基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方法对其分析。然而,HSS不可避免地提高了建模的复杂度与维数,在面对大规模交直流系统时具有局限性。同时,LCC-HVDC包含多类型谐波耦合,各部分耦合对稳定性的影响大小尚未得到充分论证。为此,文中以HSS为底层理论建立LCC-HVDC的耦合阻抗矩阵,揭示高压直流输电系统内部的谐波耦合机理。进一步,通过多频电路等效思想,提出三相系统多维阻抗的降维方法,将耦合阻抗矩阵无损降维成单入单出阻抗,以此分析不同次数的谐波耦合对阻抗特性与稳定性的影响。结果表明,考虑到13次谐波截断可以有效提升高压直流输电系统阻抗模型精度,但对稳定性分析结果的影响小于忽略工况变化、简化逆变侧带来的误差。

基于SISO序阻抗的直驱风场经柔直输电系统中频振荡机理分析及抑制

直驱风场可通过柔性直流实现大容量、远距离输电。目前已有诸多研究表明直驱风场经柔直输电系统面临着次同步或高频振荡问题。然而,也可能存在一种频段介于两者之间的中频振荡现象,值得进一步研究。为此,该文基于直驱风场经柔直输电系统的单输入单输出(singleinputsingle output,SISO)等效序阻抗模型研究该互联系统的中频振荡机理。然后,据此分析直驱风场和柔直换流站参数对该中频振荡特性的影响,分析结果得到了仿真验证。最后,该文还提出基于虚拟阻抗的阻抗重塑控制,并通过仿真验证所提控制策略对抑制直驱风场经柔直输电系统中频振荡的有效性,对于实际工程具有参考意义。

弱电网下基于SISO阻抗模型的LCL滤波并网逆变器在不同域下的稳定性差异分析

弱电网下电网阻抗的存在导致并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)的稳定性降低,严重时甚至破坏并网系统的稳定性。基于锁相环输出小信号扰动建模思想,分别构建弱电网下LCL型GCI系统在αβ域与dq域下的单输入单输出(single-input single-output,SISO)阻抗模型,实现GCI从dq域下的多输入多输出阻抗矩阵模型到αβ域下的SISO阻抗模型的等效变换。同时,在相同的主电路参数与控制环参数下,利用构建的SISO阻抗模型揭示了控制在αβ域下的GCI的稳定性强于dq域下控制的GCI的机理。而且,GCI在αβ域下的稳定性强于dq域的结论还可以进一步推广到弱电网中基于单L滤波及具有电网侧电容补偿的GCI系统。最后,通过仿真与实验验证理论分析的正确性与有效性。

并网变流器频率耦合振荡分析及解耦控制设计

阻抗法常用于风电和太阳能并网系统的稳定性分析,变流器控制结构或参数的不对称可能引发频率耦合振荡现象,从而导致基于序阻抗的稳定性分析出现偏差。为此,文中首先建立变流器dq导纳模型,并将其控制结构分解为两个子系统分析耦合产生的原因;然后通过在变流器的电流内环和功率外环中加入解耦因子,分别消除由锁相环(phase locked loop,PLL)控制结构和功率外环控制参数不对称造成的频率耦合,使得变流器序导纳矩阵中的反对角元素为0。由于电网的序阻抗矩阵中反对角元素也为0,故并网变流器系统可以看作单输入单输出(single input single output,SISO)系统,进而能够运用传统的奈奎斯特判据分析其稳定性。解耦后的系统不存在频率耦合振荡现象,无需应用广义奈奎斯特判稳,便于分析系统振荡机理和谐振问题,分析结果可用于指导变流器控制器设计、电网规划及运行。仿真和实验都验证了所提全频带解耦方法的可行性和有效性。

并网变流器序导纳模型的解耦控制方法

针对变流器中存在的频率耦合导致序阻抗法判断系统稳定性不准确的问题,提出了一种基于变流器序导纳模型的解耦控制方法。该方法在控制中引入解耦因子,并比较引入解耦因子前后变流器序导纳和耦合电流的变化。结果表明,引入解耦因子能在中低频段使序导纳的耦合项近似为0,变流器呈现出单输入单输出特性,耦合电流明显减小,从而序阻抗法能较准确地分析变流器的稳定性和系统的次同步和超同步振荡,同时解耦因子对系统的动态性能影响很小。Matlab仿真和实物实验验证了该解耦方法的正确性。