基于混合型MMC的柔性直流电网故障电流阻断控制策略

柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、输送和并网的有效手段。针对基于混合型MMC的直流故障电流阻断方案会引起功率传输中断的问题,本文提出了一种混合型MMC负压控制与超高速机械开关协调配合的故障电流阻断方法,该方法能够快速阻断故障电流并维持非故障线路的功率传输。通过分析故障电流组成及关键影响因素,确定了换流站的控制目标,基于全桥子模块的电压调节自由度,提出了利用混合型MMC输出负压主动吸收故障电流的控制策略,并设计了其与超高速机械开关的协调配合方案,实现故障的可靠隔离。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,仿真结果表明,本文提出的方法可快速阻断直流故障电流,缩短直流电网功率恢复时间,提高系统安全稳定性。

模块化高压大容量DC/DC变换器综述

随着新能源发电占比增加和电网规模的不断扩大,直流输电系统的容量不断提升,含有不同电压等级的直流电网是未来发展的必然趋势。在此背景下,DC/DC变换器作为直流电网关键设备,在多电压等级互联场景中发挥着重要作用。文中首先对已有的模块化高压大容量DC/DC变换器进行归纳、分类和比较,然后阐述了目前模块化高压大容量DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理与特点,并针对其特点提出了不同变换器的适用场景,最后对未来的研究方向提出了建议。

基于MMC闭锁与负直流电压无闭锁的综合直流故障限流策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流电网存在抗直流故障扰动能力弱的问题。为此,在无闭锁和闭锁限流的基础上,提出了一种适用于柔性直流电网的无闭锁与闭锁的综合直流故障限流策略。故障发生后,各换流站首先根据直流侧出口电流进行基于负直流电压控制的无闭锁限流,若某换流站由于无闭锁降压限流失效而发生过流,则主动将该换流站闭锁。故障消失或隔离后,无闭锁换流站第一时间恢复正常工作模式,而无须等待重启过程较长的闭锁换流站,以尽量减小系统功率损失。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提综合直流故障限流策略可快速阻断故障电流,并兼顾限流过程的安全性和快速性,最大限度保证系统功率传输,提高了直流电网的抗故障扰动能力。

不平衡电网下模块化多电平换流器的直流环流均衡策略

不平衡电网下模块化多电平换流器(MMC)存在三相直流环流不均衡问题,易导致相间电流应力和热应力差异,降低其在不平衡工况下安全运行能力。该文从桥臂功率角度分析不平衡电网下三相MMC直流环流不均衡现象和基于零序电压注入的直流环流均衡机理。提出一种零序电压注入的直流环流均衡方法,通过网侧电流与直流环流偏差量计算得到零序电压相位,经过比例谐振控制器生成零序电压注入量,进而实现直流环流的快速、有效均衡。在所提出的控制策略的基础上,研究该方法对MMC桥臂电流峰值、有效值及子模块电容电压纹波的影响规律。仿真与实验结果验证了该文理论分析与控制策略的有效性。

柔性直流电网故障电流复合抑制策略

柔性直流电网在直流侧发生短路故障后,故障电流迅速达到较大峰值,严重时会危及整个系统电气设备的安全运行。为了在故障发生后的短时间内限制故障电流影响,提出一种不利用附加装置的电流抑制策略。首先,分析了直流电网结构与故障初期电流上升规律。然后,根据所得规律提出一种包含两个环节的电流复合抑制策略,给出电流抑制参数选取的原则,并分析了抑制策略下短路电流的发展规律。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建四端柔性直流电网模型进行仿真验证。结果表明,所提电流抑制策略可以有效减小直流线路过流倍数,降低换流器闭锁的概率,且故障切除后恢复阶段电流平衡度更好。

具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案

由于具有成本低、体积重量小和可靠性高等特点,送端采用二极管整流器(DRU)、受端采用模块化多电平换流器(MMC)的送出方案在远海风电送出领域备受关注。鉴于DRU不能构建交流电网且无法倒送有功功率,文中提出一种具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案。所提方案在DRU-MMC送出技术的基础上增加了常规小容量电压源型辅助换流器、耗能单元和必要的快速开关,通过直流海缆复用和快速开关倒闸重构拓扑,分别构建黑启动电源低压回路和风电传输高压回路,实现黑启动和功率传输2种工况在线切换;提出辅助换流器在不同运行阶段的构网控制策略,解决海上交流电网构建、DRU无功补偿和谐波抑制等问题,消除DRU-MMC送出方案对风电场类型的限制。最后,通过经济性分析和算例仿真,验证了所提方案的优越性和有效性。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。

电网电压三相不平衡时FMSS正负序电流补偿型VSG控制

柔性多状态开关(FMSS)是一种取代传统联络开关应用于现代配电网的新型电力电子设备,能够优化现代配电网分布式电源的消纳和调控。和传统控制算法相比,采用VSG控制的FMSS不受弱电网环境下锁相环性能恶化的影响,在低电网强度下能够向电网提供频率支撑,从而增强系统的稳定性。FMSS作为接入配电网的装置,当电网电压发生三相不平衡现象时,传统VSG控制下的FMSS输出电流、功率会发生明显的波动,并网点的效率会大大降低。针对此问题,以模块化多电平变流器(MMC)结构为基础,在VSG控制策略的基础上引入正负序电流补偿,分别实现不平衡电网下FMSS输出电流、有功功率及无功功率的稳定。最后,通过Matlab/Simulink搭建四端FMSS模型,利用仿真验证所提控制策略的有效性。

基于桥臂等效电容的全桥子模块型MMC快速仿真方法

MMC(模块化多电平换流器)包含了大量的开关元件,给电磁暂态仿真带来了很大的计算负担。针对该问题,提出了一种基于桥臂等效电容的全桥子模块型MMC快速仿真方法。提出了正常工作、闭锁和全状态的桥臂等效电路建模方法,开发了一种精确仿真全桥MMC电磁暂态响应的仿真模型。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC直流电网测试系统验证其可行性,同时将模型和戴维南等效模型进行对比,结果验证了所提全桥子模块型MMC快速仿真方法的精确性和快速性。

基于微分平坦性的柔性直流电网系统级控制策略

针对大功率柔性直流电网在不同工况下功率协调控制和直流电压稳定问题,提出一种基于微分平坦控制(differential flatness control,DFC)理论的柔性直流电网系统级控制策略。在分析柔性直流电网具有微分平坦性的基础上,引入功率裕度和直流电压偏差双影响因子,设计了基于DFC的改进自适应下垂控制器,用于提高系统的稳定性、动态响应能力和抗干扰能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建张北柔性直流电网模型,验证了所提控制策略的有效性。

高职院校实验室安全巡查网格化管理系统设计与实现

针对高职院校实验室数量多、危险源多、安全管理制度异化大等问题,设计一个适合实验室安全巡查的网格化管理系统。系统通过对用户角色管理、危险源信息管理、安全巡查管理、问题整改管理等功能的设计,实现了对实验室安全巡查工作的信息化、专业性、规范化、网格化的管理。系统在我校85间实验室应用以来,为我校实验室的安全管理工作节省了25%管理人员,提高问题整改效率50%。实践表明:该系统有效地提高了实验室安全巡查的质量和效率,更加符合高职院校实验室“分类规范建设、分级安全管控”的要求,有利于探索、加强和创新实验室安全管理工作新模式。

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)投入到固态变压器(solid state transformer,SST)系统中时通常采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。

适用于HVDC和HVAC高效稳定互联的MMC双端口电网形成控制

针对不同类型电网互联时互联电力变换器IPC(interconnecting power converter)控制模式复杂、控制难度大等问题,提出一种用于互联多个高压直流和高压交流子电网的IPC新型电网形成GFM(grid-forming)控制方法。该方法利用模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)同时控制其AC和DC端电压,并提出2个双端口GFM MMC控制策略。针对单端口GFM控制和所提双端口GFM控制进行仿真对比,结果表明,与单端口GFM控制相比,双端口GFM控制方法对突发事件(如线路和发电机停运等)的处理更具弹性,且不需为电网中的IPC端口选择GFM或电网跟随GFL(grid-following)的控制方式。

中压电机驱动系统前端并网MMC共模电压抑制

为最大程度地保护基于模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)无变压器背靠背中压电机驱动系统中的中压电机免受非对称电网故障和开关动作的影响,设计了前端无变压器配置并网MMC共模电压最小化控制策略。其中非对称电网故障引起的共模电压可由MMC生成对消电压消除,而MMC开关动作引起的开关纹波可由通过端到端布置桥臂电压脉冲来抑制;分析MMC共模电压抑制对单相功率偏差的影响,并据此提出了前馈控制;使用并网MMC样机系统开展测试。实验结果验证了在所提出控制策略作用下,并网系统在严重非对称电网条件下的最大共模电压可降至原来的1/3N(N为桥臂子模块数),同时还实现了单位功率因数、恒定直流电压和平衡单相功率。

柔性直流电网直流侧极间短路电流初始阶段的量化评估指标

随着高压领域模块化多电平换流器(MMC)型的柔性直流电网大规模建设应用,若直流侧出现短路故障,短路电流在故障初期呈现上升速率快、峰值大等特点,限制了柔性直流电网的进一步发展。为了对短路故障情况下的直流侧电流值进行定量评估,本文从MMC型柔性直流电网固有特性的角度,建立了故障节点处产生的电流响应初始阶段量化评价指标,指导柔性直流电网的规划与运行。首先,提出了一种以MMC输入输出特性为基础的故障电流求解方法,为后续的短路电流量化评价奠定基础。其次,解耦分析柔性直流电网间的短路电流,并从系统固有特性的角度建立了短路电流初始阶段的量化评价指标。最后,在配置特征和架构组成存在差异的各类柔性直流电网上,对所提出的解耦短路电流求解方法和定量指标进行验证。结果表明,所提出的指标能够在不计算短路电流的情况下量化评价柔性直流电网的短路电流,并为柔性直流电网的网络结构设计、运行模式以及参数选择提供技术支持。

树状空间网格钢结构的模块化建造全过程模拟

新颖的建筑造型和严苛的施工环境对传统建造方法提出了挑战。基于某树状空间网格钢结构项目,提出了一种模块化建造施工方案,即预先对结构进行施工段分解,然后借助龙骨支撑架配合拉索将结构施工段逐块叠加、逐层安装。为了验证方案安全可行,借助有限元分析软件,对树状空间网格钢结构模块化建造过程中的结构施工段进行静力分析,并对“树干”和“网壳”的各施工段和整体结构进行了考虑初始几何缺陷和材料弹塑性的双重非线性的稳定性分析,模拟结果均满足规范要求。静力分析和稳定性分析的结果表明:树状空间网格钢结构的模块化建造受力合理,方案安全可行。

电网不平衡下基于MMC的分数阶积分滑模控制策略研究

为增强模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在电网不平衡条件下的系统性能,该文提出一种分数阶积分滑模控制(fractional order integral sliding mode control,FO‐I‐SMC)策略。首先,分析MMC的拓扑结构,并推导出正、负序电压与输出电流的基频外特性方程和正负零序环流的二倍频内特性方程。其次,结合控制目标和MMC的数学模型,设计出应用于电网电压不平衡的分数阶滑模控制器。该控制器旨在降低交流侧输出电流与直流侧环流谐波含量。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台建立相应模型,验证该算法的有效性。研究结果证明:采用FO‐I‐SMC控制策略的MMC的系统性能要明显优于采用比例积分(proportional integral,PI)控制策略和积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)策略的。

不平衡电网下MMC-UPFC的反演-滑模控制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)-统一潮流控制器(UPFC)采用的控制方法存在的问题,本文提出了一种基于MMC-UPFC的反演控制(BSC)与滑模控制(SMC)组合而成的反演-滑模控制(BSC-SMC)非线性控制策略,这种控制策略既保留了SMC的抗干扰能力强等性能,也兼具BSC响应速度快等优点。首先,根据MMC-UPFC的拓扑结构,建立并联侧MMC变换器、串联侧MMC变换器的数学模型;其次,在不平衡条件下进行了正、负序分解,并设计了MMC-UPFC在不平衡条件下BSC-SMC控制器,并证明了控制系统的稳定性;最后,在MATLAB/Simulink软件平台搭建MMC-UPFC仿真模型进行仿真验证,通过把本文所提BSC-SMC控制策略与PID控制策略在接收端电源电压单相跌落、串联侧注入电压两种不同工况下进行了仿真比较,验证了BSC-SMC控制策略除具有SMC控制策略的抗扰性强特点外,还同时具有BSC控制策略的响应速度快和超调量小特点,且本文控制系统的稳定性更强、鲁棒性更好,从而验证了本文所提BSC-SMC控制策略的有效性和优越性。

不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。