电压源换相高压直流输电对改善风电场电压稳定性的作用

并网风电场无功功率的波动会引起系统电压波动。在风电场混合并网系统中,通过电压源换相高压直流输电可以控制系统中的无功功率、抑制并网公共点的电压波动。文章研究了换流站无功功率控制器和定电压控制器对改善并网风电场电压稳定性的作用。基于电磁暂态软件PSCAD/EMTDC建立了并网风电场模型、电压源换相高压直流输电模型及其控制系统模型。仿真结果验证了上述控制器的正确性和可行性,表明采用定电压控制器的并网系统能更好地抑制电压波动,采用无功功率控制器的并网系统具有更好的风电场并网性能。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的新型控制器设计

在同步旋转坐标系下采用电压源型高压直流输电的暂态数学模型,提出一种向无源网络供电的电压源型高压直流输电系统的新型控制策略.基于状态反馈线性化的逆系统方法,推导电压源型高压直流输电系统的逆系统模型,构造出伪线性系统,实现了对电压源型高压直流输电系统有功功率和无功功率的解耦,最后采用滑模变结构控制理论对该伪线性系统进行综合,设计出滑模变结构控制器,并对于反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性.仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能和鲁棒性.     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的新型控制器设计

在同步旋转坐标系下采用电压源型高压直流输电的暂态数学模型,提出一种向无源网络供电的电压源型高压直流输电系统的新型控制策略。基于状态反馈线性化的逆系统方法,推导电压源型高压直流输电系统的逆系统模型, 构造出伪线性系统,实现了对电压源型高压直流输电系统有功功率和无功功率的解耦,最后采用滑模变结构控制理论对该伪线性系统进行综合,设计出滑模变结构控制器,并对于反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能和鲁棒性。     

海上风电经VSC-MTDC并网研究

文中建立了风电场经两种拓扑结构的VSC-MTDC并入电网的模型,两种模型为串联模型和并联模型,并基于两种拓扑结构的比较结果对多端柔性直流输电控制器进行了优化。仿真模型主要包括:风电场等效聚合模型,风电场换流站控制器,直流电缆的Bergeron模型。优化方法采用单纯形算法。将两种拓扑结构的模型进行了仿真分析,仿真结果显示,在考虑到受交流系统扰动以及风电场侧切机情况下的稳定性,并联系统更加适合海上风电场经柔性直流输电并网。采用单纯形优化后的VSC-MTDC动态响应能力相对于优化改进前有了很大的提高。     

基于VSC-HVDC的海上风电小干扰稳定控制

建立了海上风电经柔性直流输电VSC-HVDC并网数学模型,对系统小干扰稳定进行特征根分析。提出了对VSC-HVDC换流站控制进行改进:将电磁功率增量ΔPe引入到风电场并网侧换流站控制系统中,增加了阻尼控制,并采用模态控制理论对阻尼控制环节参数进行设计。最后,分别对系统故障和风速扰动两种运行情况下的海上风电并网系统进行了时域仿真分析,结果表明提出的阻尼控制能够有效阻尼同步发电机的功角振荡和海上风电场出力的波动,提高了海上风电并网系统的小干扰稳定性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

轻型直流输电在海上风力发电并网中的应用

比较海上风电场的并网方法,说明了轻型直流输电技术在连接风电场与电网方面具有的独特优势。在换流站的d-q解耦控制基础上,研究设计了轻型直流输电控制器,并利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对海上风电场的轻型直流输电模型进行仿真。仿真结果表明,轻型直流输电能很好地承担海上风电场的并网工作,并且具有快速的电流响应特性和鲁棒性。     

多端柔性直流输电系统滑模电流控制策略

针对多端柔性直流输电系统(voltage source converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)具有强非线性和不确定性的特点,提出了一种新型基于指数趋近律的滑模电流控制策略。直流输电系统换流站采用直接电流控制时的内环电流PI控制环节用滑模电流控制代替,与传统双闭环PI控制相比减少了一个内环PI控制环节,简化了系统的参数调节过程。在旋转坐标系下构造了以内环d轴电流、q轴电流误差为滑模面的滑模变结构控制器,并结合李雅普诺夫函数对控制系统的全局稳定性进行了分析,实现了在换流站因故障退出运行时,系统能保证功率的快速调节,在交流系统等效阻抗发生变化时,系统仍能维持直流电压的稳定。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了大规模海上风电场多端直流输电系统模型,将所提控制策略与传统PI控制策略进行了对比,仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态性能和稳态性能。     

高压直流输电的滑模变结构控制器设计

为了改善高压直流(HVDC)输电系统供电可靠性能,提出了在整流侧采用定直流电流的控制方式,逆变侧定触发越前角的控制方式,利用系统的三阶数学模型并应用非线性系统的状态反馈精确线性化方法,与滑模变结构控制理论相结合,设计非线性滑模变结构控制器。仿真的结果达到了所设控制器的要求,提高了直流系统作为功率支援的性能。     

海上风电场并网柔直系统的故障穿越协调控制策略

分析了基于H桥换流单元与集中式斩波电阻的多电平集中式卸荷电路(dynamic braking resistor,DBR),介绍了其结构拓扑、参数设计与控制方法,并对比模块化多电平卸荷电路,验证其故障穿越(fault ridethrough,FRT)性能。针对海上风电场并网柔性直流输电系统,结合双馈与永磁直驱风场侧换流站的交流电压降压法,利用风电机组(wind turbine generator,WTG)自身功率调节能力,设计FRT协调控制策略,在保证系统故障穿越性能的前提下,缩减卸荷电路所需容量,适用于高压大容量场合。依据德国已投运Borwin1工程的参数,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建三端柔性直流输电系统模型,验证了所提协调控制策略具有良好的FRT控制效果。     

带分散风机控制和直流输电的海上风电场并网控制

研究了带分散风机控制和直流输电的海上风电场并网控制,利用基于功率控制的方法对HVDC Light系统并网控制进行了仿真,实现了双侧独立控制,风机侧由多台分散风机各自带换流器组成,通过并联多台风机从而提高系统传输容量和可靠性,风机侧换流器分别采用基于滞环比较的功率控制算法,而系统侧换流器采用基于虚拟磁链的直接功率控制.仿真结果证实了基于该算法的HVDC Light系统连接大型海上风电场可以正常稳定地运行,多台换流器对有功功率和无功功率分别进行协调控制,并且可以满足系统不同的无功需求,而当风速变化时,风机侧可平滑调整输出功率的大小,并无损耗稳定地输送到系统侧.     

多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用

针对交流输电技术和传统直流输电技术在海上风电场应用中的不足,以及保障岛上负荷正常供电的要求,提出了多个海上风电场及岛上负荷经多端多电平柔性直流系统并网的策略。建立了d-q旋转坐标系下的VSC-HVDC数学模型,并且设计了各换流站的控制策略。仿真结果表明,风电场经多端直流系统与陆上电网实现了互联,风电场发力不足时功率反转,即陆上电网向岛上负荷供电,保障了岛上负荷的正常供电。该并网方式灵活可靠,是海上风电场及岛上负荷与陆上电网的最优联接方式。     

双馈风电场次同步控制相互作用的分数阶滑模抑制策略

针对双馈风电场接入串补输电系统,提出一种可快速收敛的分数阶滑模控制策略以抑制次同步控制相互作用并增强控制系统鲁棒性。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电场固有的非线性;其次设计分数阶滑模控制策略并应用于网侧变流器控制回路,利用分数阶微积分算子所增加的自由度实现系统快速收敛;最后通过非线性时域仿真和实物仿真检验抑制效果。结果表明:所设计的分数阶滑模控制策略有效改善了次同步频率范围内的系统阻尼,能在不同工况下实现对次同步控制相互作用的有效抑制,使系统快速恢复稳定,并加强系统对参数摄动的鲁棒性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统控制研究

基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场并网输电方式。文章针对VSC-HVDC系统,在功率外环控制、电流内环控制的双闭环传统控制方式基础上,电流内环采用输入—输出反馈线性化的控制方法,实现了对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能。利用Matlab/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对系统稳态和故障工况的仿真分析,验证了所设计控制方案的有效性和可靠性。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值。首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响。其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性。研究表明:故障期间风电场侧直流电压与其有功输出正相关,且两端换流站交流阀侧电压产生了一对大小相等、方向相反的直流偏置分量;此外,采用较大的接地阻抗参数可有效降低短路电流对系统运行性能的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了暂态特性分析的正确性与参数选择的合理性,对于大规模海上风电经柔性直流系统并网的规划设计具有一定的指导意义。     

大规模海上风电多电压等级混合级联直流送出系统

海上风电场拥有更加丰富与稳定的风能资源,同时具备适宜大规模开发的优点,发展潜力巨大,是未来风电的主要发展趋势.文中总结分析了现有工程和理论研究中涉及的大规模海上风电直流送出拓扑,包括仅采用模块化多电平换流器的柔性直流换流站系统和二极管整流单元-模块化多电平换流器混合直流换流站系统,归纳了各方案的运行特点.为解决现有方案运行灵活性低、可行性差的问题,提出了一种多电压等级混合级联直流送出系统,从技术性和经济性两方面对方案进行了对比分析.最后,设计了多电压等级混合级联直流送出系统协调控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真分析对并网方案进行了可行性验证.     

直流微网中双向直流变换器的控制

将自适应控制与基于精确反馈线性化的滑模控制相结合应用于双向DC/DC变换器中,随着超级电容电压变化和负载的改变实时校正控制器参数。既解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,又能够减小系统的误差和提高系统的响应速度,更好地发挥超级电容稳定直流微网母线电压的作用。论文首先给出了变换器的状态方程,然后通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型的基础上设计了自适应滑模控制器。最后利用Matlab/simulink软件进行仿真验证,并与未引入自适应的控制效果进行比较,结果表明引入自适应后的控制效果较好。     

基于滑模变结构控制的VSC-MTDC输电系统控制策略研究

以提高电压源型多端直流输电系统运行的可靠性和稳定性为目的,对整个输电系统进行了控制策略的研究。首先通过分析变流站的拓扑结构建立了变流站在dq坐标系下的仿射非线性数学模型,针对该模型采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计了变流站自身控制器。然后结合直流电压偏差控制和直流电压斜率控制各自的优点,设计了基于直流电压分段控制的多变流站间协调控制器,实现了在主导变流站故障退出后,系统仍能保证直流电压稳定和功率平衡。最后以一个典型的四端直流输电系统为例,在MATLAB/Simulink中建立了详细的模型,通过仿真验证了其具有良好的动态性能,并且通过与传统控制策略对比表明了本控制策略的优越性。     

多端柔性直流换流站启停策略与操作分析

柔性直流输电是基于脉宽调制电压源型换流器的新一代直流输电方式,能够实现大型风电场和主网之间的稳定连接。本文介绍了南澳多端柔性直流输电示范工程,该工程本期为三端柔性直流输电系统,换流站采用单换流器双极接线、模块化多电平拓扑结构。通过对换流站的基本控制方式和启动回路分析,确定采用基于换流站自励充电的站间协调控制的启停策略,探讨了南澳三端换流站的启停操作步骤,通过对启停操作的分析获得表征状态变化的电量值。该工程投运后,证明所采用的启停策略及操作步骤正确有效。