构网型STATCOM/BESS仿真建模及受扰特性

带蓄电池的静止同步补偿器(STATCOM/BESS)作为一种新型电力电子装备既可以参与系统频率调节,又可以提供动态无功电压支撑。首先介绍了构网型STATCOM/BESS(GFM-S/B)的电路结构和工作原理,设计了基于虚拟同步控制的稳态控制策略和短路故障下的暂态控制策略,当发生故障时,将设备切换为限电流模式,可以在保证设备安全的前提下尽可能向系统提供无功支撑。在PSCAD/EMTDC环境下,建立了GFM-S/B并网系统仿真模型,并对系统的受扰特性进行分析,仿真结果表明GFM-S/B可以在电网电压波动时起到无功补偿的作用,增强对电网的弹性支撑能力。

基于STATCOM/BESS强化风机VSG虚拟惯性的协同控制方法

为了解决风电并网系统在频率波动时缺乏足够的频率支撑能力这一问题,在风电机组主控引入虚拟同步发电机(VSG)算法,采用储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)为风电机组的旋转动能提供能量来源以强化系统的虚拟惯性。根据频率偏差与频率变化率,在考虑蓄电池(BESS)荷电状态的情况下,调整STATCOM/BESS工作模式,以实现虚拟转动惯量的自适应变化。通过对风机VSG构造的小信号模型进行分析,确定了虚拟转动惯量的整定原则,进一步给出了BESS容量配置的合理范围,并结合经济性说明BESS容量配置的优化方法。利用PSCAD/EMTDC得到的仿真结果表明,所提的方法能有效改善频率的动态响应,提高风电并网系统的频率支撑能力。

提高STATCOM/BESS风电系统频率与电压支撑的智能联调优化控制方法

针对风电并网系统运行中负荷突变引起的频率波动和并网点电压的骤升/骤降问题,提出一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的频率与电压智能联调优化控制方法,该方法在具体实施过程中分为实时监测层、动态决策层和执行控制层3层,各层之间紧密联系,形成可靠闭环。首先,在实时监测层,基于风速分区与模糊控制判断风机的调频能力、系统有功需求及无功需求;其次,在动态决策层,综合考虑惯性常数和并网点电压,结合风机无功可调范围,动态优化有功、无功分配策略;最后,在执行控制层,风电机组与STATCOM/BESS对功率指令进行控制执行,STATCOM/BESS强化虚拟惯性时,考虑蓄电池(BESS)荷电状态,基于反馈动态调整其工作模式,控制结束后将相关参数及时反馈。仿真结果表明,基于STATCOM/BESS的风电系统智能联调优化控制可有效改善频率与电压的动态响应,提高频率与电压支撑能力。

基于STATCOM/BESS的风火打捆系统次同步振荡抑制研究

基于高压直流输电(HVDC)技术将风电与火电打捆运行已成为解决远距离输电需求的一种可行方案。为解决风火打捆经直流送出系统的次同步振荡问题,提出了一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的抑制方法。首先对 STATCOM/BESS 抑制次同步振荡的机理进行了分析;其次,基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)设计出 STATCOM/BESS 关于风火打捆系统的次同步振荡抑制方法,在 STATCOM/BESS 电流内环控制回路上附加阻尼控制抑制多模态振荡,并采用改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对附加阻尼控制器参数进行协调优化。最后,基于 PSCAD/EMTDC 平台搭建了含 STATCOM/BESS 接入的风火打捆经直流送出系统仿真模型,对所提抑制方法的有效性进行仿真验证,结果表明该方法能有效抑制风火打捆系统中的次同步振荡问题,提高系统的稳定性。

基于改进比例控制的STATCOM/BESS直流侧功率动态分配方法

在静止无功补偿器的直流侧并联蓄电池储能系统,可以解决微电网中因可再生能源发电波动性引起的供电质量降低的问题,当静止同步补偿器直流侧并联多个蓄电池储能系统时,为了均衡直流侧各个蓄电池储能系统的功率,提出了一种基于改进比例控制的直流侧功率动态分配方法。该方法以各个储能单元的荷电状态平均数为控制目标,对各个储能单元实时的So C采用一种可变比例系数控制,其控制量决定各个储能单元功率分配,可以实现So C较高的模块在放电时输出较多功率。同时So C较低的模块在充电时吸收较多功率,还可以在系统只输出无功功率时实现So C较高的模块给So C较低的模块充电。结果表明:在动态功率均衡控制中通过在线改变比例系数,可以有效地提高模块的利用率,快速完成模块之间的功率均衡。最后,仿真和实验结果验证了所提控制方法的正确性。

基于P-DPC的STATCOM/BESS微电网协同控制策略改进

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(简称STATCOM/BESS)因其具有无功补偿和有功调节的协同控制作用而在分布式微电网中得到了广泛应用.传统上所采用的将功率预测和直接功率控制相结合(P-DPC)的控制策略通常是将无功功率置零从而简化控制算法,结果会对STATCOM/BESS装置的无功输出影响较大.为了改善STATCOM/BESS装置的无功功率输出,在考虑无功功率这一变量的基础上重新推导了P-DPC控制算法,并且采用二阶拉格朗日插值算法代替传统的线性插值算法提高参考功率预测精度.通过仿真验证,结果证明该优化控制算法能使得STATCOM/BESS装置在微电网中能够快速调节功率且具有更好的功率跟踪控制.

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的概况综述

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(STATCOM/BESS)可以快速补偿系统所需要的有功功率和无功功率,可以灵活地解决电力系统中的一些电能质量问题,并且也可以平抑新能源发电的波动性。本文主要针对STATCOM/BESS中各种类型直流侧储能电池接入方式、主电路拓扑结构及其在电力系统中的应用进行总结分析。

基于DPC控制策略的STATCOM/BESS装置研究

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(STATCOM/BESS)在解决快速补偿系统所需要的有功功率和无功功率、灵活平抑新能源发电引起的供电波动等问题中是非常重要的装备。直接功率控制(Direct Power Control,DPC)是瞬时功率理论的另一种表现形式,它无需借助其他变量,对有功功率和无功功率直接进行控制。文章主要对STATCOM/BESS装置DPC控制策略和控制算法进行了理论分析,并将DPC控制策略及基于空间矢量调制的直接功率控制策略(Direct power control with space vector modulation,DPC-SVM)运用到系统中,在Matlab/Simulink中进行仿真分析。

基于光伏STATCOM/BESS装置的边缘物联终端控制策略研究

由于光伏发电本身具有随机性和波动性,在其并入大电网过程中容易引起较大冲击,造成电网频率、电压等指标的波动,影响电网安全运行。采用带有蓄电池(BESS)的柔性交流输电装置(STATCOM)来补偿光伏并网过程出现的问题。针对STATCOM/BESS装置传统直接控制策略(DPC)存在的不足,提出一种基于电压空间矢量技术(SVPWM)与预测直接功率控制(P-DPC)相结合的控制策略。该策略针对以往策略对无功补偿的不足,在控制指标里加入了无功功率,重新推导了STATCOM交流侧电压表达式;在功率预测时为减小误差,引入埃米尔特插值法(Hermite)进行功率插值;采用SVPWM技术完成三相桥臂导通状态的判断,避免引入电流谐波,降低对开关器件的损耗。Matlab/SimuLink仿真结果表明,所提策略与传统直接功率控制策略相比,具有更快的动态响应速度,以及较准确的功率追踪精度。

基于Z源逆变器的STATCOM/BESS控制策略研究

将基于Z源逆变器的STATCOM与电池储能系统(BESS)通过双向DC/DC变换器相结合,实现了有功功率和无功功率的同时补偿。针对传统电压源型逆变器效率低、抗电磁干扰能力差且需加入死区等缺点,采用Z源逆变器STATCOM可有效解决上述问题。在分析其工作原理的基础上,推到了基于同步旋转坐标系的STATCOM离散化数学模型,设计了无差拍电流内环离散控制器和外环控制器,顺利实现了有功、无功的解耦控制,具有控制简单、控制精度高,鲁棒性强等优点。为了保证BESS安全充放电的稳定运行,提出一种新型的BESS充放电控制策略:外环采用恒功率、恒压和涓流切换控制,内环采用电感电流为控制目标。最后,仿真和实验结果验证了所提出的上述控制策略的正确性和优越性。

STATCOM/BESS无差拍功率控制方法

将蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,简称BESS)通过DC/DC变换器接到静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,简称STATCOM)的直流侧,不仅可以补偿系统所需要的无功功率,还可以实现有功功率的调节。将无差拍功率控制应用到STATCOM/BESS的控制中,可以实现在静止坐标系下的有功功率和无功功率的控制,并将储能侧的功率前馈到STATCOM侧,可以降低直流电压的波动。最后搭建了实验平台,实验结果证明了STATCOM/BESS采用控制方法可以实现四象限补偿,并降低了直流侧电压的波动,具有一定的理论价值和实际意义。

基于STATCOM/BESS的DFIG并网风电场无功控制策略

针对新能源大规模并网存在的系统稳定性问题,分析DFIG机组的无功补偿能力,在DFIG并网系统中引入了蓄电池储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS),提出一种利用STATCOM/BESS维持DFIG风电并网系统功率及电压稳定性的方法。该方法在传统STATCOM无功补偿的基础上,将蓄电池储能并联在其直流侧,可以快速、平滑地调节风电场输入并网点的有功功率并支撑系统电压稳定,能够达到削峰平谷的作用。对DFIG、STATCOM、STATCOM/BESS在系统发生三相接地故障时的无功补偿能力进行试验对比,结果表明装设STATCOM/BESS的系统电压跌落最小,且恢复速度最快、补偿效果最好。

基于损失特征矩阵的CHB-BESS模块间接地故障诊断

模块间接地故障是H桥级联型电池储能系统(cascaded H bridge based battery energy storage system,CHB-BESS)的易发故障,快速诊断故障位置对减少故障损失至关重要。模块间接地故障的故障特征主要体现在零序电流上,会受到接地过渡电阻的影响。为实现接地过渡电阻不确定情况下,故障模块位置的快速准确鲁棒定位,本工作提出了一种基于损失特征矩阵的快速故障诊断方法。首先,本工作建立了零序等效电路模型;然后,将零序电流模型离散化;接着,提出基于损失特征矩阵的定位方法,该方法使用拓扑矩阵描述故障位置和过渡电阻的遍历信息,基于离散化模型来遍历计算零序电流,将计算结果与测量结果的偏差记录在损失特征矩阵中,通过偏差最优解确定故障位置;其次,本工作证实了故障定位问题作为最优化问题具有最优解唯一性,偏差最优解在接地过渡电阻不确定的情况下可获得准确的故障发生位置;最终,基于最优解唯一性提出了最优化计算的加速方法。实测表明,所提方法的平均定位误差仅为0.2个子模块,在接地过渡电阻较大范围不确定的情况下实现了准确定位,并且所提加速方法显著提高诊断速度。

含大规模新能源的电力系统STATCOM选址及容量优化

为了改善含大规模新能源电力系统电压稳定性,针对大电网系统提出了一种基于分区优化的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)动态无功多目标选址定容方法。提出了一种基于电气距离和暂态电压特性的分区方法,能够有效地考虑电力系统拓扑结构、线路参数以及励磁系统参数和稳定器参数等对电力系统分区的影响;采用电压控制指标辨识STATCOM最优安装节点;构建了包含投资成本、静态电压稳定指标和暂态电压严重性指标的多目标动态无功规划模型;采用基于自适应协方差矩阵和混沌搜索的多目标群搜索优化算法和熵权理想度排序法对多目标无功规划模型进行求解和决策推理。对所提方法在某省级规划电网中进行了测试,仿真结果表明,优化后的STATCOM配置方案能够有效改善电力系统静态和暂态电压稳定性。

储能型STATCOM的优化电压支撑控制策略

针对高压直流输电系统受端换流站发生接地故障时暂态电压失稳问题,提出一种综合故障检测与有功无功输出的储能型链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)控制策略。储能型STATCOM具有功率四象限运行能力,通过协调装置输出的有功、无功功率可以优化电压支撑效果。首先,改进了故障检测方法,采用双重检测快速判断故障起止时刻。其次,在故障期间控制储能型STATCOM输出一定量的有功功率,可以有效抑制受端连续换相失败,抬升交流电压最低值。同时,对无功功率进行控制切换,避免故障清除后无功回撤不及时导致的受端暂态过电压问题。在PSCAD/EMTDC仿真平台的CIGRE标准系统中对所提电压支撑控制策略与储能型STATCOM常规控制进行对比。结果表明,在不同故障场景中,所提控制策略均能达到更好地电压支撑的效果。

相角前馈改善STATCOM直流电压控制的分析与仿真

STATCOM是应用非常广泛且被长期研究的灵活交流输电装置,STATCOM性能的提升和成本的降低一直是研究的重点和热点。在分析基于派克坐标变换的三相锁相环鉴相器输出特性的基础上,提出了具有相角瞬时跟踪特性的三相锁相环,改进STATCOM直流电压的暂态性能,以期通过减少直流电容容值、增加直流电压来提升直流电容或IGBT等部件的利用率。在PSCAD软件中分别搭建了三相桥STATCOM和链式级联STATCOM的等值仿真系统。系统地仿真并分析了无功电流指令的跃变,电网电压幅值、相角和频率的跃变等小扰动工况和电网发生短路故障的大扰动工况。仿真分析对比的结果表明,如STATCOM公共连接点电压相角在扰动过程中有显著变化,则新方法的直流电压控制特性显著优于传统方法,无功功率响应速度也略有提升,且能明显降低直流电容的电气应力。

基于电压重注式STATCOM的控制策略研究

随着电力电子器件的制造水平不断提升和人们对电能质量要求越来越高,基于电压重注式变换器的静止同步补偿器(STATCOM)动态响应速度快,不需要滤波装置且输出电压谐波含量较低,并且适用于高压大功率的输电系统。直流电压重注式STATCOM的主电路重注拓扑结构由两个三相全桥串联和附加的重注支路构成,重注支路采用级联H桥结构。重注电压产生过零区间能够实现三相全桥开关零电压通断,设计了重注支路脉冲序列构成方法并提出改进循环逻辑触发时序,仿真表明重注支路在特定的循环触发脉冲作用下可以有效抑制重注式级联H桥中电容电压不平衡。利用仿真平台验证了该变换器在过零关断、消除谐波等工作特性方面的优点。把无功电流作为直接的控制命令,建立闭环控制系统,验证该STATCOM在高压大功率系统中能够有效降低谐波含量和开关频率,提高装置和系统的运行可靠性,特别适用于高压大功率环境。

大容量STATCOM与弱受端直流VDCOL协调控制策略优化研究

由于弱交流系统电压对无功功率变化极为敏感,换流站内静止同步无功补偿器(static synchronous compensatory,STATCOM)与直流的控制若协调不当,故障后直流功率过快恢复会引起换流站的无功功率失衡、电压畸变、连续换相失败等严重问题,对直流稳定运行产生较大影响。分析了落点弱交流系统故障后直流的恢复问题,提出了一种STATCOM与直流系统的电压指令限制单元(voltage dependent current limiting,VDCOL)综合优化的方法,搭建了STATCOM与直流联合运行的RTDS仿真模型并开展仿真与现场实验验证。结果表明所提出的优化方法可限制故障后直流电流超调,减少无功功率消耗。同时直流恢复时间适当延长以及STATCOM的有效配合有利于交流电压恢复和减少后续换相失败风险,对提高弱受端交流系统中直流稳定运行的效果明显。

考虑STATCOM多种控制模式的无功储备优化方法

针对静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在无功补偿以及抑制电压频繁波动等场景下的优良特性,对STATCOM的V-I输出特性进行详细分析,说明其参与电压控制的原理以及和容抗器相比具有的优越性。为了增大STATCOM的无功裕度,使之有足够的能力应对电力系统可能出现的各种扰动,提出STATCOM接入系统的各种控制模式,以及在稳态电压控制模式下的无功置换策略和远方自动电压控制(automatic voltage control,AVC)模式下的无功置换优化方法。在远方AVC模式下,以STATCOM无功置换后出力最小和容抗器动作次数最少为目标函数,将容抗器投切次数作为罚函数引入到目标函数中,并讨论罚函数系数的确定方法和合理性。结果表明,该无功置换优化模型可以满足调压的同时最大限度地提升STATCOM的无功裕度,同时可以使容抗器的动作次数最少。

级联STATCOM 直流侧电容电压失衡分析

在托卡马克磁体电源系统运行过程中,发现其对应的无功补偿装置级联静止同步补偿器(STATCOM)各相链节间存在直流侧电压失衡的现象,且随着补偿电流增大。这一失衡程度有增大的趋势,这一问题会影响装置的稳定可靠运行,严重时会直接导致装置停止运行。通过建立STATCOM的电路模型,结合其电路模型建立了相应的数学模型,研究了电网谐波、电容容量、损耗以及脉冲触发延时对电容电压失衡的影响。通过MATLAB/Simulink仿真软件验证,发现电网谐波、电容容量差异、开关触发脉冲延时差异、并联型损耗差异以及混合型损耗差异是造成STATCOM直流侧电容电压失衡的重要原因。