AC/DC系统低频振荡分析中的HVDC模型研究

在一个交、直流互联的电力系统中,直流输电部分一般用恒定功率模型或准稳态线性化模型来描述。基于系统增广状态方程(ASSE),分析了这两种模型的不同,结果显示,使用恒定功率模型时,换流站注入或吸取交流系统的有功几乎是不变的,而从交流系统抽取的无功是变化的。对南方电网交直流互联电力系统全网进行的低频振荡分析结果表明,用恒定功率模型来描述直流线路部分是可行的。这种分析使用了上海交通大学开发的大型互联电力系统小信号稳定分析软件包(SSAP)。

基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据

交直流混合微电网系统中,大量电动机负载和变换器负载由受闭环控制的电力电子设备连接交流母线,具有负阻抗特性,可视为交流恒功率负载。这些负载在大扰动情况下类似正反馈,会增强扰动信号,降低系统稳定性,严重时甚至导致整个微电网系统无法正常工作。另一方面,储能单元是系统的惯性环节,合理控制可增强系统稳定性。为了保障并网运行的交直流混合微电网系统大信号稳定性,文中应用混合势函数方法提出储能单元互联变流器稳定控制策略,补偿交流恒功率负载的动态性能。首先,根据abc-dq坐标变换,分别得到交直流混合微电网系统在储能单元充放电状态的简化模型;接着,分别建立系统的混合势函数模型;最后应用第3稳定性定理,分别推导得到储能单元不同工作模式下的大信号稳定性判据。判据给出了滤波参数、交流恒功率负载功率、储能单元充放电功率、储能单元AC/DC变流器电流内环比例环节系数、电压外环比例环节系数的稳定限制条件。实验结果验证了所提大信号稳定性判据的正确性。

改善多馈入直流系统电压无功特性的直流控制策略

为了改善多馈入直流系统受端交流系统的电压无功综合特性,在直流系统逆变侧引入了定交流电压控制;然后,使用新型指标——电压稳定耦合因子来衡量直流输电子系统换流母线间的影响,并指导该控制方式在多馈入系统中的设置方案;同时,提出了一种平滑切换逻辑控制器,以实现直流系统在定交流电压控制和其他控制策略之间的平滑切换。针对三馈入直流输电系统的电磁暂态仿真结果说明,当受端交流系统发生严重故障时,该控制策略相比常规的定熄弧角控制,能够有效改善弱交流系统电压稳定性及直流系统间的不利相互作用。

交流励磁变速恒频风电系统运行研究

随着风电机组单机容量的不断增大,采用变桨距风力机实现最大风能捕获和利用的变速恒频发电已成为当前风电技术的研究热点。文中从理论到实践全面讨论了双馈发电机交流励磁变速恒频的发电原理、对交流励磁变频器的要求,以及为追踪最大风能捕获、实现发电机有功、无功功率独立调节和变速恒频下空裁并网控制的定子磁场定向矢量控制策略。实验风电机组的空载、并网、同步速上、下的发电运行全面验证了所提出的交流励磁变速恒频关键风电技术的正确性,为大型风力机组的工程实现奠定了一定的理论及技术基础。

变速恒频双馈风力发电系统交流励磁综述

简要回顾了变速恒频双馈风力发电系统发展过程中出现的交流励磁电路拓扑结构及励磁控制策略,对不同交流励磁电路拓扑结构和控制策略进行了分析,展望了变速恒频双馈风力发电系统中交流励磁控制策略的发展趋势。

飞机无刷交流发电机设计原则及试验仿真研究

旋转整流器式无刷交流发电机是飞机恒速恒频、变速恒频及高压直流电源系统的核心部件。随着电机制造材料的发展，无刷交流发电机的设计也在不断发展与完善。变速恒频及高压直流电源中的无刷交流发电机后级带整流负载，因而电机结构有别于恒速恒频电源中的发电机。为实现体积小、重量轻、性能好的设计目标，讨论了变速恒频电源中无刷交流发电机的设计原则。并结合某一样机实例，对无刷交流发电机进行了数字仿真并对样机进行了性能试验，样机试验及仿真结果基本吻合，说明数字仿真的正确性。针对该样机的设计不足，本文提出了一种改进方案，从而进一步改善了电机结构和工艺性。

基于变换器输出电压快速计算的直接功率控制方法

提出一种变换器输出电压计算方法用于实现直接功率控制的定频控制。利用变换器的模型可推导出输出电压的估计方法,即通过交流电抗的电感值、系统电压电流和系统有功、无功功率的误差值来实现输出电压的估计,然后可利用空间矢量调制方法使逆变器输出该期望电压。该方法只在静止坐标系下即可完成,控制方法简单,实现控制方式定频的同时,省略了锁相环。通过仿真和实验对所提出的定频直接功率控制方法进行详细分析,验证了所提方法具有快速动态性能的同时实现了控制系统无静差。

双馈风力发电机有功、无功的解耦控制

为实现双馈风力发电机的变速恒频运行和最大风能捕获,首先介绍了双馈发电机变速恒频运行的原理,其次通过对双馈发电机动态数学模型的研究,提出了基于定子磁场定向的矢量控制策略。最后对系统进行了有功和无功功率独立调节的仿真实验,仿真结果验证了变速恒频双馈风力发电系统建模及控制的正确性和有效性。

交流逆变电阻缝焊电源的研制

针对传统工频交流缝焊电源存在的热效率低、过零时间长、容易发生热影响等问题,研制了一台微型交流逆变缝焊电源.该电源以32位微型控制器(ARM)芯片STM32F103RCT6为核心,通过STM32内部的脉冲调制模块生成逆变器开关信号,配合采样系统并利用PI算法实现对电源输出的精准控制.主要介绍了交流逆变缝焊电源的主电路结构、逆变器控制方式以及控制系统软硬件设计.结果表明,该交流逆变电阻缝焊电源设计合理,输出动态响应速度快,频率可调,稳定性好,恒流控制效果佳,适合微型件精密缝焊.

交流励磁变速恒频双馈型异步发电机的稳态功率关系

在交流励磁变速恒频发电应用中,双馈型异步发电机(DFIG)的控制对象是定子有功、无功功率,控制变量是转子电压、电流。采用DFIG等效电路,推导基于DFIG控制对象的转子电压、电流计算方法,将转子电压、电流分解为励磁分量、有功分量及无功分量,揭示了DFIG控制对象与控制变量之间的内在联系;研究定、转子的有功、无功功率关系,重点对不同运行条件下DFIG无功功率特性进行探讨,分析DFIG转子无功功率和定子无功功率以及转差之间的关系。

交流励磁变速恒频风力发电机并网控制策略

随着风电机组单机容量的不断增大,发电机并网时的电流冲击已不能忽视,必须对并网控制技术进行深入研究。在总结现有风力发电机并网技术的基础上,研究了交流励磁变速恒频风力发电机与电网间的“柔性连接”特性,即可通过励磁控制调节发电机输出以满足并网条件。将磁场定向矢量控制技术移植到并网控制中,建立了交流励磁变速恒频风力发电机并网控制策略,最后进行了实验研究。

基于LCL滤波器的交流恒功率负载优化控制研究

传统交流恒功率负载模型的主电路未考虑滤波器优化,且电流内环控制应用PI(比例积分)调节器,调节速度较快时会引起严重超调,导致模型的通用性较差,暂态过程不准确。MPC(模型预测控制)动态响应快、超调较小、容易实现,为交流恒功率负载模型的电流内环引入MPC能够显著提高模型的暂态性能。因此,结合传统PI控制和MPC的优势,提出一种新的交流恒功率负载优化控制策略,电压外环控制应用PI调节器,电流内环控制应用MPC,主电路由交流侧带LCL滤波器的PWM(脉冲宽度调制)整流电路与电阻共同构成,LCL滤波器根据电感总量、电容和谐振频率进行设计。通过MATLAB仿真,在交流恒功率负载模型上分别应用所提出控制策略和电压、电流双PI控制策略进行对比,结果表明应用所提控制策略的交流恒功率负载模型有效提高了系统的鲁棒性,在受到干扰时具有快速恢复能力,且LCL滤波器能有效减小交流侧电流谐波失真,提高电能质量。

HVDC恒功率与准稳态模型在低频振荡分析中的比较

对大规模交直流输电系统进行低频振荡(LFO)分析时,直流系统通常采用恒定功率模型或准稳态模型来表示,对这2种不同的直流模型,需要考虑采用简化的恒定功率模型会对计算结果带来何种程度的影响。文中采用基于增广系统状态方程的模态分析法,研究了直流准稳态模型与恒定功率模型之间的差别,并对这2种模型用于LFO计算的结果进行了分析和比较。理论分析和仿真结果表明,直流定功率运行时,两端换流母线处注入或吸取的有功功率基本保持恒定,而换流站消耗的无功功率变化。对于区间振荡模态,恒定功率模型得到的稳定性结论较准稳态模型偏保守。对于大规模交直流输电系统,直流系统采用恒定功率模型来简化表示可以接受。

交流励磁变速恒频风力发电系统控制策略的仿真研究

介绍了交流励磁变速恒频(VariableSpeedConstantFrequency,VSCF)风力发电系统运行的基本原理及发电机的定子磁链定向矢量控制技术。在此基础上,以Matlab/Simulink为工具,建立了系统仿真模型,进行了发电机空载运行、并网、有功、无功功率独立调节、最大风能捕获运行等工况的仿真研究,仿真结果证明理论分析正确,对系统的实验研究具有一定的理论指导意义。

一种高可靠无源恒流LED驱动电源

针对如何提高发光二极管(LED)驱动电源的使用寿命以及可靠性等问题,提出一种新型高可靠无源恒流LED驱动电源,并对其工作原理和性能特点进行了分析。由于该电源内部不含有电解电容,因此克服了由电解电容引起的LED驱动电源与LED理论使用寿命不匹配的问题。该电源内部不含有任何有源开关器件以及相关驱动、控制电路等,因此电路简单可靠。在工频交流电压输入时,其输出电流值近乎恒定,与所接负载LED串联颗数无关。最后,制作了一台220 V工频交流电压输入,输出电流平均值为350 mA,额定输出功率为42 W的试验样机,在负载LED颗数发生变化时,其输出电流识误差在10%以内,输入功率因数接近1,效率达到93.3%,实验结果验证了理论分析的正确性。

系统惯性时间常数对互联电网暂态稳定水平的影响

由于区域电网的互联,整个系统的惯性时间常数将会发生明显变化,继而会影响整网的暂态稳定水平。基于暂态能量函数法,通过对等值2机系统进行数学推导并作暂态稳定分析,研究了系统在各种运行方式下,2端机组惯量变化对电力系统暂态稳定水平产生的影响,比较了两端机组惯量变化分别对系统暂态稳定性的影响,并发现了系统机组惯性时间常数对系统暂态稳定水平造成的影响与系统的负荷水平及初始工况有关。在理论分析的基础上,结合相关算例在各种运行方式下进行了仿真研究,仿真结果验证了分析结果的正确性。

交流励磁变速恒频风力发电系统的实验

介绍了交流励磁变速恒频风力发电系统运行的基本原理及发电机的定子磁链定向向量控制技术。构建了基于DSP+IPM的系统实验平台,进行了发电机空载运行及并网过渡过程、亚同步、同步、超同步3种状态下的变速恒频发电等工况的仿真和实验,通过对实验结果的分析验证了理论分析的正确性,为该系统的进一步深入研究建立了一定的实验基础。

串级式航空无刷双馈交流发电系统仿真研究

随着多电/全电飞机概念的提出以及机上用电设备的增加,对飞机供电系统电能容量与质量提出了更高的要求。传统三级式同步发电机采用恒速传动装置,不但增加了机载重量,而且发电机容量不能做到很大。为解决优化问题,提出一种串级式航空无刷双馈变速恒频交流发电机,在减少飞机重量的同时可满足对发电机大容量的要求;在对串级式无刷双馈发电机组成和工作原理研究分析的基础上,结合矢量控制算法在Matlab/simulink环境下建立其仿真模型并进行了仿真研究。结果表明:系统运行具有良好的动态特性;所建立的模型是正确的,所采用的方法是可行的。

非接触电能传输系统双模控制式交直交变换器

针对传统非接触电能传输系统中初级回路主电路的不足,提出了一种可工作于Buck和Boost2种控制模式的新型交直交变换器,该变换器不仅有效地解决了传统非接触电能传输系统中大容量滤波电容和DC/DC调压环节所引起的电流冲击、成本高、控制复杂等问题,而且通过2种模式的切换和其对应的开关管占空比的调节可实现输入电压大范围波动时的谐振电流恒幅控制。分析了该变换器的拓扑结构和工作原理,阐述了变换器在2种模式下的切换控制策略,并给出了仿真验证结果。

虚拟惯性时间常数对互联电网小干扰稳定影响研究

传统同步发电机的惯性时间常数是不变的物理参数,虚拟同步发电机的推广与应用使得系统惯性时间常数具有可变性和可调性,继而有可能影响互联系统的小干扰稳定性。论文以VSC-HVDC为研究对象,对其进行虚拟同步发电机控制建模,然后基于特征分析法,对等值联网系统求解低频振荡衰减因子的解析表达式,分析了不同场景下惯性时间常数对小干扰稳定水平的影响程度,发现当惯性时间常数与阻尼系数在同一个数量级时对小干扰稳定有较大影响。最后在两区四机经典模型中验证了结论,对于虚拟同步发电机参数整定和研究互联系统的小干扰稳定性分析及控制具有一定的参考价值。