高渗透率下基于并网逆变器阻抗重塑的锁相环设计方法

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定性。其次,通过分析逆变器系统输出阻抗,说明锁相环所引入的负阻抗是逆变器系统稳定裕度下降的主要原因。鉴于此,该文提出一种新型锁相环设计方法,理论分析表明,所提方法既能够保证高渗透率下锁相环具有高鲁棒性,又能够对逆变器系统输出阻抗进行重塑,有效拓宽系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提新型锁相环设计方法的有效性。

弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

开环同步型单相并网逆变器小干扰建模与弱电网下稳定性分析

单相并网逆变器中,多采用锁相环(phase-lockedloop,PLL)型闭环同步方法,但PLL引入的低频段负阻特性不利于系统稳定性,在电网阻抗较大时并网逆变器易发生严重失稳。对此,国内外广泛开展了PLL优化或替代技术的研究。其中,开环同步(open-loop synchronization,OLS)方法的无反馈结构使得其自身是完全稳定的,近年来得到了较多关注。然而,OLS结构中非线性特性明显,如何获得准确的小干扰线性化模型仍非常困难,OLS型单相并网逆变器在弱电网下的稳定性仍不清晰。鉴于此,重点研究开环同步型单相并网逆变器小干扰建模与稳定性。借鉴谐波线性化思想,提出OLS的线性化建模方法,建立开环同步型单相并网逆变器的输出阻抗模型。在此基础上,讨论OLS型单相并网逆变器的鲁棒性。较大电网阻抗下,采用OLS的开环同步型单相并网逆变器系统仍有良好的稳定性。通过仿真和对比实验验证上述模型的准确性以及弱电网下OLS的适应性。

基于动态磁网络法大型感应电机阻抗参数及起动特性计算

为提高大型感应电机动态阻抗参数及起动特性计算的准确性及计算效率,构建了考虑电机转子转速变化引起气隙磁导变化的非线性动态磁网络模型。以一台6.5 MW大型感应电机为例,分析起动电流变化对电机内各处饱和程度的影响机理,在此基础上,根据磁力线路径及电机内饱和程度确定动态磁网络模型中的非线性磁导的计算方法。将动态磁网络模型与转子趋肤效应模型相结合,提出计及漏磁并考虑转子转速变化及饱和偏移现象的电机动态阻抗参数的计算方法。推导并建立基于转子多回路法的大型感应电机的动态数学模型,根据电机瞬态过程中的电磁耦合关系,确定动态数学模型与磁网络模型的动态耦合求解方法,提出大型电机瞬态过程中考虑电流、转速、饱和及趋肤程度变化的动态阻抗参数及起动特性的计算方法。通过与有限元计算结果及实验结果对比,验证了所提出计算方法的正确性。

采用双二阶广义积分器锁相环的MMC多谐波线性化阻抗建模与分析

与传统单同步坐标系锁相环相比,双二阶广义积分器锁相环(dual ge neralized integrator phase-locked loop,D SOGIPLL)能够在三相电压不平衡、畸变和谐波复杂情况下快速、准确锁相。然而,目前鲜有关于采用DSOGI-PLL的模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)阻抗模型。基于多谐波线性化法建立了采用DSOGI-PLL的MMC阻抗模型,并验证了所建立模型的准确性。基于此模型,分析了控制参数对MMC阻抗特性的影响,并对比分析了接入不同强度电网时的系统稳定性。结果表明,与传统锁相环相比,DSOGI-PLL特有的阻尼系数会对MMC阻抗特性产生影响,阻尼系数的减小有利于提高系统稳定性,在其他控制器参数变化或电网强度变化导致并网MMC不稳定时,可通过减小阻尼系数使系统达到稳定状态。

构网型变流器多环控制阻抗建模与稳定性分析

构网型变流器的控制方式按照是否存在电压电流控制双环可以分为只含有功率控制环的单环控制和含有功率控制环和电压电流控制双环的多环控制。两种控制方式并网运行特性在不同频段有较大区别。该文首先建立考虑电压电流解耦控制双环的构网型变流器多环控制序阻抗模型,对比分析两种控制方式对变流器输出阻抗的影响;其次针对加入电压电流控制双环造成的低频相位裕度不足问题,提出引入虚拟阻抗方法提高变流器并网稳定性;最后利用仿真与实验验证了稳定性分析的准确性。

基于锁相环与电流环解耦的并网变换器稳定性控制策略

在弱电网中,并网变换器的锁相环会与电流环产生动态交互进而引发小信号(或谐波)失稳问题。为了解决这一问题,利用小信号建模方法建立了并网变换器等效阻抗模型,并在此基础上将变换器阻抗模型与系统稳定性判断方法相结合,利用极点变化轨迹以及Bode图分析了弱电网工况下并网变换器的失稳机理。针对多输入多输出系统,在考虑多环耦合的同时,提出了一种基于数字滤波器的有源阻尼控制策略,3种不同类型的滤波器分别被用于控制系统的稳定性,提高系统稳定裕度。所提出的控制方法能实现锁相环与电流环的之间的解耦,有效抑制多环耦合。同时,给出了控制策略具体的实现方案、参数设计方法,并分析了控制策略对多环耦合部分的影响。另外,为了研究不同工况下所提控制策略的有效性,分析了不同电网强度、锁相环带宽和电流环带宽下采用所提控制策略的系统稳定裕度,并将其与传统控制方法进行了对比。最后,仿真和硬件在环实验结果验证了所提理论的正确性。

弱电网下LCL型并网逆变器输出阻抗复合重塑策略

针对电网电压比例前馈和锁相环(PLL)影响下,电网阻抗宽范围变化时易导致并网逆变器失稳的问题,首先建立了考虑电网电压比例前馈和PLL影响的并网逆变器输出阻抗模型,借助阻抗稳定判据对系统稳定性进行了分析;然后提出一种基于电网电压前馈的复合阻抗重塑策略,通过在电网电压比例前馈环节串联低通滤波器以及加入消除PLL影响的电网电压前馈支路,重塑并网逆变器输出阻抗;最后通过仿真和实验验证所提阻抗重塑策略能够有效提升并网逆变器在电网阻抗宽范围变化情况下的稳定性,改善并网电流质量。

基于智能电能表量测数据的低压供电线路健康状态评估

针对低压台区长期运行的供电线路存在老化等异常情况,文章提出了基于回路阻抗变化的低压供电线路健康状态评估方法,所提方法通过计量装置自动采集各电力数据节点的电压电流数据,根据其中电压和电流的突变情况来计算线路回路阻抗,进一步得到对应线路的回路阻抗特性情况,然后与被检测线路的正常阻抗数据进行比较,经过相应的数据处理绘制阻抗变化曲线,由线路阻抗变化情况来对其进行健康状态评估。最后,通过有关实例分析验证了该方法的有效性。

计及频率耦合的单相并网逆变器阻抗建模及稳定性分析

随着可再生能源渗透率的提高,电力电子变流器与大电网间的相互作用引发的振荡事故频发。为了研究新能源并网引发的振荡特征,本文通过实信号与复向量的联系解释了计及锁向环(phase⁃locked loop,PLL)影响时单相并网逆变器产生单频率扰动电压输入,双频率扰动电流输出的原因,并进一步解释了弱电网下产生频率耦合现象的机理,建立了自导纳和互导纳模型,进而推导出逆变器等效输出导纳,最后通过MATLAB/Simulink搭建模型进行仿真,验证了自导纳和互导纳模型的正确性,且最终给出的逆变器等效输出阻抗可根据奈奎斯特稳定判据准确判断系统稳定程度。

串补电容对锁相环主导下变流器振荡问题的影响分析

串联电容补偿技术在电网中被广泛应用,然而串补电容的动态特性对锁相环型变流器的稳定性有重要的影响。为分析此影响,在极坐标下建立变流器经串补并网系统的阻抗模型,并导出考虑串补电容的广义阻抗判据。在此基础上,阐明了串补电容与锁相环的动态耦合以及相应的稳定机制。进一步地,分析了电网强度、串补度和锁相环参数变化对系统稳定性的影响,并提出基于广义阻抗判据的锁相环参数设计方法,以提升变流器经串补并网系统的稳定性。研究表明变流器经串补并网后容易恶化弱电网下锁相环主导的次同步振荡问题,且提升锁相环比例增益可显著增强串补并网系统的稳定性。

计及背景谐波的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

电网在运行时电压不可避免地含有一些附加的背景谐波成分,背景谐波的存在会使当电力电子装置与电网并网运行时,可能引起并网电流的波形畸变,同时会对电网的安全性、稳定性以及运行效率带来不良影响。针对此问题,先构建三相LCL型并网逆变器系统的阻抗数学模型,并深入探究电网电压波动对并网电流的具体影响机理;然后设计了一种电网电压全前馈抑制方法,用以减轻电网中背景谐波电压对并网电流造成的不利影响;最后进行了仿真验证,在加入策略后并网电流谐波含量从7.03%降到了1.46%。表明采用的电网电压全前馈抑制方法可有效地减小逆变器因电网背景谐波而产生的输出电流的影响,可有效抑制并网系统可能出现的谐振问题。

基于电压矩阵的跟网变流器无锁相环控制的本质特征与提升策略

弱电网下跟网变流器由于锁相环引起的负阻特性容易造成振荡现象。针对锁相环的提升策略已有较多研究,其中,基于电压矩阵的同步控制策略因其不存在锁相环受到广泛关注,但关于其稳定性缺乏严格的理论证明。文中分析表明,基于电压矩阵的无锁相环控制策略本质上是基于并网点电压反正切计算的开环定向方式,虽然去除锁相环但不能提高稳定性。因为该策略并没有降低电压扰动给电流控制带来的负阻特性,所以如何降低并网点电压扰动对于电流控制的影响是提升弱电网下跟网变流器稳定性的关键。因此,提出自适应带通滤波器来降低同步环节的带宽,从而提升跟网变流器在弱电网下的稳定性。最后,通过阻抗模型和实验结果验证了理论分析的正确性和所提策略的有效性。

直流母线小电容永磁同步电机驱动系统网侧电流谐波抑制策略

直流母线采用小电容永磁同步电机驱动系统具有降低成本和延长运行寿命的优势。但在系统运行时网侧电流中存在大量的谐波,这将会影响网侧电流质量。为了改善小电容永磁同步电机(PMSM)驱动系统的网侧电能质量,该文提出一种基于阻抗重塑的有源阻尼控制方法,以抑制网侧电流谐波。通过对驱动系统进行建模,分析影响网侧电流谐波的因素,建立母线电流与网侧电流的数学关系。采用有源阻尼控制方法,提取母线电压谐波信号,以最优电压补偿的方式构建反馈回路,重塑驱动系统的特定频率处的等效阻抗,以实现网侧电流谐波的改善。同时,为了抑制电压补偿模块对电流内环扰动的影响,设计电流环级联双频陷波器,并通过系统极点图进行了稳定性分析。仿真结果和实验分析验证了所提控制方法的有效性。

热压作用下新风系统水力工况分析方法研究

热压作用导致通过竖直立管送风的空调新风系统水力失调且并联管路阻力不平衡,无法计算管网阻抗及进行水力工况分析,针对该问题提出了适用于热压作用下的新风系统水力工况分析方法。该方法将整体管网看作并联的各末端通风支管虚拟闭合环路,求解压阻平衡方程组,拟合了各闭合环路与管网的特性曲线方程,确定了虚拟闭合环路阻抗,实现了热压作用下管网流体流动及流量分配规律的描述。计算中考虑了管网流量与摩擦阻力系数、局部阻力系数的耦合关系。以某办公楼新风系统为例,利用环路阻抗方法对热压作用下管网的水力工况进行了分析,其计算结果与方程组迭代计算结果相吻合,表明了所提方法的准确性。

井下NFC天线的研究及仿真分析

为实现井下复杂环境中的近场通信,首先用三维有限元电磁仿真软件对铁氧体天线结构进行建模仿真,结果表明:线圈半径、导线半径、天线间距对天线正向传输系数的影响较大,铁氧体相对磁导率的影响较小。其次,为探究井下环境对天线传输性能的影响,用阻抗匹配工具对天线进行阻抗匹配,并建立带钻井液介质的金属钻具模型,结果表明:井下金属环境导致正向传输系数衰减3.3dB;钻井液电导率从0S/m增加到2S/m后,正向传输系数衰减8.2dB。将天线仿真模型与相同参数的实物模型进行对比,结果表明基本模型正向传输系数误差小于0.3dB,扩展模型正向传输系数误差小于5.5dB,仿真结果与实物测试结果具有一致性,可指导井下NFC天线设计。

农网台区线路异常的自适应DBSCAN-PNN诊断方法

新型电力系统建设背景下,线路异常诊断对于实现农网台区的线损管理和线路健康状态评价意义更为显著。针对当前农网台区缺少数字化线路异常诊断手段的问题,提出了一种基于自适应DBSCAN-PNN的农网台区线路异常诊断方法。首先,获取异常用户的虚拟回路阻抗计算结果;其次,采用K近邻方法自适应选取DBSCAN参数,并结合各类阻抗异常形成的专家先验知识规律,构建典型农网台区线路异常样本数据集;进一步将样本数据集按照一定的比例拆分为训练集和测试集,送入PNN分类模型中进行训练与测试,输出典型异常分类结果。最后,以某地区4类典型异常案例为基础进行案例分析,结果证明该方法异常诊断准确率能够快速实现典型农网台区线路异常诊断的快速精准识别,辅助支撑农网台区线损的精益化运维管理。

基于q轴阻抗重塑的并网逆变器稳定控制策略研究

随着可再生能源装机容量的增加,电网呈现出大电网阻抗的弱电网特性。通常逆变器通常通过锁相环(phase-locked loop,PLL)获得电网同步信息,为了抑制电网电压的背景谐波和幅值干扰,还需要进行电网电压前馈(grid voltage feedforward,GVF)控制。PLL和GVF引入的负面效应将导致逆变器在弱电网下不稳定。因此,本文提出了一个阻抗控制器,用于在低频段将q轴阻抗重塑为正电阻,解决了PLL和GVF造成的系统不稳定问题。

微电网中三相逆变器孤岛运行控制技术

分布式电源通常采用无互联线的传统"功率–电压–电流"三环下垂控制器来实现并联系统间的功率均分,但采用三环下垂控制不仅控制器复杂,而且其控制效果受连线阻抗阻感比影响严重。尤其是在线路短、阻抗小的微电网系统中,过小的连线阻抗会严重影响功率均分效果甚至会导致系统不稳定。为此设计一种基于虚拟阻抗的"电压–电流"双环下垂控制方法,使并联系统在连线阻抗很小且不对称,传统功率下垂控制方式已不能稳定工作的情况下,仍然能够维持良好的电流均分效果。对比传统三环下垂方法,其具有稳定裕度大,动态响应快,实现简单等特点。最后在理论分析的基础上进行实验研究,通过与三环下垂控制方式的对比,验证了双环下垂控制的有效性。

成碧线220kV可控串补系统的控制策略和系统试验

采用可控串联补偿(TCSC)可以提高长距离弱联系系统的电网输送能力、阻尼系统低频振荡、提高系统稳定性。合理的控制策略能使TCSC产生更有效的作用。成碧线220kV的TCSC系统控制策略主要针对电力系统的暂态稳定和阻尼振荡2个阶段进行设计,其控制器主要由阻抗控制环节、阻尼控制环节、暂态稳定控制环节以及保护环节、延时环节组成。系统试验证明:成碧线220kV的TCSC装置能够平滑、快速地进行阻抗调节,有效阻尼系统低频振荡,提高系统稳定性。