海上风电场并网控制系统建模与仿真

针对海上风电场容量大、距离远的特点,提出了基于电压源换流器（VSC）高压直流输电（HVDC）的海上风电场并网方案,分析了双端口VSC-HVDC的基本运行原理和VSC的数学模型,建立了连接风电机组侧VSC的功率控制器和连接并网侧VSC的电压控制器。为验证方案的可行性,在MATLAB/Simulink中建立了双端口VSC-HVDC的海上风电场并网模型,并模拟实际运行情况进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的并网方案以及设计的控制系统能够实现海上风电机组的并网和稳定运行。     

基于有功和无功独立调节的VSCHVDC控制策略

以电压源换流器（VSC）的稳态模型为基础，通过坐标变换推导出VSC功率传输方程的直角坐标形式。新方程只有单通道耦合作用，可以通过简单曲线描述VSC的功率传输特性，并且可以求得控制量与功率值之间的解析关系式。采用逆系统方法设计了VSC的功率传输控制系统，以及基于有功、无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。仿真结果表明所设计的控制系统具有优良的控制品质，实现了VSC传输功率的独立、灵活调节，很好地实现了VSC-HVDC系统向有源网络供电时的一端定直流电压、另一端定传输功率控制。     

VSC-HVDC主电路拓扑及其调制策略分析与比较

立足电压源换流器（VSC）-高压直流（HVDC）输电工程实际,旨在解决选用何种VSC拓扑方能使VSC-HVDC输电达到最佳性能,即找出相对最优的VSC拓扑及其调制策略。结合相应衡量指标,首先比较研究了两电平VSC采用不同调制策略时的特性,此比较研究较好平衡了两电平VSC谐波特性与开关频率这一对矛盾体;接着,对此比较研究中得出的相对最优拓扑与两电平12脉动、三电平二极管钳位及模块化多电平VSC间的特性进行分析;最后,得出结论:基于特定次谐波消除脉宽调制的两电平VSC与模块化多电平VSC为切实可行的2种换流器     

VSC-HVDC系统新型广义直流电压控制策略

建立了基于电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）（VSC-HVDC）输电系统的标幺值数学模型。为了抑制系统故障时直流电压的波动幅度，基于上述模型，提出了一种新型广义直流电压控制策略。在此控制策略下，换流站间不需要通信，外环有功功率控制器为一个广义直流电压控制器（GDCVC）。当直流电压因交流系统受到扰动或直流电压控制器（DCVC）故障等原因而不能有效维持直流电压时，维持和限制直流电压的功能可平滑、自动地由有功功率控制器接替，从而达到保护设备安全运行、提高系统持续运行能力的目的。仿真表明，文中提出的控制策略在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果，对实际VSC-HVDC系统的控制器设计具有参考意义。     

包含VDCCOL的VSC-HVDC改进控制策略

在交流系统故障或者甩负荷等暂态过程中，由于有功功率不平衡，电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）输电系统直流侧会出现过电压或者欠电压现象，危及换流阀、直流电容器和直流电缆等设备的安全。为了限制暂态过程中直流电压波动幅度，提出了一种改进的控制策略，即在外环有功功率控制器中增加了一个依赖于直流电压的电流指令限制单元（VDCCOL），它通过内环电流控制器有功电流指令的变化来反映直流电压的变化。当直流电压异常时，VDCCOL根据预设的特性迅速修正外环功率控制器输出的有功电流指令值，减缓有功功率的不平衡，从而达到限制直流过电压/欠电压的发展、保护设备安全运行和避免频繁切机等目的。仿真研究表明，文中提出的控制策略能有效地抑制故障条件下直流电压波动幅度，提高系统的运行特性。     

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制（SPWM）时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

谐振复位软开关双管正激型DC/DC变换器

提出一种谐振复位软开关双管正激型DC/DC变换器。它将谐振复位方式应用到双管正激变换器中，解决了双管正激变换器占空比不能大于0.5的缺点，同时保留了双管正激开关电压应力小的优点。此外，该拓扑利用谐振复位的特点和副边串接饱和电感的方法实现了所有开关的软开关，因此可以应用于高输入电压、宽范围、高效率要求的场合。文中对该拓扑的工作原理和特性以及软开关的实现和设计进行了详细的描述。最后通过实验验证了该拓扑的上述优点。     

特高压直流输电线路融冰方案

针对输电线路覆冰严重影响特高压直流输电可靠性的问题,研究了特高压直流输电线路融冰的2种方案:预防性融冰方案和紧急融冰方案。预防性融冰方案是使特高压直流工程的2个极功率方向相反,可以在直流双极总功率很小的情况下实现较大的线路电流,防止线路覆冰形成;紧急融冰方案是将特高压直流换流器从串联接线方式转换为每站2个换流器并联运行,产生很大的融冰电流,可迅速融化已经形成的覆冰。文中提出了特高压直流工程紧急融冰方案的控制策略,即整流侧并联的2个换流器均处于定电流控制,逆变侧并联的2个换流器一个为定电流控制、另一个为定电压控制,逆变侧定电流换流器的电流参考值为线路电流测量值的一半,达到平均分配电流的目的,定电压状态的换流器控制整个极的直流电压。上述融冰方案的实施将大大降低覆冰对特高压直流输电系统可靠性的影响。     

多端电压源型直流输电系统的控制策略

以提高多端电压源型直流输电系统的运行可靠性为目的,提出了基于直流电压 — 有功功率调节特性的多端直流输电系统控制策略。在系统负荷发生突变或任一换流站故障退出后,所有具备功率调节能力的换流站根据给定的调制方式在一定程度上分担系统功率的缺额,这样既维持了系统内的功率平衡,又避免了单个换流站承担功率过大的情况。最后通过数字仿真验证了所提出的控制策略设计的正确性和可行性。     

基于电容能量的海上风电柔性直流快速功率控制

经过柔性直流输电并网的海上风电会对电力系统的稳定性产生显著影响,按照GB 38755-2019《电力系统安全稳定导则》要求,海上风电厂需要具备快速调节有功功率的能力。研究并提出了一种利用柔性直流换流器分布式电容存储的能量来实现海上风电并网点有功功率紧急调节的控制方法。通过设计特定的电容电压变化曲线,实现交流功率按照预定的目标曲线变化,而且在调节过程中不会对直流侧有功功率和直流电压产生扰动,可避免影响直流侧系统的运行。在此基础上,通过开展电磁暂态仿真,验证了该控制方法的有效性。研究成果可为经柔性直流输电并网的海上风电提供一种无需加装额外设备、对直流侧无扰动的有功功率快速调节途径,并能有效提高海上风电的并网性能指标。     

电网不对称故障下直驱风电机组低电压穿越技术

分析了直驱风电变流器在电网不对称情况下的表现,提出一种适用于该情况的网侧变流器控制策略,并将其与直流侧Crowbar电路配合,实现电网不对称故障下的低电压穿越。直驱风电机组与电网间的功率交换完全通过变流器实现,电网不对称故障引起的有功功率波动在变流器上表现为直流侧电压大幅波动。控制策略以稳定输出有功功率为目标,基于同步旋转坐标系和正负序分解得出控制模型,并综合考虑电流安全限值、系统复杂程度等问题,给出额定功率附近运行时发生不对称故障的穿越方案。使用MATLAB建立仿真模型,给出不对称故障下的仿真结果,证明方案可行性。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制（PWM）变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行，要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略，该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器，并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性，为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础，同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

基于LMI方法的VSC-HVDC多重模型阻尼控制器设计

电压源换流器式高压直流输电（VSC-HVDC）具有快速功率调整特性，结合相应附加小信号阻尼控制策略可以提高系统的低频阻尼能力。基于线性矩阵不等式（LMI）的优化方法为电力系统阻尼控制提供了新的设计途径。文中采用2步LMI优化方法，在建立系统多个运行点小信号模型基础上分别设计单一模型和多重模型运行点阻尼控制器，以改善系统阻尼特性。在PSASP中对 3机系统的时域仿真分析表明，基于多重模型的阻尼控制器具有较强的适应性，可在大范围运行条件下向系统提供足够的阻尼。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统混合调制方式

提出了一种适用于基于电压源换流器的直流输电系统的混合调制方式，可满足输电系统的暂态响应和稳态特性的需求。控制系统配置正弦脉宽调制（SPWM）和最小开关损耗2种调制方式:系统受到扰动或处于暂态时，采用响应速度快的SPWM，提高系统的暂态控制能力，改善暂态响应特性;系统处于稳态运行时，则采用最小开关损耗控制，提高系统运行的稳态特性和经济性。使用状态监测器监视系统状态，据此动态地选择合适的调制方式。描述了混合调制方式的基本原理，并基于PSCAD/EMTDC数字仿真软件，对该调制方式的控制效果进行了仿真验证。结果表明，所提出的混合调制方式具有良好的控制性能和稳态损耗特性，适于工程应用。     

分布式发电对配电网电压分布的影响

靠近负荷中心的分布式发电系统对配电网有着多方面影响。文中研究了分布式电源接入放射状链式配电网络前后负荷节点电压的变化。针对开式配电网，运用潮流程序进行多分布式电源接入后电压分布的计算。提出专门评价节点电压前后变化的指标。结合分布式电源出力变化、接入位置变化以及与线路电压调节配合的试验，全面总结了分布式电源在配电网中接入位置、出力限制等方面的运行规律。研究结果表明只有合理正确运用分布式电源，才能真正发挥电压支撑作用。     

直流母线电压控制实现并网与最大风能跟踪

针对永磁同步风力发电机加不控AC/DC和可控DC/AC结构，提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了可控DC/AC通过功率解耦控制直流母线电压的原理。提出采用可控DC/AC对直流电容充电的直接并网方法，并详细讨论了充电电流和限流电阻的取值范围。分析了直流母线电压与发电机转速之间的关系，提出采用直流电压变步长扰动代替转速定步长扰动实现最大风能跟踪，进一步提出采用功率变化量平方的比例值作为扰动值。详细的仿真验证了文中提出的控制策略简单、可行，适用于并网型永磁同步风力发电机。     

2008年国际大电网会议系列报道——高压直流输电和电力电子技术最新进展

介绍了2008年国际大电网会议（CIGRE）中高压直流输电和电力电子技术委员会（SC B4）的主要专题和论文。涉及的技术领域包括:现有高压直流输电（HVDC）工程运行、可行性研究、规划、设计、可靠性标准，以及±800 kV特高压直流和基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）工程的新进展、灵活交流输电（FACTS）装置的应用和最新发展、新型大功率电力电子装置的发展和应用等。     

交流不对称情况下交直流系统谐波分析计算方法

分析了交流系统发生不对称故障时考虑换流阀非等间隔导通、三相换相角不相等和换相电流非线性等因素的换流器动态过程,建立了基于基本分量、修正分量和换相分量的三相电压电流开关函数以及换流器序分量开关函数模型,实现了在交流不对称情况下对交直流系统的精确分析计算。提出了考虑交直流系统间谐波相互作用及换流器不对称运行状态的交直流系统谐波分析计算方法,以代数解析表达方式揭示了交直流系统间谐波相互作用的机理。将所提出的方法应用于国际大电网组织（CIGRE）高压直流（HVDC）标准系统和南方电网贵广Ⅱ回HVDC系统的谐波分析计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果相比较,表明所提出的方法准确、有效,为交直流混联系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。     

直流系统短路故障的快速识别与短路保护

提出了利用霍尔传感器测量直流系统回路电流、母线电压，以电流、电压综合判据快速识别直流系统短路故障的方法。采用可控直流断路器替代传统的熔断器法，将交流系统三段式微机电流保护原理应用于直流系统的短路保护，设计了辐射式Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段直流供电回路，同时为防止在切除故障支路时因Ⅱ，Ⅲ段开关同时拒动，而由Ⅰ段开关切除故障引起的其他供电支路电源消失问题，对Ⅲ段直流供电回路采用了备用开关自投方案，并研制了直流系统三段式微机电流保护装置。分析了该装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性。通过对样机的仿真实验和现场运行，表明了该原理与方法的有效性和实用性。