含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

直流配电网的暂态电压稳定控制策略

新能源与负荷侧换流器在短时电压振荡中的恒功率控制将表现出负阻抗特性,削弱直流电网阻尼,容易诱发直流电压持续性振荡。首先建立下垂控制下直流配电网的暂态电压稳定模型,阐述直流电压惯量与阻尼的定义,分析影响系统暂态特性的关键因素。其次,提出通过引入直流母线电压变化量,动态调整下垂系数,增强直流电压阻尼的控制策略。针对阻尼控制策略带来的直流压降增大的问题,通过改进直流母线电压外环控制,使其与电压阻尼控制策略结合,提出暂态电压稳定控制策略,不仅可以提高系统阻尼,并在电压振荡抑制后减小阻尼控制引起的电压偏差。最后,通过搭建六端直流仿真系统,验证所提控制策略可以有效抑制系统振荡,并可减小振荡后的电压偏差,显著提高系统暂态电压稳定性。     

多端直流配电系统VSC换流站交流电流反馈阻尼控制策略

多端直流配电系统VSC定功率站的恒功率特性与直流电网交互作用,易引起系统直流电压和电流的振荡甚至失稳。为此,文中提出一种适用于定功率站的交流电流反馈有源阻尼控制策略,该策略可充分利用已有交流量测量,并避免新的反馈通路引入。首先以定功率站平均值模型和背景直流配电系统戴维南等值电路为基础,分析不同阻尼策略的差异性及其在直流侧阻抗表征上的相互联系。其次,通过改变采样点和反馈点,得到交流电流反馈有源阻尼控制策略的降阶实现方式,并基于等值电路阻抗给出阻尼补偿环节参数设计方法。进而,建立计及所提阻尼控制策略的定功率站小信号模型,并推导能准确反映阻尼控制特性的输入阻抗模型。最后,以三端直流配电系统为例,通过波德图、小信号特征值轨迹和阻抗奈奎斯特曲线对比及Matlab/Simulink时域仿真和RT-Lab硬件在环实验,验证所提策略对抑制直流侧振荡和提升功率传输极限的有效性。     

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。     

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明：所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于超导磁储能装置的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的功率控制换流站对外呈现负阻性,降低了系统阻尼,使系统产生直流振荡甚至导致系统失稳。通过直流侧并联超导磁储能装置抑制系统功率振荡,以解决MMC-HVDC系统向恒定功率负载供电所导致的弱阻尼问题。建立了双端MMC-HVDC系统的小信号模型,通过小信号稳定性分析方法研究了影响MMC-HVDC系统稳定性的主要因素,并且验证了所提直流振荡抑制方法的有效性。在MATLAB/Simulink中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并与改变控制器的功率阻尼控制策略进行时域仿真对比,结果证明了所提控制策略能有效抑制系统振荡,提高系统稳定性。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性.为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略.该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和...     

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

直流电网建模分析与阻尼控制研究

直流电网数学建模是分析直流电网谐振特性和稳定性的基础,对于设计性能优良的阻尼控制器提高直流电网的运行特性具有重大作用。文章首先从换流器平均值模型出发,利用功率平衡原理,推导换流站线性化的戴维南等效模型。其次,考虑直流电网架构在内,建立直流电网的数学模型并研究直流电网的谐振特性和稳定性。再次,通过反馈换流站输出的直流电流,分析功率外环阻尼控制器的实现形式,并设计阻尼控制器的参数。最后,通过搭建的直流电网电磁暂态仿真模型以及RT-LAB实时仿真模型,验证所提阻尼控制策略具有能够有效抑制直流电网谐振电流和提高直流电网运行稳定性的能力。     

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题。为解决这些问题,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了"防火墙"的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

韶山换流站附加阻尼控制策略研究

研究了特高压直流输电工程接入受端交流弱电网之后可能导致的系统谐振振荡及其换流站的阻尼控制策略。首先,分析了特高压直流换流站的基本运行原理以及直流电压控制过程。其次,分析了交直流系统之间谐振振荡的传播特性,指出可通过抑制直流电流的振荡实现交直流系统的谐振振荡。再次,以直流电流作为反馈变量,提出了直流电压控制站的附件阻尼控制策略,并阐述了阻尼控制策略的机理。最后,通过搭建的电磁暂态仿真模型,验证了附加阻尼控制策略能够较好的抑制交直流系统的谐振振荡。     

含有恒功率负荷的直流微网鲁棒非脆弱模糊控制

当具有恒功率特性的负荷与源侧换流器级联时,会降低直流微网系统的阻尼,带来稳定性问题。针对上述问题,采用TS模糊模型,对含恒功率负荷的非线性直流微网系统进行建模。为有效抵抗直流微网和控制系统参数的不确定性,设计了一种鲁棒非脆弱控制器,在计算参数不确定矩阵的基础上,推导以线性矩阵不等式表示的Lyapunov指数稳定条件。经Matlab/Simulink仿真测试,所设计控制器满足直流微网对于稳定性的要求,能够提高闭环系统的暂态性能,对系统及控制器内部的不确定性拥有较强的鲁棒性。     

不对称工况下MMC-HVDC的故障穿越控制策略

模块化多电平换流器的内部及直流侧均呈现非线性强耦合的动态特性,这使得交流电网不对称极易引起整个交直流系统的功率波动。该文提出故障穿越策略基于换流器平均值模型,通过将环流电流、直流电流、零序电流从交流电流控制中解耦出来,在换流器内部消纳不对称故障产生的不平衡功率,在抑制直流侧功率振荡的同时完成换流器内部分布式电容的能量管理,均衡各阀、各桥臂、各相单元、各换流器的电容电压,保证系统在复杂工况下持续稳定运行。在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真验证,结果表明采用提出的控制策略,故障端可以保持良好的运行性能,非故障端的换流器运行特性与潮流阶跃工况下的运行特性相同。     

直流系统的控制策略对南方电网暂态稳定性的影响

分析了直流系统整流侧的控制策略对南方电网稳定性的影响。指出由于交流换相电压对直流特性的影响，定电流控制比定功率控制更有利于维持系统的暂态稳定性；而如果用恒电流负荷或恒功率负荷模型来代替直流系统时，则有相反的结论。通过量化分析方法揭示了上述现象的机理。     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

具有储能功能的模块化多电平换流器的控制方法

研究具有储能功能的模块化多电平换流器的控制方法,将模块化多电平换流器与电池储能系统相结合,适用于离岸风电场接入电力系统等柔性直流输电应用。系统在模块化多电平换流器的基础上,在子模块直流侧加入蓄电池实现储能。换流器两侧均可等效为受控电压源,可在储能容量范围内对直流侧馈入功率起到平滑作用。运行时,换流器交流侧有功无功电流解耦控制实现交流功率控制,换流器直流侧直流电流控制实现直流功率控制,给出子模块SOC控制方法和子模块组SOC控制方法实现系统中大量蓄电池SOC的平衡控制。计算机仿真分析表明,提出的系统可实现交直流功率控制和储能功能。