基于功率切换模型的三相VSC切换控制方法

三相电压源变换器(voltage source converter,VSC)工作过程可视为在不同开关状态(即不同子系统)下的切换,是一种典型的切换系统。基于切换系统理论,提出一种三相电网平衡条件下基于功率切换模型的三相VSC切换控制策略。相较于传统基于线性化模型的三相VSC控制方法,所提方法具有模型精确无近似,控制参数少,控制器实现简单,无需复杂的坐标旋转变换和脉冲宽度调制过程,对于电路参数不确定具有强鲁棒性等优点。相较于传统基于电流切换模型的三相VSC切换控制策略,所提方法具有模型更便于系统分析与切换规则设计且提升了系统延迟条件下系统稳定性等优点。仿真及实验比较结果证明了所提方法的有效性及优越性。

VSC-HVDC系统宽频振荡z域阻抗判据研究

为了深入分析VSC-HVDC(基于电压源换流器的高压直流输电)系统宽频振荡失稳的机理并快速准确评估系统的稳定性,提出一种基于z域阻抗的建模方法和稳定性判据。首先,基于精确离散化的方法,分别建立了考虑锁相环、电流内环和电压前馈控制的电压源型变流器z域阻抗模型,以及交流电网在全局坐标系下的z域阻抗模型。然后,基于盖尔圆定理提出广义禁区判据,分析了锁相环和线路阻抗对系统稳定性的影响。最后,搭建VSC-HVDC仿真系统进行分析,证明了所提广义阻抗判据的有效性。

基于VSC的功率双向交直流互联系统直流侧阻抗特性分析及重塑

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的交直流互联系统因其接入灵活、电能转换高效得到越来越广泛的研究和应用。但高比例新能源接入、高比例电力电子化的特征会带来稳定性问题,系统的不同功率流向也会造成系统直流侧稳定性的差异。为研究与提升基于VSC的交直流互联系统的直流侧稳定性,该文综合考虑功率双向流动、锁相环(phase-locked loop,PLL)、电压和电流控制环以及电网阻抗等影响因素,建立VSC的直流侧导纳模型,通过解析分析VSC直流侧导纳特性,揭示系统失稳风险来源,并提出基于二阶微分环节的直流电压前馈控制方法重塑VSC直流侧阻抗,以提升交直流互联系统的稳定性。最后,在控制硬件在环(control-hardware-in-loop,CHIL)实验平台中构建基于VSC的交直流互联系统,通过实验验证对交直流互联系统直流侧阻抗特性分析的正确性及所提出阻抗重塑策略的有效性。

MEASUREMENT METHOD AND PHYSICAL MODEL OF VSC CONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS IN CONDUCTING POLYMERS

Method of VSC (Voltage Shorted Compaction)can be used to determine the intrinsic temperature dependence ofconductivity ofpolycrystalline compaction. The experimental conditions and technical key for preparation of VSC device and its physical model as well as its applications in conducting polymers are discussed in detail.

风电场并网用VSC-HVDC的无差拍解耦控制策略

阐述了利用电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)用于风电场并网的趋势,给出该方式的基本拓扑结构并建立了VSC-HVDC换流站的通用动态数学模型,提出了一种新的适用于VSC-HVDC系统的无差拍解耦控制策略。该控制策略通过将三相系统在dq坐标系下的解耦特性与abc坐标系下的无差拍控制算法的有机结合,实现了对VSC换流站各控制输出量的解耦控制,不仅具有控制算法简单、计算量小、计算速度快、跟踪精度高和动态响应速度快等优点,而且易于设计。为验证该无差拍解耦控制策略的有效性,应用Matlab/Simulink搭建了一个三电平VSC-HVDC系统用于风电场并网,并进行了系列仿真实验研究。仿真结果表明,所提出的无差拍解耦控制策略为风电场的VSC-HVDC并网控制提供了一种高性能的解决方案。

3电平VSC-HVDC系统模型预测控制策略

为提高现有电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统运行性能,提出了一种3电平VSC-HVDC系统模型预测控制(model predictive control,MPC)方案。该方案采用遍历法预测所有开关状态对应的换流器未来系统状态,选择使目标函数最优的开关状态,并将该最优开关状态作用于实际换流器系统。为了减少开关损耗需要降低开关器件动作频率,为此在目标函数中引入降低开关频率目标项,在兼顾控制性能的同时有效地降低开关器件动作频率。与传统电压定向控制策略相比,所提控制策略具有动态响应迅速、处理多目标控制灵活且无需调制模块等优势,这些优势在基于Matlab/Simulink软件进行的仿真中也得以验证。

向无源网络供电的VSC-HVDC离散模型及其控制策略

推导了在dq同步旋转坐标系下电压源高压直流输电(VSC-HVDC)系统的离散化数学模型,针对向无源网络供电的VSC-HVDC系统设计了相关的离散化控制器。基于换流器离散化数学模型,整流侧控制器采用定直流电压和定无功功率控制器;逆变侧控制器则采用定交流电压控制器,对无源网络的交流母线电压实现控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC向无源网络供电的数字仿真模型及其离散化控制器。在各种工况下的仿真结果验证了所设计的离散模型的正确性以及控制策略的有效性。

基于遗传算法的VSC-HVDC控制系统PI参数优化

针对采用直接电流控制策略的电压源换流器(voltage source converter,VSC)控制系统比例积分(PI)参数难以选取的问题,提出了一种优化外环PI控制器参数的方法。首先建立解耦后的外环参数整定模型,然后基于时间乘绝对误差积分(integral of time multiplied by the absolute value of error,ITAE)准则构造PI参数优化的性能泛函,针对此最优控制模型的特点,论文采用遗传算法进行求解,在PSCAD搭建VSC-HVDC模型进行仿真验证。

多端VSC-HVDC系统交直流潮流计算

电压源换流器VSC(VoltageSourcedConverter)与传统高压直流输电(HVDC)换流器在物理模型和工作原理上有本质区别,因此传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC构成的多端直流输电系统VSC-MTDC(VSCMulti鄄TerminalHVDC)中直接使用。首先描述了MTDC潮流计算的数学模型,随后在综合VSC工作原理及控制方式的基础上,推导了适用于VSC-MTDC潮流计算的VSC数学模型。进而由换流器控制量M(调制度)和δ(PWM相位角)的不同组合,列出了4种运行控制方案,并针对每种控制方案给出了其交直流潮流交替求解的接口方程。最后以一含3个VSC的系统为例,对其中1个VSC的不同运行控制方案进行潮流分析,结果表明采用交替算法的潮流算法交直流接口简单清晰、程序编写方便且通用性好。

交直流配电网中VSC无模型自适应控制器

通过对IEEE13节点配网模型进行改造,设计了能够提高城市供电可靠性和提升供电电能质量的交直流配电网模型。同时为了防止多端直流输电过程中交流系统故障引起直流母线电压波动造成系统失稳的现象发生,设计了基于无模型自适应技术的电压源型变换器(VSC)。利用无模型自适应控制技术不需要控制系统数学模型就可以达到良好控制效果的优势,解决了供电系统交流侧发生故障时,由于系统参数变化过大传统PID调节器不能达到预想控制效果的问题。通过对系统常见异常运行工况的数字仿真分析,验证了所设计的无模型自适应控制器的有效性以及交直流配电网模型的合理性。

基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计

为了检测和分析风电场中风速等一系列可变因素对VSC-HVDC系统的影响,从而优化大型海上风电场结构,提出了一种新型的VSC-HVDC模型——无开关VSC-HVDC相量模型,可以通过调制量来反馈控制系统。在此基础上,结合各种策略的优缺点,选择一种有效地控制策略进行控制器的设计,以实现系统的控制。分析电网侧交流电流和直流电压的所需控制策略,优选出了dq电流控制和PI电压控制作为最佳控制策略,通过对内环外环控制器的参数计算和调节来达到设计要求。Matlab搭建出的模型仿真结果表明,建立的无开关VSC-HVDC相量模型控制策略的选用和控制器的参数设计具有适用性和合理性。

LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。

适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制

针对风电并网的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统的传统双闭环控制策略存在控制结构复杂、PI参数较多且难以整定、响应速度慢等问题,提出适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制策略。为了提高风电场母线交流电压的控制精度,风电场侧换流器(WFVSC)采用基于优化模型预测的定交流电压控制,提出滞后补偿两步预测法,并将模型预测控制与脉宽调制(PWM)技术相结合,求取2个控制周期内调制波的最优解,然后经过调制单元生成开关信号作用于WFVSC。网侧换流器(GSVSC)采用有限控制集模型预测功率控制,基于GSVSC的离散数学模型,利用代价函数遍历寻优找出使代价函数最小的开关状态组合作用于GSVSC。基于所提模型预测控制的VSC-HVDC系统具有良好的稳态性能、动态性能和故障恢复性能,能为风电场提供稳定的交流电压。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

海岛VSC-HVDC输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法

在向海岛无源网络供电的VSC-HVDC输电系统中,由于逆变站的恒功率特性,以及整流站与逆变站间直流侧阻抗交互的影响,易使VSC-HVDC输电系统的直流侧发生振荡甚至失稳。对此,该文针对整流站提出了一种虚拟阻感性阻抗稳定性控制方法,能有效抑制VSC-HVDC输电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站向海岛负荷供电的动态性能。基于所提控制方法,建立了海岛VSC-HVDC输电系统的小信号直流阻抗模型,其包括整流站输出阻抗模型、直流电缆阻抗模型和逆变站的输入阻抗模型。根据Nyquist判据和伯德图揭示了整流站采用传统虚拟电阻稳定性控制在抑制VSC-HVDC输电系统直流侧振荡失效的根本原因：即整流站的等效输出阻抗在电压控制带宽外恶化成负阻性,削弱了系统阻尼。所提振荡抑制方法通过阻感性阻抗的相角超前特性能校正整流站的等效输出阻抗为正阻性,可有效改善系统的稳定性。最后,仿真和实验验证了该文的分析和所提控制方法的有效性。

一种优化协调控制策略在VSC HVDC中应用

随着大功率电力电子技术的发展和可工作在高频率开关状态的完全可控器件(如大功率IGBT,IGCT等)的出现,使得电压源型直流输电(VSCHVDC)成为现实,这种新型的直流输电技术和传统直流输电相比,体现了诸多优点。该文建立了一种适合于研究VSCHVDC基频下的运行与控制特性的VSCHVDC模型,并将该模型方程与电力系统微分代数方程统一起来。在此基础上提出一种VSCHVDC与发电机励磁协调控制策略,在AC/DC交直流混合系统中研究了该控制方式对各自的影响,仿真表明,采用该优化协调控制,发电机和HVDC在系统发生故障或者扰动后都能够快速恢复正常稳定运行,且该控制方式对于系统参数变化具有一定鲁棒性。

VSC-HVDC并网稳态建模及仿真研究

介绍VSC-HVDC的基本原理及其并网的运行机理,分析换流器两侧的功率关系,建立VSC-HVDC系统并网的数学模型,利用灵敏度法则进行解耦分析,从而确定控制器的内部控制关系。建立VSC-HVDC的仿真模型,加入控制策略,仿真分析验证了加入控制策略能够提高系统的稳定性。

基于并网型VSC解耦模型的控制器参数优化

采用解耦控制策略的并网型电压源型换流器(VSC)得到了广泛应用。为了获得一种外环比例积分(PI)控制器参数优化的适用性方法,构建了VSC传递函数解耦整定模型,并在PI控制器初始参数基础上,针对时间乘绝对误差积分(ITAE)目标,采用差分进化算法进行了参数优化计算。结果表明:将内环结构合并到VSC的一阶惯性模型中,简化后有利于构建合理适用的解耦整定模型;对应不同的VSC有功和无功控制方式,该整定模型可分为有功类模型和无功类模型;针对各种VSC运行控制方式,通过相应的解耦整定模型,可分别优化出有功和无功最优控制参数;该参数组合对于整个VSC也是近似最优的。

VSC-HVDC统一电磁暂态模型及其控制策略

为了更好的应用基于电压源换流器(VSC)的新型高压直流输电系统,发挥其技术优势,提出了VSC-HVDC统一电磁暂态模型并进行了其控制策略的研究。交流侧电磁暂态模型是基于d-q同步旋转坐标系下建立的;利用交流侧与直流侧瞬时有功功率相等的原理建立了直流侧电磁暂态模型,且该模型考虑了换流电抗器损耗等因素。利用前馈补偿法设计了解耦控制器以达到分别通过电流d轴和q轴分量来独立调节有功功率和无功功率的目的。利用PSCAD/EMTDC对利用VSC-HVDC连接两端的有源网络以及对无源网络的供电进行仿真试验的结果证明,提出的计算模型及控制策略准确、可靠,对于各种干扰有较好的响应速度和较高的精度。

基于粒子群优化算法的VSC-HVDC系统的控制参数优化策略

建立了双端基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统的小信号模型;利用特征根分析法,基于线性化状态空间模型,将与系统特征根直接相关的振荡模式和衰减模式的罚函数作为目标函数;提出了基于粒子群优化算法的VSC-HVDC系统的控制参数优化策略,对整个系统的控制参数同时进行整体优化。仿真结果验证了小信号模型的正确性;优化后的系统在小扰动、大扰动、潮流反转及故障情况下均具有较高的控制精度,整个系统的稳态与暂态特性均得到较大改善。

VSC-HVDC稳态特性与潮流算法的研究

该文分析了 VSC-HVDC 的稳态功率特性及控制方式;在 VSC-HVDC 稳态模型的基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算的数学模型,并根据 VSC-HVDC 中电压源换流器(VSC)的控制对象大多为交流侧物理量的特点,提出了一种交直流混合系统潮流的交替求解算法:算法中计及了直流变量的约束条件,当混合系统潮流求解过程中无换流器调制度越界,算法可快速收敛,否则将由于交直流系统间相互影响,致使交替求解次数的增加。算例结果验证了 VSC-HVDC 潮流模型的正确性以及交替求解算法的有效性。该算法为进一步研究含有 VSC-HVDC 的交直流电力系统的潮流控制特性奠定了基础。