一种风电场经VSC-HVDC并网的VSG变参数负荷频率控制策略

风电的大规模并网导致系统等效惯量下降、不确定性增加,给电力系统的负荷频率控制(loadfrequency control,LFC)带来新的挑战。考虑到柔性直流输电系统(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)具有的潜在调频能力,对此展开研究,针对风电场经VSC-HVDC并网的情形提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)变参数负荷频率控制策略。首先,在风电场经VSC-HVDC并网的LFC模型及拓扑结构分析基础上,为了提高VSC-HVDC的可控性,对换流器的控制环节进行了VSG控制方法的设计;然后,对VSG控制参数与频率变化的关联性进行分析,并基于分数阶梯度下降法(fractional-order gradient descent method,FOGDM),利用频率的分数阶导数提取频率深层变化特征,以优化VSG控制参数;在此基础上,考虑到系统的不确定性,设计触发机制对VSG变参数优化模式进行调整,以降低VSG参数的变换频次,提高系统频率控制的针对性。仿真结果表明:所提控制方法能有效改善电网负荷频率控制效果,具有良好的适应性。

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。

提高系统暂态稳定性的VSC-HVDC有功无功联合附加控制策略

依据基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)对系统暂态稳定性的影响机理,提出一种提高系统暂态稳定性的VSC-HVDC有功无功联合附加控制策略。从VSC-HVDC功率特性与系统等值功角的关系出发,建立含VSC-HVDC有功无功附加量的交直流混联系统暂态稳定分析数学模型。针对数学模型的非线性,采用精确反馈线性化进行坐标变换,并采用滑模控制利用反映系统暂态特征的等值功角变化速度与加速度设计切换面,结合设计的有功无功配合方式,确定了VSC-HVDC有功无功附加量随系统暂态特征量实时调节的控制律,其参数设计与计算过程简便。仿真结果表明所提控制策略充分利用了换流站的功率调节能力,有效降低了系统等值功角首摆幅度,加快系统恢复稳定。

中小容量VSC-HVDC在解决电力系统电磁环网问题的应用

电磁环网可以提高电网供电可靠性,但也会造成故障后短路电流增加、线路过载等问题。南方电网公司目前主要采取解环运行和方式预控的措施来降低电磁环网运行风险,但解环不适用于所有场景,方式预控又可能造成电源出力受限。因此提出将中小容量柔性直流输电系统(VSC-HVDC)应用于含电磁环网的低压电网,利用其灵活可控的特点来降低电磁环网运行风险。首先综合考虑《电力系统安全稳定导则》要求以及经济性确定VSC-HVDC在电磁环网中的接入位置和容量,随后给出了VSC-HVDC直流电压、拓扑结构以及参数的确定原则。其次,设计了VSC-HVDC在电磁环网中的控制策略,该控制策略可以降低网损,提高电磁环网稳定性。最后通过实例仿真验证了提出的中小容量柔性直流方案在降低电磁环网运行风险方面的有效性。

构网型VSC暂态稳定机理及改进限幅策略

针对构网型变流器(grid-forming voltage source converter,GFM-VSC)系统在大扰动下暂态稳定问题,现有研究未能充分考虑电力电子电源暂态快速响应与控制可塑的特点。为此,以GFM-VSC为对象,借助等面积法原理与相平面图法,从能量角度揭示了其暂态响应机制与传统同步机系统的差异,分析了控制塑造下GFM-VSC系统的暂态稳定机理;然后,针对大扰动下易于触发的限幅环节,分析了系统无法自主退出限幅而失稳的机制,并提出了附带电流分配系数的改进限幅策略,有效增强了系统暂态稳定性。最后,通过仿真验证了理论分析与改进方法的正确性。

单相VSC系统宽频阻抗测量装置保护方案研究

宽频阻抗测量装置在获取单相VSC系统的阻抗特性中发挥着重要作用,由于阻抗测量装置需要接入系统进行能量交换,其自身应当具备合理的故障保护措施来保障装置和系统的运行安全。针对单相VSC系统阻抗测量装置的故障保护策略尚不完善,提出了一种单相VSC系统阻抗测量装置的故障保护方案。首先,选择了基于背靠背变流器结构的阻抗测量装置来研究保护策略;其次,分析了背靠背阻抗测量装置的特点及其对保护配置产生的影响,设计了适用于装置的保护方案;最后,基于Matlab/Simulink平台,通过几种典型的短路故障情形验证了所提出装置保护方案的可行性与有效性。

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。

Modeling the System for Hybrid Renewable Energy Using Highly Efficient Converters and Generator

High-efficient isolated DC/DC converters with a high-efficiency synchronous reluctance generator(SRG)are the ultimate solutions in DC microgrid systems.The design and modeling of isolated DC/DC converters with the performance of SRG are carried out.On the generator side,reactive and active powers are used as pulse width modulation(PWM)control variables.Further,the flux estimator is used.Three-phase PWM rectifier is used by applying space vector modulation(SVM)with a constant switching frequency for direct power control.Further,the paper also includes the experimental validation of the results.The paper also proposes that highly efficient power converters and synchronous reluctance generators are required to achieve high performance for hybrid renewable energy systems applications.

面向大容量风电并网的VSC-MTDC功率协调控制

基于电压源换流站的多端直流输电(VSC-MTDC)已成为大容量风电远距离传输并网的首要选择。针对含大规模风电场的VSC-MTDC系统的功率协调控制策略进行了深入研究。首先,分析大规模风电并网时下垂系数对有功功率分配的影响,指出采用固定下垂系数存在优先级电网功率缺额的可能性和缺乏有功功率分配灵活性等问题。然后,针对此类问题,提出一种基于主从控制与自适应下垂控制相结合的功率协调控制策略,该策略根据风电功率情况制定3种控制模式,从而实现风电功率灵活分配。最后,在MATLAB/Simulink上构建了风电并网的四端柔性直流输电系统,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

弱并网条件下VSC的自适应型虚拟并网点规划与控制策略

电压源换流器(VSC)接入薄弱交流电网时存在系统小扰动稳定性问题,传统控制策略下VSC不得不降低输出功率以维持稳定运行。为提升弱并网VSC的小扰动稳定性,首先基于交流电压外环建立了弱并网VSC稳定性机理的通用分析模型,分析了锁相环(PLL)与VSC外环控制间的耦合特性,及其对系统小扰动稳定性的影响机理。在此基础上,提出了一种参数自适应型虚拟并网点控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下搭建的弱并网VSC详细开关模型验证了所提控制方法的有效性。

Hybrid Modulation Strategy with Voltage Balancing Control for Four-level Neutral-point Clamped Converters

Capacitor voltage imbalance in four-level(4L)neutral-point clamped(NPC)converters is a direct factor hindering their application.In particular,when they are applied in motor drives,space vector pulse-width modulation(SVPWM)is a more popular scheme,but conventional 4L SVPWM cannot achieve the voltage balancing control of DC-link capacitors,is complex to implement,and requires costly computation.A hybrid modulation method with capacitor voltage-balancing control for 4L NPC converters is proposed.The proposed method is achieved using three-level(3L)SVPWM and two-level(2L)carrier-based pulse-width modulation(CPWM)based on the concept of"4L=3L+2L".Thus,it can be easily implemented on a digital chip because the modulation process is nearly identical to that of 3L SVPWM without the more cumbersome 4L SVPWM algorithm.Meanwhile,any proven optimization scheme of 3L SVPWM can be directly applied to the proposed method to further improve performance.Simulation and experimental results for a 4L active NPC converter demonstrate the effectiveness of the proposed method.

基于MMC主动限流的VSC-HVDC双极短路故障控保协同策略

直流故障保护是柔性直流输电系统发展面临的主要挑战之一,利用模块化多电平换流器(MMC)的灵活控制实现限流已成为当前研究的热点。MMC的主动限流降低了故障电流变化率和故障电流幅值,易引起故障判断以及保护选择困难。文中以对称单极接线的柔性直流系统为研究对象,采用控保协同思想,将主动限流控制与故障识别相结合,提出了基于主动限流因子的故障区域识别与区分方法实现双极短路故障的区域识别与切除。首先,通过在MMC电流内环控制器中附加故障电流目标预设控制器,在故障发生后可快速跟踪故障电流的变化,自适应地调整MMC输出的直流电压将故障电流控制在预设目标参考值附近;其次,根据不同故障位置时故障电流目标预设控制器输出的限流因子快速确定故障区域。最后,在PSCAD/EMTDC中对四端柔性直流输电系统的不同故障场景进行了仿真分析,验证了所提控保协同策略的可行性和有效性。

计及电压稳定性约束的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法

海上风电场将朝深远海、集群化方向发展,多端柔性直流输电技术(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)对远距离、大规模海上风电接入系统表现出明显优势,因此有必要对海上风电场集群VSC-MTDC组网优化进行研究。考虑到风电场集群出力的聚集效应会影响电气设备的容量配置,以及陆上电网的公共连接点(point of common coupling,PCC)电压稳定性对大规模风电接入容量的影响。文中推导了PCC点电压稳定性指标,并引入了“N+”原则对电气设备进行容量配置,提出一种计及“N+”原则和PCC点电压稳定性的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法。采用改进的NSGAⅡ算法对海上风电场集群VSC-MTDC系统进行分析。算例结果表明,按“N+”原则进行容量配置可以更好提高收益,考虑PCC点电压稳定性虽然会增加投资成本,但能够提高PCC点电压稳定性。

Analysis of Modeling the Influence of Electromagnetic Fields Radiated by Industrial Static Converters and Impacts on Operators Using Maxwell’s Equations

The study of Electromagnetic Compatibility is essential to ensure the harmonious operation of electronic equipment in a shared environment. The basic principles of Electromagnetic Compatibility focus on the ability of devices to withstand electromagnetic disturbances and not produce disturbances that could affect other systems. Imperceptible in most work situations, electromagnetic fields can, beyond certain thresholds, have effects on human health. The objective of the present article is focused on the modeling analysis of the influence of geometric parameters of industrial static converters radiated electromagnetic fields using Maxwell’s equations. To do this we used the analytical formalism for calculating the electromagnetic field emitted by a filiform conductor, to model the electromagnetic radiation of this device in the spatio-temporal domain. The interactions of electromagnetic waves with human bodies are complex and depend on several factors linked to the characteristics of the incident wave. To model these interactions, we implemented the physical laws of electromagnetic wave propagation based on Maxwell’s and bio-heat equations to obtain consistent results. These obtained models allowed us to evaluate the spatial profile of induced current and temperature of biological tissue during exposure to electromagnetic waves generated by this system. The simulation 2D results obtained from computer tools show that the temperature variation and current induced by the electromagnetic field can have a very significant influence on the life of biological tissue. The paper provides a comprehensive analysis using advanced mathematical models to evaluate the influence of electromagnetic fields. The findings have direct implications for workplace safety, potentially influencing standards and regulations concerning electromagnetic exposure in industrial settings.

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VSC7428的以太网交换电路的设计与实现

为了实现嵌入式系统间的数据传输,设计实现了一种基于以PowerPC处理器和以太网交换芯片的以太网交换电路。介绍了电路硬件结构、工作原理及软件设计方法。电路以VSC7428以太网交换芯片为核心,实现了4路PC8640处理器之间的以太网交换。经过实验验证,电路电路工作稳定,实现了与其他嵌入式系统间的通信,满足设计需求。

Research on Active and Reactive Power Decoupling Control Based on VSC-HVDC

Voltage Source Converter-based High Voltage Direct Current(VSC-HVDC)transmission technology represents a groundbreaking approach in high voltage Direct Current(DC)transmission,offering numerous technical advantages and broad application prospects.However,in the d-q synchronous rotating coordinate system,the VSC-HVDC exhibits the coupling effect of active power and reactive power,so it needs to be decoupled.This paper introduces the basic principle and mathematical model of the VSC-HVDC transmission system.Through the combination of coordinate transformation and variable substitution,a feedforward decoupling control method is derived.Then the VSC-HVDC simulation model is designed,and the simulation analysis is carried out in the MATLAB environment.The simulation results demonstrate that the method effectively achieves decoupling control of active and reactive power,exhibiting superior dynamic performance and robustness.These findings validate the correctness and effectiveness of the control strategy.

Application of Power Electronics Converters in Renewable Energy

Against the backdrop of global energy shortages and increasingly severe environmental pollution,renewable energy is gradually becoming a significant direction for future energy development.Power electronics converters,as the core technology for energy conversion and control,play a crucial role in enhancing the efficiency and stability of renewable energy systems.This paper explores the basic principles and functions of power electronics converters and their specific applications in photovoltaic power generation,wind power generation,and energy storage systems.Additionally,it analyzes the current innovations in high-efficiency energy conversion,multilevel conversion technology,and the application of new materials and devices.By studying these technologies,the aim is to promote the widespread application of power electronics converters in renewable energy systems and provide theoretical and technical support for achieving sustainable energy development.

提升配网不平衡负载供电可靠性的VSC控制

配电网中存在的不平衡负载易使系统产生负序电流,严重时会影响配电网三相电压对称性,危害设备用电安全,利用电压源换流器(VSC)可对配电网中存在的负序电流进行抑制并提升配网供电可靠性。通过分析VSC输出接不平衡负载时的系统不平衡机理,提出在系统传统控制环路中引入谐振控制器,以抑制不平衡负载条件下控制环路中所存在的2倍工频脉动分量,所提出的控制策略免去常规控制中所需电压、电流正负序分离等控制环节,极大简化了系统控制结构。仿真和实验结果验证了所提出的系统控制策略能有效地抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变,获得高质量的输出电压波形。

海上风机与VSC–HVDC协同调频控制策略

由于海上风电场惯性低,影响系统安全稳定运行,通过类比同步电机的转子运动方程,在受端换流站控制策略中设计了直流电容惯性控制;又由于风机侧与电网侧距离甚远,无法及时对电网频率波动做出响应,通过寻找电网频率与受端换流站直流电压的数学关系,将海上风机与电网耦合,在风机的控制中引入一次调频控制,使风电场能够及时对电网频率的变化做出响应和调节,增强海上风力发电场并网时的有功功率和频率稳定性。