Small-signal stability analysis of photovoltaic generation connected to weak AC grid

A small-signal model of photovoltaic(PV)generation connected to weak AC grid is established based on a detailed model of the structure and connection of a PV generation system. An eigenvalue analysis is then employed to study the stability of PV generation for different grid strengths and control parameters in a phaselocked loop(PLL) controller in the voltage source converter. The transfer function of the power control loop in the dq rotation frame is developed to reveal the influence mechanism of PLL gains on the small-signal stability of PV generation. The results can be summarized as follows:(1)oscillation phenomena at a frequency of about 5 Hz may occur when the grid strength is low;(2) the tuning control parameters of the PLL have a noticeable effect on the damping characteristics of the system, and larger proportional gain can improve the system damping;(3)within a frequency range of 4-5 Hz,the PLL controller has positive feedback on the power loop of PV generation. A virtual inductance control strategy is proposed to improve the operational stability of PV generation. Finally, a simulation model of PV generation connected to weak AC grid is built in PSCAD/EMTDC and the simulation results are used to validate the analysis.

RTD交流小信号等效电路模型——共振隧穿器件讲座(7)

RTD交流小信号等效电路模型是分析RTD交流特性的基础,也是用网络分析仪测量S参数,拟合提取交流参数和计算截止频率fR的依据。精确、合理的等效电路模型有助于深入理解RTD的工作原理,也对RTD器件和RTD集成电路的设计起重要的指导作用。介绍了四种常见而又重要的RTD交流小信号等效电路模型。

基于虚拟惯性的交直流配电网电压稳定性研究

针对交直流混合配电网中直流系统惯性低、直流母线电压极易受到扰动影响的问题,该文提出了一种综合考虑直流电压变化量及变化率灵活虚拟惯性控制策略,在系统受到负荷突变、光伏出力突变等扰动时能够灵活地调节换流器侧虚拟惯性的大小来为交直流混合配电网提供惯性支撑,从而提升系统的电压稳定性。构建了交直流混合配电网的小信号模型,通过根轨迹分析揭示了自适应参数对于虚拟惯性大小及系统电压稳定性的影响,得到自适应参数的取值范围。当自适应参数超过临界值时,系统出现失稳现象。通过改造的IEEE 33节点系统仿真验证了该文所提控制策略的准确性。

交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标,2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器(VSC)进行直流互联。在功率双向流动系统中,定功率控制模式下变流器作为功率负载时,其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性,进而减小系统阻尼,容易让系统失去稳定。针对该问题,提出一种多阻抗优化控制方法,不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗,还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化,减小两侧阻抗的相位差,多角度增强系统的稳定性。首先,对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次,对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后,分析了多阻抗优化控制的工作机理,并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据,对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明:提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化,不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正,还可以减小直流侧阻抗间的相位差,使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。

三级型电力电子变压器等效建模及小信号稳定性分析

电力电子变压器(power electronics transformer,PET)作为交直流混合配电网的核心设备,其稳定性是交直流混合电网安全运行的关键指标。该文针对典型三级型电力电子变压器,分别建立了三级型PET整流级、隔离级和逆变级的小信号模型,验证了电磁模型和所建立的小信号模型准确性;基于特征值分析法对三级型PET稳定性进行分析,研究PET控制系统参数变化时特征值轨迹变化规律,结合特征值分析对系统控制参数进行了校正;最后,搭建仿真系统分析了负荷突增以及负荷不平衡两种工况下PET的动态特性,验证了特征值分析结果的正确性。

含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析

交直流混联配电系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。传统稳定性分析方法通常以直流级联系统和直流微电网作为研究对象,而对于含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析和评价较少涉及。基于这一问题,提出了适用于交直流混联配电系统的阻抗匹配稳定性分析方法,建立了柔性互联装置、光伏发电单元、恒功率负载以及?型线路的状态空间小信号模型。在多端柔性互联装置采用主从和下垂控制情况下构建了交直流混联配电系统的戴维南等效电路,利用奈奎斯特稳定判据确定了负阻抗稳定边界,并且采用Simulink仿真工具搭建了详细物理模型,通过仿真结果和奈奎斯特曲线对比分析验证了所提稳定性分析方法的可行性。

交直流微电网集群柔性控制及稳定性分析

该文重点关注柔性互联交直流微电网集群分层多尺度协调控制框架中的就地控制(即稳定控制)问题。现有的确定性控制策略一方面难以有效应对紧急情况下交直流微电网集群运行控制模式的平滑切换,另一方面为实现功率协调控制须依赖通信。为解决上述问题,提出一种全新的控制策略以区别于现有的确定性控制方法,称之为交直流微电网集群柔性控制方法。应用该柔性控制方法,交直流微电网集群中各装置就地控制不再依赖于某个特定的运行模式,易于实现运行模式平滑切换。更重要的是,仅依靠就地量测的电气量信息,即可实现多微电网集群功率协调控制。从稳态和小信号建模及稳定性分析两方面,论述了所提柔性控制方法的有效性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含2个直流微电网、1个交流微电网,以及隔离DC-DC和DC-AC互联装置的多微电网柔性互联集群仿真算例,对所提方法进行了有效验证。

直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析

近年来,国内许多地区的直驱风机风电场在附近电网没有串补的情况下出现了持续的次同步频率范围的功率振荡。为深入研究该问题,该文建立典型直驱风机风电场接入交流电网的等值系统模型,通过电磁暂态仿真、阻抗模型和小信号分析研究次同步振荡产生的机理;分析接入交流电网强弱、风机出力、并网风机台数、风机控制参数及动态无功补偿设备对振荡特性的影响;结果表明,多台直驱风机通过弱交流系统并网时会出现次同步振荡模态,直驱风机在该振荡模态频率上表现为"具有小值负电阻的容性阻抗",与交流电网的电感构成谐振回路,并因负电阻效应而导致危险的功率振荡现象。最后,讨论了这种次同步振荡问题的潜在危害及其防范措施。

交直流混联电力系统小干扰稳定性分析综述

该文以交直流混联电力系统的小干扰稳定性为研究对象，依次梳理了十几年来国内外在该方面的研究成果；从交直流混联系统间动态交互过程的角度，分别综述了含VSC-HVDC和VSC-MTDC混联电力系统小干扰稳定性的研究内容和方法，得出目前复杂交直流混联电力系统在小干扰稳定性研究中面临的主要挑战为：1）以阻抗法为代表的传统频域分析法能够清晰地阐明简单混联系统间的动态交互过程，揭示其稳定性的内在机理，但是难以在多输入多输出特性的复杂混联电力系统中得到应用；2）由于分析方法的缺失，复杂混联电力系统小干扰稳定性分析中动态交互过程对稳定性的影响机理暂不明确。基于此，指出未来的研究方向主要有：1）继续完善单输入单输出混联电力系统的机理分析体系，充实其小干扰稳定性的内在机理；2）提出适用于多输入多输出机理分析方法，揭示复杂混联电力系统的稳定性内在机理。

交直流混合系统低频振荡的概率特征根分析

研究低频振荡的传统特征根方法是基于单一的系统运行方式,而概率特征根分析则计及了较宽的系统运行方式变化。高压直流输电HVDC是一种典型的柔性交流输电FACTS装置,它可以改善系统的动态特性。将现有的概率特征根分析扩展到包含HVDC功能模块,能完成交直流混合系统的概率特征根分析。对四机两区域的交直流并联系统在选定的控制器参数下进行试算,结果表明,系统在多运行方式下研究交直流混合系统的低频振荡是可行的。

限流电抗器对接入弱交流电网的VSC-HVDC系统的小信号稳定性影响分析

小信号稳定性分析对于控制器的设计及柔性直流输电系统工程的建设具有重要作用,直流侧限流电抗器对柔性直流输电系统的小信号稳定性会产生一定的影响。首先建立了接入弱交流电网的VSC系统的小信号模型,推导了VSC系统状态空间的矩阵表达式,并绘制出了不同限流电抗器时系统的根轨迹曲线,研究了主导极点在坐标系中的变化情况。研究结果表明:弱交流电网下,VSC系统的小信号稳定性随着限流电抗器的增大而降低直至失稳。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了VSC系统的仿真模型,仿真结果验证了小信号模型的正确性,同时证明了VSC系统的小信号稳定性随限流电抗器的增大而降低这一结论。

交直流混联系统稳定性分析研究综述

交直流混联系统的发展使其稳定性问题日益重要。文章首先阐述了交直流混联系统的常见结构和特点,然后归纳了交直流混联系统的典型运行特征和稳定性问题。分别总结了交直流混联系统小扰动稳定性问题和大扰动稳定性问题的主要研究内容和分析方法,讨论了国内外研究现状、目前研究存在的问题以及发展趋势。最后指出了当前稳定性分析研究的主要挑战。

交流配电网中柔性直流互联装置阻抗稳定性分析及阻抗协同重塑控制

对于交流配电网中的柔性直流互联装置,当功率方向变化时,负阻抗会随之在装置内定功率控制换流器的直流侧和交流侧进行转移,降低了系统稳定性。针对此问题,提出了一种阻抗协同重塑控制策略。首先,介绍了配电网中柔性直流互联装置的结构;其次,分别建立了装置内两侧换流器多个端口阻抗在功率双向传输下的小信号模型,探究其阻抗特性;然后,对所提控制策略的工作原理进行了分析,且对重塑后的阻抗进行了建模,对比分析了阻抗重塑前后系统的稳定性;最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台对所提控制策略的有效性进行了仿真和实验验证,结果表明所提方法通过协同作用可将直流侧和交流侧的负阻抗均重塑为正阻抗,从而能同时改善换流器两侧的稳定性。

考虑SVG的光伏电站次同步振荡问题

新能源发电并网系统的振荡问题是电网关注的重要研究课题,揭示振荡发生的机理并明确影响振荡的关键因素是首要研究任务。为此,建立了含静止无功发生器(static var generator,SVG)的光伏并网系统的小信号状态空间模型,通过特征值分析研究了光伏并网系统的主导振荡模式及与其强相关的动态环节,分析了交流侧系统对光伏并网系统振荡特性的影响;采用频率扫描法从电路谐振角度对光伏并网系统次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)现象进行了解释,并通过时域仿真验证了特征模式分析结果的正确性。研究结果表明:含SVG的光伏并网系统存在一个主导SSO模式,光伏电站并网变流器的控制参数对该模式的稳定性具有重要影响;此外,SVG与光伏发电系统之间也存在相互控制作用,需要合理设计二者的控制参数,以提高系统整体的稳定性。研究内容可为光伏并网系统的运行和控制设计提供指导。

MEMS微镜的系统级设计与分析

提出一种基于空间转换原理、静电控制的MEMS光学开关。运用Coventor Ware软件中的Architect模块对MEMS光学开关进行系统级建模与仿真分析。分别对MEMS光开关施加半正弦、脉冲和阶跃三种不同的冲击信号,得到微镜转动的角位移与时间的关系曲线,分析得出微镜具有抵抗1500g冲击的能力。对微镜进行交流小信号分析,得出固有频率为28.48k Hz,与模态分析结果相比较,得出系统级和有限元两种分析方法的误差仅为0.6%,由此表明系统级仿真具有精度高、速度快的优势。

基于扰动跟踪的交直流微电网互联变流器自适应反推控制策略

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、并离网切换、系统参数偏差等情况下的鲁棒稳定性,提出了一种基于扰动跟踪的互联变流器(ILC)自适应反推控制策略。分析了交直流混合微电网的基本拓扑结构,并考虑系统建模误差和外界扰动的影响,将ILC实际数学模型转化为带综合干扰项的理想表达式;利用实时扰动跟踪法对系统综合干扰项进行观测和补偿,基于此提出了一种ILC自适应反推控制策略,以保证ILC能实时跟踪系统的外界干扰和误差并进行抑制,增强了系统应对功率波动和参数不确定性的能力;通过小信号稳定性分析和多个算例测试验证了所提控制策略的有效性和优越性。

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。

弱交流电网条件下VSC无功类控制分析与优化

针对接入弱交流电网的电压源换流器(voltage sourced converter,VSC)所采用的无功类控制器的适用性进行分析,并提出了改进的无功功率控制方法。首先针对连接到弱交流电网的VSC整流侧和逆变侧系统,分别建立了两个系统在定有功功率定无功功率控制和定有功功率定交流电压控制下的小信号模型,其次利用参与因子法分析影响主导极点的主要状态变量,基于此提出了一种改进的无功功率控制方法,分别在VSC整流侧和逆变侧系统中进行验证,并分析了参数k的选取。最后,在PSCAD/EMTDC环境下进行仿真实验,验证了建立的小信号模型正确性,同时,考虑VSC系统运行极限分析了不同无功类控制下系统的临界有功功率传输极限值。所得结论为:对于连接到弱交流电网的VSC类换流器,定交流电压控制较定无功功率控制更适用于极低短路比(short-circuit ratio,SCR)的交流系统,在选取合适的参数k的条件下,采用改进的无功功率类控制可以提高有功功率传输极限,更有效地增强系统稳定性。

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。

基于二次型指标和蒙特卡洛方法的含STATCOM的LCC-HVDC系统的控制参数优化

在电网换相换流器高压直流输电(linecommutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线处并联静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM),可有效调节交流母线电压从而抑制换相失败。然而,连接弱受端交流电网时,STATCOM与LCC控制系统之间的耦合作用会对整个系统的小扰动稳定性产生负面影响,甚至导致系统小信号失稳。该文采用小信号分析方法,将含STATCOM的LCC-HVDC非线性系统在稳定运行点处线性化,而后推导出能够定量衡量系统小扰动稳定性的二次型指标,并以此为目标函数,利用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法对多组关键控制参数进行优化。二次型指标、特征根分析及PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真结果表明,采用优化后的控制参数,系统在低短路比下能够稳定运行,小扰动稳定性明显增强。该文提出的控制参数优化思路,同样适用于其他系统,具有一定的学术研究和工程应用价值。