压控型脉冲功率半导体器件技术及应用

近年来,采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考,简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程,总结了MOS栅控晶闸管(MCT)在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展,同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件,阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况,并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势,对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。

弱电网下电压控制型逆变器的自适应快速功率控制策略

电压控制型逆变器VCI(voltage-controlled inverters)在弱电网下表现出更强的稳定性,有望在可再生能源发电中得到更广泛的应用。然而,VCI的有功功率控制带宽通常低于电流控制并网逆变器CCI(current-controlled inverter)。随着电网阻抗增大和电网强度进一步降低,其调节时间甚至将长达数秒,难以满足可再生能源发电最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)的要求。此外,现有的以功率环改造为特点的VCI有功功率快速控制方法,则可能导致弱电网下VCI稳定性损失。针对这一问题,建立了VCI并网系统的详细输入-输出模型,揭示了弱电网下VCI功率环改造法面临稳定性和快速性矛盾的根源,并提出了一种基于外环改造和功率指令前置滤波的VCI有功功率快速控制方法,能够有效提升VCI有功功率控制带宽,且不影响其弱电网下的稳定性,进一步实现了基于VCI的MPPT控制;针对短路容量比和电网阻抗大幅波动对所提控制的影响,又提出了一种基于电网阻抗在线辨识的VCI有功功率快速控制自适应方法。最后,实验结果验证了所提方法的有效性。

自动电压控制典型异常闭锁原因分析

通过介绍自动电压控制工作原理,分析了电抗器、电容器和变压器对电压和无功的影响。结合实际案例,分析了三起常见的AVC异常闭锁事件,理清了异常闭锁原因并提出了应对措施,为运维人员分析和解决同类问题提供参考。

一种微电网无功均分的改进控制策略

受微电网线路阻抗不匹配等因素的影响,传统的下垂控制难以按照下垂增益合理分配无功功率,为了提高微电网中分布式微源输出无功功率的均分精度,又不至于降低电压质量,提出了一种基于同步思想的微电网无功均分改进下垂控制策略。该方法在传统下垂控制的基础上引入了无功补偿和电压恢复机制,利用中央控制器发出的低带宽同步信号的触发,无功补偿机制将修改下垂特性曲线的电压偏置,改善无功出力分配精度,而电压恢复机制则补偿由此造成的输出电压的降低,实现电压恢复。从理论上证明了该算法的稳定性,且仿真和实验结果均表明,改进下垂控制的无功均分方法实现了负荷有功和无功功率的合理均分,并具有良好的动态和稳态性能。

直流控制对直流系统无功动态特性的影响分析

直流系统无功动态特性与直流控制强相关,对受端交流系统暂态电压稳定具有显著影响,但直流控制对直流系统无功动态特性的影响尚未形成清晰明确的结论。为此以某直流工程为背景,基于实际控制模型参数的EMTDC仿真平台,分析了直流控制对直流系统无功动态特性的影响机理和途径。首先,通过保持换流器触发角为扰动前的大小,分析了受端交流系统故障时直流系统固有的无功动态特性。在此基础上,分析了整流侧定电流控制、逆变侧定电压控制和定熄弧角控制等对直流系统无功动态特性的影响机理。针对直流系统换相失败恢复过程中无功超调量问题,进一步研究了其产生的机理,并根据仿真结果总结了PI调节器、VDCOL和瞬时电流控制功能的参数对无功超调量大小的影响规律,为提升受端电网暂态电压稳定的直流控制策略优化提供了思路。

单相LCL并网逆变器控制策略综述

LCL滤波器由于具有滤波特性好、体积小的优势,被越来越广泛地的应用于单相并网逆变器中,但由于其电容支路极易产生谐振,对控制电路设计提出了很大的挑战。从控制目标来分,单相LCL并网逆变器主要包含以下两类策略:电流控制型和电压控制型。目前,大多数研究主要围绕单相锁相环及如何改善电流控制效果在进行。而本文主要针对控制目标的特性,围绕不同控制策略的优缺点进行了全方位的说明和归纳比较,并得出相应结论。

一种星接链式STATCOM不平衡补偿的新拓扑

针对传统星接链式STATCOM较难实现不平衡补偿的问题,提出了一种星接链式STATCOM实现不平衡补偿功能的新拓扑结构,即增加一台接地变压器,将STATCOM和接地变压器的中点相连,实现负序补偿所需的零序电流通路。通过功率分析,分析了这种新拓扑结构下参考电流和零序电流生成方法,并推导了该结构下相间直流电压平衡的控制方法。仿真波形和整机实验数据表明,采用所提结构和控制方法后,负荷中的负序电流得到了较好的补偿,相间直流电压平衡的效果较好。工程分析表明,所提方法与增加△/Y连接变压器实现不平衡补偿的方式相比,在成本和占地上都有较大优势。

基于附加信号的VSC-HVDC系统改进有功功率控制策略

为了保证大扰动情况下电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)系统的直流电压控制和有功功率平衡,提出了一种基于附加信号的有功功率控制策略。首先简要地分析了故障情况下VSC-HVDC系统的有功功率平衡和直流电压变化特点;然后给出了改进有功功率控制器的功率特性曲线,推导了定有功功率控制端直流电压最大工作范围的计算公式;接着提出了外环有功功率控制器的设计方法,推导了有功功率修正值的计算公式,并分析了该控制器在正常运行和故障2种情况下的工作原理。PSCAD/EMTDC仿真研究表明,在电网电压跌落或主导换流站停运等暂态扰动情况下,所提控制策略能够维持直流电压在安全运行范围内。

基于动态多种群粒子群算法的无功优化

提出了一种基于动态多种群策略的改进粒子群算法。该算法将传统粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)中的种群划分成多个子群,每个子群相对独立地朝同一目标进化,仅通过一种轮形结构的弱联系进行交流。在进化过程中各种群不断分裂和聚类重组,动态调整种群规模以更好地适应进化。该算法可以较好地避免PSO算法过快收敛于局部最优解,并且有较快的收敛速度。文中将该算法应用于求解电力系统无功优化问题,并与标准PSO算法的性能进行了对比,仿真计算证明该算法是有效、可行的。

特高压半波长交流输电线路稳态电压特性

半波长交流输电技术具有远距离、大容量输电特征,在我国应用前景广阔,完善其电压特性研究,对我国电力系统规划和运行意义重大。根据电路理论推导了用于半波长输电线路仿真的线路参数模型,随后从入射波、反射波理论以及无功功率理论2个方面分析了半波长输电线路稳态电压特性,最后应用PSD软件仿真研究半波长线路沿线电压,验证了理论分析结论。

解决超调问题的220kV变电站无功配置方法

针对220 kV变电站单组补偿容量配置偏大、感性与动态无功补偿缺乏引起的电压调控困难问题,提出了220 kV变电站离散与连续相结合的综合无功补偿方案,由一组直接式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)和采用开关柔性控制技术的并联电容器组组成补偿系统。首先构建了变电站无功补偿调压估算模型和指标——无功超调率,该指标揭示了当前变电站无功补偿配置组数有限和单组容量不宜过大之间的矛盾,使得220 kV变电站采用所提的新型补偿方案成为了解决受端系统的稳态电压控制的精度和暂态电压稳定的超调问题的根本出路。算例表明紧急状态下所提方案能给电网提供有效的动态电压支撑。

基于电压自动控制的智能电网自愈策略

自愈能力是智能电网的重要特征和标志,而电压与无功控制是智能电网主要自愈功能之一。当电网运行工况发生变化时,需要与当前运行方式相匹配的新的电压控制策略来实现电网电压的安全自愈。在已有的无功优化算法基础上,根据电压灵敏度得到各节点电压变化量,以各节点电压与电压期望值方差的最小值为目标函数,采用动态规划法求解控制设备的动作顺序,从而得到电压自动控制策略。IEEE-30节点系统算例分析结果表明,所提方法正确有效,不仅能够实现电压在电网自愈过程中的平稳过渡,而且保证了较大的稳定裕度。

双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案

为均衡双馈感应发电机感性和容性无功调节能力,改善电压稳定性,提出双馈风电场并联无功补偿方案:在各机组机端装设电容器,其电容值为双馈感应发电机定子电感的倒数;同时在主变的低压侧装设静止无功补偿器(static varcompensator,SVC)进行集中补偿。在此基础上,设计电压协调控制方案:稳态时通过三层无功分配策略充分发挥双馈风电机组无功调节能力,减小风电场内有功损耗;电网故障时则结合送出线路纵联差动保护控制SVC的等效电纳,避免保护动作时发生电压过冲的现象,同时改变机组内部无功分配以提高双馈风电机组故障穿越能力。最后以实际算例仿真表明上述无功补偿与电压控制方案的可行性和有效性。

提高暂态电压安全水平的动态无功备用优化方法

电力系统动态无功储备对提高系统暂态电压安全水平具有重要作用,因此提出一种在系统暂态过程中考虑暂态电压安全的无功备用概念,并给出其对暂态电压安全贡献的评价方法及相应的修正系数。通过轨迹灵敏度方法实现对修正后的无功源动态无功备用的计算,建立提高系统暂态电压安全水平的无功备用优化模型,利用原对偶内点法进行求解。IEEE 39节点算例结果表明,所提3种权重系数合理、有效,通过该评价方式可以充分考虑到无功备用点对点的支撑能力以及故障严重性对无功备用的要求程度,通过系统动态无功备用的优化可提高系统的整体暂态电压安全水平,因此所提方法能够有效地预防系统故障时暂态电压安全问题的发生。

静止无功发生器补偿电网电压不平衡的控制及其优化方法

针对电网电压不平衡问题,提出了一种用静止无功发生器(SVG)抑制公共连接点(PCC)不平衡电压的控制方法。该方法既发挥了SVG补偿系统无功功率的优势,又在电网电压严重不平衡时扩展了SVG的补偿功能,充分地利用了补偿装置。文中详细讨论了SVG补偿电网电压不平衡的原理,将SVG控制作为受负载端负序电压控制的电流源,分析了其补偿性能与各个参数的相互关系。在补偿效果相同的前提下,对系统的控制参数进行了优化,使SVG的补偿容量最小。最后介绍了PCC处负序电压的实时检测方法。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地补偿电源或负载引起的电压不平衡问题。

定熄弧角控制器对直流输电系统的影响分析

为揭示直流输电系统分层控制中极控制层定熄弧角控制环节对系统运行特性的影响,分析了熄弧角指令值的变化对直流输电系统稳态运行工况、无功特性和换相失败的影响,并基于CIGRE直流输电标准测试系统,运用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对理论分析结果进行了仿真验证。结果表明,定熄弧角控制器能改善交直流输电系统运行的稳定性,维持系统无功平衡,保证逆变器关断裕度以阻止换相失败的发生。

光伏电站有功/无功控制能力现场测试及分析

介绍了相关标准对并网光伏电站有功功率和无功功率控制能力的要求,对光伏电站有功功率和无功功率控制能力的测试结果进行了分析。得出了测试结论,提出了开展光伏电站有功功率和无功功率控制系统测试工作的建议。

考虑直流输电系统外特性影响的多直流馈入短路比实用计算方法

根据多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio,MISCR)和多直流相互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF)定义,考虑电力系统元件外特性影响,建立了仅包含换流母线电压变量的直流外特性模型。在此基础上,推导出考虑直流系统影响的交直流系统潮流雅可比矩阵修改元素解析函数。研究了直流系统外特性与电压扰动之间的关系,针对传统MISCR工程计算中面临实际问题,提出考虑直流系统外特性的MISCR实用计算方法,克服了传统计算方法难以适用于复杂大电网、并同时考虑电力系统元件特性影响的困难。研究算例比较表明,直流系统外特性对MISCR计算结果影响明显。

配电网静止同步补偿器的自抗扰控制

针对配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)系统非线性、多变量、强耦合特性、D-STATCOM系统模型的不确定性和不确定性干扰对D-STATCOM控制的影响,研究了D-STATCOM的自抗扰控制技术,提出了一种新型的D-STATCOM自抗扰控制策略,当D-STATCOM系统参数发生变化或遇到不确定扰动时,D-STATCOM控制器仍能保持良好的控制性能以及强的自适应性和鲁棒性。给出了控制器设计的详细过程,并在MATLAB/Simulink环境中建立了系统的仿真模型,给出了仿真和实验结果。仿真和实验结果证明了自抗扰控制策略的正确性和有效性。

电力系统无功电压调控配合研究综述

较为全面地综述了国内外学术界对电力系统无功电压调控配合的研究现状。归纳并定义了无功电压调控的平衡状态,提出无功电压调控失配与适配的概念,建立电力系统无功均衡适配调度模型(equilibrium and coordinated reactivepower dispatch,ECRPD),指出了现行无功电压调控配合研究的关键问题与难点。提出采用多智能体系统等分布式人工智能方法与博弈论相结合,用以分析和解决ECRPD问题。