基于准PR控制器的MMC-HVDC的控制及环流抑制策略

基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的柔性直流输电HVDC(high voltage directcurrent)系统日益受到关注。传统dq坐标系下双闭环比例积分PI(proportional integral)控制需要前馈解耦,特别是在电网电压不平衡时,需要正负序分解,而环流抑制的方法也过于复杂。在分析模块化多电平换流器型直流输电MMC-HVDC工作原理的基础上,给出了αβ坐标系下,基于准比例谐振QPR(quasi proportional resonant)控制器的MMC-HVDC的控制策略,无需前馈解耦和正负序分解,控制器设计简单,同时也给出了一种基于QPR控制器的有效抑制2倍频环流的新方法。在PSCAD(power systems computer aided design)中对上述控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明了所提策略的正确性和有效性。     

基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究

文中提出了一种基于内环电流状态反馈解耦控制的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)高压直流输电(HVDC)系统控制策略。首先,在d-q同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC的数学模型,然后建立含内环电流控制和外环控制的MMC-HVDC双环控制系统。内环控制器实现对同步旋转坐标系下d轴电流、q轴电流精确跟踪控制,通过状态反馈解耦控制,实现dq轴电气量解耦的内环电流控制;对内环控制器进行极点配置,提高其稳定性,使内环电流控制器可以简化为一阶惯性环节。外环控制采用PI控制,以适应换流器的多种运行方式。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端MMC-HVDC系统并进行仿真,仿真算例结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。     

基于状态反馈精确线性化变结构控制的SSSC控制器设计

提出一种基于状态反馈精确线性化变结构控制的静止同步串联补偿器(SSSC)控制器设计方法.考虑到SSSC交流侧电压幅值和相角以及直流侧电容电压的动态调节过程,建立了SSSC在同步旋转dq坐标系下的非线性数学模型,在此模型的基础上,采用状态反馈精确线性化方法将原非线性系统转化为线性系统.然后,应用变结构控制原理设计SSSC控制器,同时通过PI控制稳定直流侧电容电压.最后,利用MATLAB仿真软件搭建了装设有SSSC的110kV输电系统的仿真模型,仿真结果表明了所设计的控制器能够很好地根据需求来改善电网输电能力,具有良好的暂态控制性能.     

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。     

应用于VSC-HVDC输电的谐波抑制控制器

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电工程在运行工况变化时,换流电抗器电感参数将随之变化,双闭环解耦控制器中含有电感参数的电流内环解耦将不准确或失效。为此,提出了一种dq同步旋转坐标系下无电感参数的解耦控制器。针对VSC-HVDC交流系统5、7、11、13等低次谐波含量较大的问题,提出了一种PI与准PR级联的控制器。算例仿真结果表明所提解耦控制策略可实现有功和无功的独立快速调节,能够有效抑制交流谐波,提高VSC-HVDC并网的电能质量。     

基于内模控制器的MMC-HVDC稳态控制

模块化多电平高压直流输电系统(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)通常采用基于比例积分(proportional integral,PI)的双闭环矢量控制,而PI调节存在响应速度慢、dq电流需要旋转解耦等问题。为此文章提出在两相静止坐标下基于内模控制的MMCHVDC稳态控制方案。首先分析了两相静止坐标下的MMCHVDC数学模型,然后结合内模控制的特性,对电流内环的控制结构和参数进行设计,并将内模内环与PI外环结合构造出双闭环控制结构。最后在Matlab/Simulink中搭建了MMC-HVDC系统模型,对多种工况进行仿真。仿真结果表明,所设计的控制器能够有效抑制母线电压波动,并能对负荷变化快速响应,提高了系统的鲁棒性。     

电压源换流器高压直流输电系统的精确线性化变结构控制器设计

建立电压源换流器高压直流输电系统在同步旋转dq坐标系下的暂态非线性数学模型。为实现对这个非线性系统的控制器的直接设计,采用状态反馈精确线性化的方法,将非线性的数学模型转化成线性的形式。然后,运用变结构的控制方法,设计整流侧和逆变侧的控制器,从而实现直流侧电压恒定和有功、无功功率的独立解耦控制。最后,建立Matlab的仿真模型进行仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的暂态控制性能和较强的鲁棒性。     

基于电网电流检测的配网静止同步补偿器控制方法的研究

针对配网静止同步补偿器(D-STATCOM)常用的基于负载电流检测方式的dq解耦控制在负载不平衡时补偿效果欠佳的问题,文中提出一种以单位功率因数为控制目标的基于电网电流检测方式的dq解耦控制方法。文中以电网电流为状态变量建立数学模型,并在dq变换的基础上,进行dq解耦PI控制器的设计。该方法省去了负载无功电流检测环节,简化了控制系统,且在负载不平衡的情况下也能取得较好的补偿效果。仿真结果验证了该控制方法的有效性和可行性。     

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。     

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。     

双馈感应风电机组低电压穿越控制策略研究

提出一种基于撬棒理论并在低电压穿越阶段改变风电机组功率参考值以抑制转子过电流和直流母线过电压的双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越控制器设计方法。建立DFIG在同步旋转dq坐标系下的数学模型并进行功率解耦,确定撬棒电阻的阻值,最后利用MATLAB仿真软件搭建1.5MW的DFIG系统仿真模型。仿真结果表明,该控制器能抑制转子侧过电流及直流侧过电压,实现DFIG的低电压穿越。     

基于dq0同步坐标的柔性直流输电控制策略及仿真研究

基于电压源型变流器的柔性直流输电技术(VSC-HVDC)作为一种新型高压直流输电技术,具有很多技术优点和广阔的应用前景.目前,国内对该技术的研究处于起步阶段,诸多基础理论问题尚待深入研究.介绍了柔性直流输电系统的拓扑结构和工作原理,建立了基于dq0旋转坐标系的VSC-HVDC系统的数学模型,并在此基础上设计了基于稳态逆模型结构的有功控制器,定无功控制器和定直流电压控制器,并对其异步电网互联的运行情况进行了仿真研究.仿真结果表明,应用基于dq0旋转坐标系的直接电流控制方法可以很好地实现异步电网互联的功率传输,具有抗扰性好、稳态精度高、响应速度快等优点.     

改进型解耦控制的牵引网低频振荡抑制研究

鉴于电气化铁路中采用基于双闭环瞬态直接电流控制的网侧整流器在发生牵引网低频振荡时通过调节 PI 控制器参数来抑制振荡的局限性,文中提出一种基于dq解耦控制的主动阻尼补偿的新方法,实现了网侧变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制,将直流侧电压信号反馈至电压环控制器,再通过反馈环节进行阻尼补偿。仿真对比不同控制策略下网侧整流器应用于车网系统仿真模型的工作特性,结果表明,基于dq解耦控制的主动阻尼补偿方法能够实现实时无静差跟踪并具有良好的抗干扰性能,能够较好地抑制高速铁路牵引网低频振荡。     

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。     

静止同步串联补偿器的变结构控制器设计

为了提高静止同步串联补偿器的稳态性能和补偿灵活性,采用变结构控制设计其控制器,整个设计基于对输电线路电流的锁相.由于SSSC的数学模型在dq坐标下是一个非线性强耦合系统,文中采用基于非线性反馈的逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性模型,设计出伪线系统的变结构控制律,对直流侧的隐动态采取PI控制.最后建立SSSC的仿真模型对其进行仿真试验并同PI控制进行了比较.结果表明本控制策略的高效性.     

基于粒子群算法的VSC-HVDC控制参数优化

随着大功率电力电子技术的发展,电压源型直流输电得以实现,为了简化这种新型的直流输电方式控制器设计和提高系统鲁棒性,采用了结合PI控制器的双闭环控制。以两端均为有源网络的电压源型直流输电系统为研究对象,以Matlab/Simulink为研究平台,利用粒子群优化算法,对VSC控制器参数进行了优化。建立直流输电的暂态数学模型,据此分析其控制器结构,选定需要优化的控制参数。将粒子群算法程序与直流输电仿真模型结合进行仿真计算,通过多次迭代得出优化的控制器参数,并与原始参数进行系统性能对比,验证该方法的可行性。     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法

提出一种柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法,通过利用柔性直流(VSC-HVDC)的灵活可控性为弱交流电网的频率和电压提供辅助支撑能力。首先,分析了柔性直流控制系统的工作原理,建立了VSC双环解耦控制的数学模型;在此基础上,提出了一种改进的双环PI解耦控制系统,分别设计了带有频率附加控制的有功功率控制器和带有电压附加控制的无功功率控制器,能够有效改善弱交流系统频率和电压的稳定性;采用了带功率偏差补偿的下垂反馈控制,改善了系统的动态响应,扩大了柔性直流的稳定运行范围。时域仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于SVPWM的STATCOM电压电流双环控制

提出一种基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的静止同步补偿器(STATCOM)控制方案,并讨论了电压电流双环控制器的简化设计方法.该方法利用锁相环(PLL)和低通滤波器(LPF)检测负载电流中无功电流的大小,通过dq变换实现STATCOM无功电流和有功电流在dq平面的解耦控制.同时.直流电压外环控制器输出耦合到有功电流控制环路实现直流电压稳压控制.为利用SVPWM调制方法控制STATCOM输出电压控制其输出电流,控制器通过PI调节器将电流控制变量变换到电压矢量空间.全部控制算法在单片现场可编程逻辑门阵列(FPGA)中采用VerilogHDL硬件描述语言设计和综合实现,并应用在500 kV·A容量样机的控制上.仿真和实验结果显示该控制方法具有动态响应速度快、调制深度高、输出电流谐波畸变率低等优点.