功率硬件在环仿真中功率接口直流电压控制及电容参数设计

作为功率硬件在环(PHIL)仿真中连接数字侧和物理侧仿真的互联装置,功率接口对PHIL仿真系统的稳定性起决定性作用。物理侧负载扰动所引起的直流电压波动是影响功率接口的稳定运行的关键问题之一。针对这一问题,为了提高PHIL仿真系统稳定性,考虑控制时滞,提出一种基于直流输出电流前馈的直流电压改进控制策略,并给出了其前馈系数的参数设计方法。根据变流器交直流侧有功功率平衡关系,利用小信号分析方法,建立了功率接口交直流统一模型,通过该模型分析并证明了所提控制策略在负载小扰动情况下抑制直流电压波动的有效性。提出一种直流电容参数计算方法,并证明前馈控制可以有效地减少直流电容。最后,仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

柔性高压直流输电系统数字物理混合仿真功率接口及其算法

提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数字物理混合仿真阻抗实时匹配的接口算法。针对功率接口引起的数字物理混合仿真系统稳定性和精确性问题,在采用戴维南等效方法建立MMC模型的基础之上,构建基于阻尼阻抗法的双端高压直流输电数字物理混合仿真系统;通过数字仿真验证该系统良好的稳定性性能,同时也揭示出接口延时对仿真精确性的影响。提出基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,可减小接口延时产生的系统误差,提高数字物理混合仿真系统的精度。仿真结果表明,所提改进阻尼阻抗接口算法能够保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,功率最大相对误差小于2%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

基于虚拟线路补偿的主动配电网混合仿真接口实现方法

数字物理混合仿真是未来主动配电网仿真分析的有效手段,而接口算法是确保其系统稳定性和精确性的关键。针对现有接口算法无法适用于主动配电网混合仿真的问题,文中提出一种基于虚拟线路补偿的改进功率接口算法。首先,在分析理想变压器法结构与稳定条件的基础上,提出在数字侧与物理侧间增设一条虚拟线路。然后,基于线路上虚拟电流对系统进行稳定性补偿,并给出了线路阻抗的取值范围。同时,针对接口固有延迟及稳定性补偿引入的误差,提出根据虚拟线路上流过的虚拟功率对接口两侧的相位差进行补偿,以保证精确性。最后,通过仿真和实验将所提方法与现有算法相比较,验证了所提方法在提升主动配电网混合仿真系统稳定性及精度上的有效性和优越性。     

功率硬件在环仿真稳定性分析及功率接口研究

功率接口装置作为连接数字仿真与被测实物的重要环节,对于功率硬件在环(PHIL)仿真技术的稳定性与精度起到决定性作用。基于PHIL接口等效建模理论,建立PHIL的电路模型,分析其稳定性;基于重复控制理论,设计功率接口控制策略,保证仿真稳定性与精度;加入电压外环P控制,提高动态性能。搭建PHIL仿真试验平台,以380 V、50 k W功率接口装置实现了复杂系统的混合实时仿真,且稳态特性好、动态响应快、鲁棒性强。     

级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略研究

本文研究了受端级联型混合直流输电系统的控制特性,分析了受端柔性直流在下垂控制模式下对级联型混合直流控制特性的影响,明确了混合级联直流的总体UI特性曲线。相比于主从控制,采用下垂控制的MMC具有同时控制直流电压和直流功率的能力,不会出现功率反送现象。但在下垂控制作用下,MMC无法实现直流电压的准确控制。因此,本文提出一种受端级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略,该策略可根据系统直流电流的变化,实时调节下垂特性,避免MMC的直流电压随直流电流的变化而产生波动。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提控制策略的有效性,该策略可实时自适应调节下垂特性,实现直流电压的准确控制,提高了混合直流输电系统的稳定性。     

直流电网暂态过电压机理与抑制策略

在柔性直流输电系统受扰后,当直流电网存在盈余不平衡功率时,将导致直流过电压问题,进而对IGBT、电容器等器件造成不可逆的损坏。针对直流电网故障下的直流过电压问题,首先分析了不平衡功率导致直流过电压的机理,得到了直流电压与直流电网内不平衡功率的定量关系;然后提出一种抑制直流电压上升的虚拟调制控制策略,并针对单极和双极2种故障类型采取2种不同控制策略;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证发生受端短路故障、受端单站闭锁故障和受端单极闭锁故障3种典型故障时所提控制策略的有效性。仿真结果表明,虚拟调制控制策略能有效地延缓直流电压上升速度,与耗能装置配合可以显著降低耗能装置的投入容量。     

送端交流不对称故障下LCC-MMC-HVDC穿越控制策略研究

混合直流输电系统将LCC-HVDC和VSC-HVDC进行优势互补,其发展面临的一个问题是:当送端交流系统发生不对称故障时,LCC-MMC混合直流输电系统将面临输送功率跌落甚至中断和直流侧二倍频波动的问题。首先阐述了LCC-MMC-HVDC的拓扑结构、数学模型和基本控制策略,在分析系统在送端交流不对称故障情况下暂态特性的基础上,提出集功率续传和二倍频波动抑制为一体的穿越控制策略:基于主动降压控制的功率续传策略通过改变逆变侧MMC运行点减小输送功率跌落幅度;三次谐波注入法增大了逆变侧直流电压的可调节范围;直流电压波动抑制策略中,逆变侧直流电压作为唯一控制变量,有效降低送端交流系统负序分量对系统逆变器及受端系统造成的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型,算例仿真结果验证了所提出穿越控制策略的有效性。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法EI北大核心CSCD

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modularmultilevelconverterbasedhighvoltage directcurrent,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法

含柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。文中提出了一种新型的交直流混合配电网的协调控制方法。首先,根据互联装置交流侧运行状态将系统分为了9种不同的运行模式,并依照不同运行模式的控制需求提出了互联装置、储能单元以及光伏发电单元的控制策略。针对下垂控制的直流电压偏差问题,采用直流电压二层控制进行补偿。同时为了避免深度放电,提出了基于荷电状态带有缓冲区的减载算法,能够有效减小直流电压波动,而对于深度充电问题,提出了采用光伏发电单元同时切换至分层直流下垂控制实现直流电压恒定,实现按照容量比例进行均分。最后,通过仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出方法的有效性和可行性。     

柔性励磁系统的强励协调控制策略

为了提升电力系统暂态稳定性,根据等面积法则,提出了一种柔性励磁系统强励协调控制策略。当通过故障时增大直流侧电压的方法增大励磁电压顶值,提升系统强励能力,解决了现有柔性励磁系统强励能力受限于直流侧电压的问题。采用以直流侧电压平方值为控制量的线性化间接电压外环控制和基于合成矢量的无电感电流内环控制,提升电压外环动态响应能力,降低网侧电感对控制效果的影响,保证直流侧电压快速响应能力,提供更好更强的强励效果,实现强励协调控制。最后,基于柔性励磁的单机无穷大系统进行了仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性及其相对于传统控制方法的优异性。     

含储能双母线直流微电网电压和功率协调控制

双母线直流(direct current, DC)微电网采用传统的下垂控制时,存在电压控制性能与功率分配精度的局限性。为此,提出一种考虑储能荷电状态(state of charge, SOC)均衡的电压和功率协调控制策略。首先,对于高压或低压侧母线电压稳定和功率分配问题,在电压/电流双环控制策略的基础上,采用基于SOC幂指数的自适应系数动态改变功率分配比例,对电压和功率进行精确控制。其次,针对双直流母线由于功率不平衡造成的电压偏移问题,根据双侧直流母线电压差以及高/低侧的工作模式,制定高/低压母线之间DC/DC变换器的控制策略,保证高/低压侧功率平衡和电压稳定。最后,利用Matlab/Simulink软件建立不同工况下双母线直流微电网模型,并进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略可改善功率分配和电压控制精度,使各储能SOC趋于一致,同时实现高/低压直流母线之间功率相互支撑。     

PWM整流器在旋转导向中的应用研究

论述了PWM整流器与传统整流器在旋转导向中的优缺点;推导三相电压型PWM整流器（VSR）在同步旋转坐标系下的数学模型,采用双闭环PI控制结合SVPWM的控制策略,并对SVPWM控制的实现过程进行了详细介绍,最终通过MATLAB Simulink搭建仿真模型,对电源侧电压波形、电流波形、直流侧输出电压波形以及电源侧电流FFT进行分析,仿真结果表明该控制策略能实现电源侧电压与电流相位同步,谐波含量低以及直流侧电压快速达到给定值,从而满足了旋转导向系统的供电稳定性。     

滑窗迭代DFT法APF直流侧稳压控制研究

有源电力滤波器(APF)是抑制电网谐波的新型方法,其补偿性能主要取决于谐波检测环节和控制环节,同时直流侧稳压控制是APF正常工作的前提。引入滑窗迭代DFT谐波电流检测方法;提出一种稳压电流各相均分的直流电压控制策略;从功率平衡的角度分析了电压环PI调节器参数设计方法。建立仿真模型及设计实验样机,仿真和实验均验证了滑窗迭代DFT法谐波检测的快速性和精确性,以及所提直流侧稳压控制策略的正确性。     

基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。     

基于双电压环补偿的直流微网下垂控制

针对直流微网传统下垂控制中分布式电源(distributed generation,DG)输出功率分配精度和电压维持额定值间的矛盾,提出了一种基于双电压环补偿的直流微网下垂控制方法。该方法基于集中式二级控制和对等下垂控制策略,在二级控制中引入双电压环控制,其中,第一电压环保证负载功率的高精度分配,第二电压环抬高系统电压,使其更接近额定值。该策略使直流微网系统具有良好的稳态和动态分流特性,能够实现不同容量等级变换器间输出功率的精准分配,且同样适用于本地负荷不匹配的情况。仿真结果表明该控制方法可以保证良好的功率分配精度,维持电压在较高水平,并兼顾系统的动态响应。     

基于最优潮流理论的MMC-MTDC直接功率控制策略

为了降低多端直流输电系统中电网三相不平衡故障对系统直流电压、功率调节的准确性和快速性的不良影响,基于最优潮流控制理论提出一种直接功率控制策略。首先分析系统损耗对网络潮流的影响,提出无需知道网络参数的最优潮流优化方法,得出期望功率参考指令;然后在对模块化多电平换流器瞬时功率特性分析的基础上,以消除电网不平衡时直流电压波动为目标设计直接功率控制器,针对故障电压降落和交流侧负序电流对功率参考指令进行修正,并采用前馈解耦控制直接建立功率与电压的关系。最后在PSCAD仿真平台上搭建四端直流输电系统,结果表明该控制策略在稳态和暂态故障情况下都可实现系统潮流最优分配和直流电压稳定的目的。     

基于电网电压增量前馈补偿的光伏并网系统故障后恢复控制

光伏直流升压汇集系统经较大过渡电阻的故障清除后,存在直流变压器难以切换回原有控制策略的问题。针对此,在分析故障点过渡电阻和直流电压波动量之间关系的基础上,提出了一种基于电网电压增量前馈补偿的故障后恢复控制策略。在故障清除时,通过监测电网电压增量值,采用修正逆变器控制外环直流电压参考值的方式短时增大直流母线电压的波动量,从而使直流变压器实现控制策略的可靠切换。仿真结果表明,所提方法在交流电网经较大过渡电阻发生的故障被清除后,光伏侧控制策略能可靠且快速地进行切换,有效提高了光伏的利用率。