不平衡负载下基于VSG的自适应负序控制策略

逆变器带不平衡负载时,逆变器输出电压不平衡度过大,为此提出一种三相不平衡负载下基于虚拟同步发电机(VSG)的自适应负序控制策略。首先,建立逆变器数学模型,分析输出电压不平衡度过大原因。其次,正序VSG控制正序电压幅值和相角,自适应负序VSG抑制输出电压的负序分量。然后,通过建立VSG小信号模型进行稳定性分析,得出正序和负序VSG的转动惯量和阻尼的取值范围。最后,通过实验结果得出,电压不平衡度降为0.05%,暂态过程电压不平衡度峰值降低到1.8%,说明所提控制策略能有效抑制不平衡负载引起的三相电压不平衡。

计及负序控制策略的光伏逆变器故障特性分析

光伏接入系统发生不对称故障时,逆变器会同时控制正序电流和负序电流的输出,但目前针对计及负序控制策略的逆变器故障特性研究较少。为此,首先推导了逆变器稳态短路电流的求解方法。然后考虑不同的负序控制策略,研究了不对称故障下逆变器输出的短路电流特征和等效负序阻抗特征,揭示了光伏发电在不同控制策略和不同故障类型下故障特性的相似性和差异性。最后搭建仿真模型,对理论分析结果进行了验证。结果表明,在新能源接入电网的故障特性及保护原理研究中需充分考虑负序控制策略的影响。

弱电网下含负序控制的双馈风机阻抗建模及关键致稳因素评估

弱电网不对称故障期间,双馈风机与电网之间存在正、负序耦合通路,交互作用复杂,系统失稳风险加剧。为了研究不对称弱电网下双馈风机的失稳机理,推导了正、负序谐波电压注入下各物理量的表达式,建立了含负序控制的双馈风机序阻抗模型。根据序阻抗模型,探讨了控制环节对双馈风机整体阻抗的影响。进一步地,基于广义Nyquist判据,详细研究了控制器带宽、电网强度及故障深度等关键致稳因素对双馈风机系统稳定性的作用规律。研究结果表明,所建立的序阻抗模型能够有效分析弱电网不对称故障期间双馈风机系统的稳定性;弱电网不对称故障下,降低电流环、锁相环等控制器带宽可有效降低双馈风机失稳振荡风险。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。所得结论为不对称故障下双馈风机的控制设计提供了理论支撑。

低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的几个关键问题

由于我国风电资源和电力负荷的逆向分布特性,低短路比已成为风电机组接入电网的主要形态。低短路比对称电网下,双馈风机与电网的交互作用易引发系统小干扰失稳。不对称电网下,电网正、负序阻抗及其序间耦合分量将与风机网侧、转子侧变流器产生更为复杂的交互作用,其带来的失稳风险亟需研究和评估。对此,该文综合已有研究,首先,分析低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的关键问题;然后,从阻抗建模、稳定性分析、控制策略改进等方面,提出相应的解决方案;最后,对相关技术发展前景进行讨论和展望。

基于瞬时功率平衡和负序前馈控制的DSTATCOM电压控制策略方法

配电静止同步补偿器(DSTATCOM)通过向公共连接点注入无功功率可以调节公共连接点的电压,使之满足电压合格的要求、笔者首先根据DSTATCOM系统中的瞬时功率平衡理论推导出了DSTATCOM用于控制电压时的直接电压控制策略。在该控制策略中,无需电流检测电路,跟传统的串级控制相比较具有控制简单、响应速度快等优点。然后针对电网电压不平衡对DSTATCOM的影响,在基于瞬时功率平衡的直接电压控制的基础上,引入了负序电压的前馈控制策略,避免了DSTATCOM因电网电压不平衡造成的过流而退出运行。理论分析和仿真结果证明了笔者所提控制方法的正确性和有效性,该控制策略对DSTATCOM装置的实际开发有很好的借鉴作用。

计及负序电流均衡的孤岛微电网电压不平衡协同控制策略

孤岛微电网中,由于公共耦合点(PCC)处存在大量单相负荷和非线性负荷,系统易出现三相电压不平衡及负序电流无法均衡分配问题。为此,在分析不平衡补偿与负序电流均衡机理的基础上,提出一种基于动态一致性算法的电压不平衡补偿及负序电流均衡控制策略。在分布式二次控制层中,通过分布式稀疏通信网络实现相邻的分布式电源间实时数据交换,采用动态一致性算法估算全局平均电压和平均负序电流,自适应调节电压不平衡补偿参考向量,以实现电压不平衡补偿和负序电流的均衡控制。该控制策略不仅实现了公共耦合点处电压不平衡补偿,还解决了分布式电源(DG)间因线路阻抗分布不均的负序电流均衡控制问题。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和可行性。

基于静止同步发电机技术的逆变器负序无功控制方法

电网不平衡对配电网内的设备运行稳定性产生影响。为提高并网逆变器的利用率和电网适应能力,提出一种基于静止同步发电机(static synchronous generator,SSG)技术的逆变器负序无功控制方法 ,利用SSG的电压源控制特性,在电网不平衡工况下根据不平衡度自动计算负序无功电流,结合正、负序旋转坐标系下电流环的解耦控制,可在电压不平衡工况下,自主补偿负序无功。为方便扩容和冗余运行,引入模块化三电平拓扑。基于Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,通过仿真验证了该控制方法的正确性和有效性。

基于混合同步控制的电压不平衡补偿策略

分布式能源渗透率的不断提高,使得电力系统的稳定形态变得更加复杂,在面临大干扰或不对称工况时,电力系统也面临着失同步风险和谐波的干扰。分析和提高柔性互联系统在大的不对称干扰下仍能维持电压的对称、稳定运行,具有重要意义。本文在混合同步控制的基础上提出一种改进的电压不平衡补偿策略,基于混合同步控制策略,以提高严重不对称故障下系统的暂态稳定。其次,明晰无功补偿原理,构建基于混合同步控制的电压不平衡补偿模型。最后,通过仿真验证控制策略的有效性和优越性。

不平衡电压下双馈发电系统控制策略

由于风力资源分布的特点,许多风电机组被安装在比较偏远的地区,这些地区的电网通常比较薄弱,经常发生不对称运行的情况。若在控制中不予考虑,会引起发电系统有功和无功的脉动。文中基于对称分量理论,建立了不平衡电压下双馈发电机和网侧变流器的数学模型,分析了负序电压对传统双馈发电系统矢量控制策略的影响,并据此提出了一种基于比例谐振调节器的矢量控制策略。理论分析和仿真结果表明,该方法可有效抑制电磁转矩、无功功率和直流母线电压的脉动,实现双馈发电系统在不平衡电压下的稳定运行。

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

电网电压不平衡条件下微网恒功率控制策略研究

在基于平衡假设的前馈解耦恒功率控制是微网典型的控制策略,通过对该策略进行功率分析,并釆用开关函数法进行并网逆变器输出特性分析,针对电网电压不平衡条件下负序和3次谐波现象,在原有PQ控制控制结构基础上叠加一个前馈电压负序控制环,使微网并网逆变器产生一个与公共连接点不平衡电压中负序分量大小相等相位相同的电压,实现微网并网节点的三相对称控制,改进的开关函数调制法的采用抑制了3次谐波的输出。仿真和实验结果表明,改进的微网不平衡PQ控制策略提高了微网在电网电压不对称条件下的生存能力。

孤岛模式微电网变流器的复合式虚拟阻抗控制策略

微电网中的变流器控制多采用下垂控制方式,该方法可保障微电网变流器在低速通信条件下完成对三相平衡负荷的自主分配,其实现基础是线路阻抗呈现感性。由于实际的微电网线路阻抗的阻性特性更明显,致使微电网变流器的输出功率输出存在耦合,降低了微电网系统的稳定性。通过虚拟阻抗控制可提高微电网变流器输出电抗,降低线路阻抗引起的功率耦合。本文提出了一种改进的复合式虚拟阻抗控制策略,在传统的正序虚拟电抗基础上增加了自适应的负序虚拟阻抗,当微电网系统运行在孤岛模式负荷不平衡工况时,可保障微电网变流器自主地实现负序电流合理分配,提高了微电网变流器在孤岛负荷不平衡工况下的电流稳定裕度。通过采用比例积分谐振(PIR)控制器,简化了微电网变流器控制中的正负序分离计算过程,降低了变流器的负序输出阻抗,提高了变流器的输出电压电能质量。最后通过仿真和实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

静止同步补偿器电压控制策略

为寻求性能优良、容易实现的配电静止同步补偿器(DSTATCOM)的电压控制策略,根据DSTATCOM系统中的瞬时功率平衡理论,推导出了DSTATCOM用于控制电压时的直接电压控制策略。该控制策略中无需电流检测电路,跟传统的串级控制相比较具有控制简单、响应速度快等优点;针对直接电压控制策略中控制器的控制性能受系统参数影响较大的缺陷,提出了DSTATCOM的直接电压模糊PI控制策略,使根据瞬时功率平衡的直接电压控制具有更好的控制性能;同时考虑到实际电网中的电压不平衡现象普遍存在,在DSTATCOM电压控制器中引入电网电压负序分量的前馈控制,从而有效的提高了DSTATCOM在电网电压不平衡条件下的生存能力。理论分析和仿真结果证明了所提控制方法的正确性和有效性。

配电网电压不平衡下级联型DSTATCOM控制方法研究

研究了配电网电压不平衡下级联多电平配电静止同步补偿器(DSTATCOM)的控制策略。实际运行中,配电网电压不平衡工况会严重干扰DSTATCOM的安全稳定运行。在该工况下,DSTATCOM会产生很大的负序电流,且自身会出现二倍频的直流电压分量和三倍频的交流电流分量,严重影响开关等元件寿命、控制动态性能和无功补偿能力。因此,提出基于负序控制、零序电压注入和子模块直流电压均衡控制结合的控制方法,以应对配电网电压不平衡的问题。负序控制的作用是控制和降低负序电流,而零序电压注入和直流电压均衡控制可以抑制二倍频的直流电压分量和三倍频的交流电流分量。最后,通过对详细模型的时域仿真,验证了该方法的正确性和可行性。

配电网静止同步补偿器的不平衡综合控制策略

配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)直流侧电容电压在电网电压不平衡条件下会出现2倍频波动,使得交流输出电压出现负序和3次谐波,严重影响D-STATCOM的运行性能。针对此问题,提出一种综合应用改进开关函数调制法和负序电压前馈控制的方法改善D-STATCOM的运行性能。改进的开关函数法能有效抑制3次谐波电流,改善了D-STATCOM的电压输出性能;负序前馈控制抑制了D-STATCOM因负序电压分量造成的过流,保障了装置的安全可靠运行。仿真和实验结果表明,提出的该方法是行之有效的。

轻型直流输电系统的不对称故障控制策略

基于电压源变流器(voltage source converter,VSC)的轻型直流输电(VSC-HVDC)正成为一种经济灵活的新型输电方式。但是当交流系统发生不对称故障时,系统中存在的负序分量在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的作用下会产生大量的非特征谐波,并严重恶化VSC-HVDC系统的控制性能。文章在换流站正序模型的基础上建立了系统的负序模型,提出一种基于精确反馈线性化理论的正负序电流非线性控制器,并针对系统故障时出现的直流过电压问题设计了2种应对策略。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下对上述控制策略进行了仿真验证,达到了预期的控制效果。

基于离散模型的MMC环流抑制控制器的设计

模块化多电平换流器内部三相环流直接影响MMC的运行特性和系统损耗,为了抑制MMC的内部三相环流,本设计在MMC内部连续数学模型的基础上,采用二倍频负序坐标变换将换流器内部的三相环流分解为d-q旋转坐标系下的直流分量,利用欧拉近似公式建立了MMC内部离散数学模型;在此基础上设计了由坐标变换、离散调节器及反坐标变换环节构成的环流抑制控制器,得到内部环流压降,协同载波移相调制策略,有效抑制了MMC的二倍频环流,减少了桥臂电流的畸变程度,使其逼近正弦波,同时还降低了子模块电容电压的波动幅度;在PSCAD/EMTDC环境下搭建了21电平MMC-HVDC仿真模型,仿真结果表明:本设计中的控制器在不改变MMC外部特性的前提下使二倍频环流的幅值降低了84.27%,能有效抑制MMC内部的二倍频环流,有利于MMC的稳定运行,便于工程实际应用。

基于虚拟同步发电机的光伏逆变器电压暂降自适应补偿控制策略

光伏出力的交替性、波动性、不可控性导致配电网三相电压不对称,容易导致配电网电压暂降故障。为改善配电网电能质量,提出基于分序虚拟同步发电机技术的光伏逆变器电压暂降自适应补偿控制策略。分析配电网电压暂降故障对光伏发电并网点的影响特性,建立正、负序功率控制的虚拟同步发电机模型,并提出负序无功功率对故障电压的自适应电压补偿策略,实现虚拟同步发电机对负序功率的控制。所提控制策略易于实现,可适用于不同暂降情况下的电压补偿。最后,通过Matlab/Simulink仿真表明,所提控制算法提高了配电网并网点电压稳定性,验证了该方法的有效性。

星形链式STATCOM的冗余容错控制算法

传统冗余容错控制方法在改变故障相位时,会引起非故障相变化并带来额外的干扰。为了减少故障保护对非故障相的影响,提高多电平级联STATCOM的可靠性,本文提出了一种优化的冗余容错控制算法。首先根据星形链式STATCOM的方程,研究了冗余容错与中性点偏移的定量关系并分析中性点偏移的影响;然后基于负序电流的闭环控制方法,提出了星形链式STATCOM的优化冗余容错控制算法;最后以仿真和实验验证,对比了传统算法和所提优化算法。实验结果表明,该优化算法改善了冗余容错过程中的暂态性能,将故障暂态电流的不平衡度降低2.4%,而稳态不平衡度仅增加1%;非故障模块电压波动下降13%。所提方法有效提高了STATCOM的可靠性,且在对于可靠性要求较高的高压大功率工业领域更为适用。

海上风电低频输电系统低频侧不对称故障控制策略

低频海底电缆发生不对称故障时存在模块化多电平矩阵换流器(M3C)功率器件电流越限、非故障相过电压风险,严重影响海上风电低频输电系统(LFTS)的安全运行。针对上述问题,在充分发挥M3C高可控性的基础上,提出了一种适用于海底电缆不对称故障的控制策略:根据故障严重程度动态调整M3C低频侧电压,防止非故障相过电压;各子换流器通过抑制负序电流限制短路电流上升,保护功率器件免受过电流危害;计及控制策略的影响,通过建立系统故障等值模型进行故障分析。在PSCAD/EMTDC中搭建了海上风电LFTS模型,仿真结果验证了所提控制策略和故障分析方法的有效性,其能够实现低频侧不对称故障下系统的稳定运行。