,在此装置中VSG多以并联形式存在且彼此距离较近,由装置及线路参数的差异所引起的环流会对其正常运行产生影响。以2台VSG并联的孤网为例,分析并联功率分配机理,推导其与均流对应关系。考虑等效线路阻抗差异性对功率均分的影响,设计VSG调速控制和励磁控制,实现并联VSG输出有功、无功功率按额定容量分配,并使其具备有功调频、无功调压的能力及大惯性、大输出阻抗的优势,同时应用自动控制相关原理给出稳态时实现功率均分的数学依据。最后由Matlab/Simulink仿真验证控制策略的有效性。

一种新型单桥臂电感模块化多电平变流器及其控制方法

提出了一种新型单桥臂电感模块化多电平拓扑,相比于常规的模块化多电平变流器(MMC)拓扑结构,每相节省了一个桥臂电感。针对这种不对称的拓扑结构,提出了一种控制方法:以省去下桥臂电感的变流器为例,在下桥臂级联模块的给定电压中加入与上桥臂电感电压对称的虚拟桥臂电感电压,实现变流器上、下桥臂对称运行。并结合MMC环流抑制算法给出了完整的变流器控制框图。最后,通过实验证明了本文所提出算法的有效性。

本质安全电路中的电火花

本质安全电路的电压、电流及储能元件是电火花的重要来源。借助现行的国家标准GBT/3836.4-2021的评定方法,简述了电压、电流的匹配关系及电容、电感元件的储能能力,利用运算放大电路推理出虚拟电容、虚拟电感潜在的危险,为本质安全电路中的电火花评估提供了理论指导。

基于稳定性分析的微电网变流器系统阻抗设计

为解决微电网线路阻抗呈现阻性所带来的稳定性问题,采用控制提高微电网变流器的感性等效阻抗的方法被广泛应用.本文提出了一种微电网变流器系统阻抗设计方法,将微电网变流器的阻抗划分为内部阻抗和外部阻抗两部分.内部阻抗由微电网变流器的电压电流控制器、变流器侧滤波电感和滤波电容组成,外部阻抗由电网侧滤波电感和虚拟电感组成.采用伯德图对微电网变流器的内部阻抗传递函数进行了分析,得到了影响其阻抗特性的关键参数并给出了参考取值.建立微电网变流器并网状态下的小信号模型,给出了可提高微电网变流器稳定性的虚拟电感取值范围,采用定量法分析了控制参数变化对虚拟电感取值范围的影响.最后通过实验验证了设计方法的正确性.

基于加权电流控制的多功能分布式电源电能质量控制

可再生能源微电网存在着大量的分布式电源等电力电子装置和非线性负载,其相互影响使得谐波振荡等电能质量问题日趋严重.另外,本地负荷谐波容易和分布式电源输出滤波器发生复杂的相互作用,若设计和实施不当容易放大谐波.为了克服以上问题同时降低谐波补偿的成本,提出了一种基于加权电流无差拍控制的新型分布式电源电能质量控制方法.首先,构建了虚拟输出滤波器系统的数学模型,将LCL滤波器的三阶系统降低为加权平均电流相应的一阶虚拟电感滤波器.其次,为了满足谐波补偿对高带宽控制器的要求,以及电流快速跟踪响应的需求,提出了加权平均电流的无差拍控制器算法,通过该方法增加有源阻尼,以抑制滤波器振荡.通过揭示加权平均电流和并网点电流的内在关系,引入了一个谐波补偿项,该方法存在本地非线性负荷的情况下,不需额外增加电流传感器和谐波电流提取环节,即可有效补偿本地负载谐波,降低并网电流的THD至5%以下,显著改善并网点电能质量.最后本文通过多个场景的Matlab/Simulink仿真验证结果,当负载跳变或参考给定电流突变时,并网电流超调小并且快速跟踪响应,另外验证了当电网电压发生畸变时,并网电流不会受谐波电压的影响,以上仿真实验证实了该方法的适应性和有效性.

VFTO仿真中GIS隔离开关电弧模型的研究

气体绝缘变电站(GIS)中快速暂态过电压(VFTO)严重影响相关设备的安全运行和绝缘强度设计,在仿真计算中,用合理的电弧模型得到较为准确的VFTO波形就显得尤为重要。本文提出虚拟电感电弧模型,结合某1 000kV GIS变电站,通过与其他电弧模型对比,对GIS内部关键设备处的VFTO做了详细的研究,并研究了仿真步长对VFTO的影响。结果表明,虚拟电感模型是考虑弧道电感特性的电弧电阻模型的继续,相比于时变电阻模型和定值电阻电弧模型,考虑了弧道电感特性,并且解决了考虑弧道电感特性的电弧电阻模型中动态电感难以搭建并且影响系统稳定性的问题,在VFTO的研究中,适合在考虑电弧电感特性时使用。

直流微网中改进的复合储能装置控制策略

随着电网中分布式电源的日益增多,储能技术在提高系统的稳定性和改善电能质量方面显得越来越重要。考虑到当前储能元件的特性,复合储能系统比单一储能系统具有更多优点。为了改善储能单元动态响应特性,提出了一种改进的控制策略,储能装置均采用电流-电压下垂。为了降低电池的响应速度,在其传统下垂控制中加入了虚拟电感,并且在超级电容(SC)储能单元的控制中加入了电流前馈控制,加快其动态响应速度,使其响应更多高频功率。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的正确性和有效性。

脉冲型负载用混合储能系统功率自分配控制

为快速响应脉冲型负载的功率需求,抑制直流微网中的高低频功率波动,在蓄电池超级电容混合储能的拓扑结构下提出基于虚拟电感和虚拟电容的下垂控制方法,实现不同时间尺度储能单元功率自动分配。在脉冲型负载条件下开展仿真验证,结果表明:改进下垂控制能够更好地分辨负载侧高低频功率需求,提高混合储能系统的动态稳定能力,并且具备可拓展性能,更适合微电网的分布控制结构。

C^4D技术在工业管道流体电导测量中的应用

基于虚拟电感技术研发一种工业毫米级管道新型电容耦合式非接触电导测量传感器。虚拟电感基于Riordan电路研制,相应的工业型C4D传感器基于串联谐振原理实现电导测量,并采用特殊的屏蔽罩结构屏蔽工业干扰。研究结果表明,所研制的虚拟电感与实际电感相比,具有内阻小和电感可调等优点。在内径为1.80 mm的管道内进行电导测量实验,结果表明,所研发的工业型C4D传感器是可行的和有效的,可用于实际工业毫米级管道流体的电导率在线测量。

分布式逆变器并联运行系统的简化控制策略

围绕微电网中分布式单相逆变器并联运行系统的控制问题,设计了一种考虑逆变器滤波电容电压和并网电流信息不可用时的简化控制策略,可有效提高系统可靠性。对于电压信息缺失,控制器利用内部估算的电压参考和逆变器侧电感电流测量值计算有功和无功功率,进而可使用频率和电压下垂特性,无需互连线。逆变器在参考电压幅值和频率下的运行是通过直接控制调制波来实现的,故缓解了由于缺少某些电压和电流信息而导致无法实现闭环的情况。利用所搭建的测试平台进行了实验,实验结果验证了所设计分布式逆变器并联运行系统的简化控制器配置的有效性。