弱电网不对称故障下基于正负序解耦的锁相环设计与研究

针对弱电网发生不对称故障下传统锁相环正负序解耦不完全的问题,提出了将四阶广义积分器应用于锁相环进行正负序解耦的思路。首先分析了弱电网不对称故障下传统锁相环引起的问题,揭示了不对称故障时端电压相位和幅值突变产生直流和谐波分量而进一步导致传统锁相环正负序解耦不完全的原因。然后分析了基于四阶广义积分器结构的锁相环的幅频特性和滤波性能,并进行广义积分器比例系数的设计。最后,在Matlab中进行了不同短路比下传统锁相环和基于四阶广义积分器锁相环的仿真对比,表明了所做设计的有效性。     

不对称电网电压下基于正负序分量检测风电换流器控制策略

提出了不对称电网的概念,阐述了电网电压不平衡产生的原因和典型的故障类型,给出了滤波器法和1/4周期延时法2种正负序分量检测方法。在正负序分量检测的基础上,讨论了针对不对称电网的改进的双闭环控制方案,通过建立正负序d、q坐标轴下的电流、电压和功率的方程,使得改进以后的双闭环系统可以使PWM换流器工作在不对称电网中,并保持输入电流正弦以及输出直流电压恒定。使用Matlab/Simulink工具进行了仿真验证,结果表明:基于正负序分量检测的双闭环控制策略能够在对称和不对称电网下都有良好的表现,因此可以实现故障电网下的不间断运行。     

弱电网不对称故障期间双馈风电系统动态稳定性分析

弱电网严重不对称故障期间双馈感应发电机与电网之间的动态耦合作用增强,使得风电系统存在振荡失稳的风险。为探索其振荡失稳机理,该文首先建立考虑控制器动态的双馈风电系统复频域阻抗模型。根据阻抗模型的输入输出特性,详细描述双馈风机和电网正负序阻抗之间的动态相互作用关系。并采用广义奈奎斯特判据综合评估不同因素对弱电网不对称故障期间双馈风电系统动态稳定性的影响规律,为故障过程中控制器带宽的选择提出建议。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。     

不平衡弱电网条件下微电网并网控制策略

弱电网条件下,电力负荷的不平衡造成公共连接点(PCC)电压出现不平衡,而传统跟踪算法难以保证并网过程平滑切换。针对此问题,提出了一种不平衡弱电网条件下微电网并网控制策略。设计采样电路获取三相电压并进行正负序分离,构建正负序分量独立控制的双闭环控制系统,实现电网电压的精准同步跟踪,保证并网过程的无缝切换。通过在Simulink中搭建仿真模型,设计测试场景,验证了该策略的精确性和有效性。     

正负序解耦控制的柔性直流系统交流故障特征

柔性直流电网换流站交流侧故障分析是交流侧故障配置的重要基础。针对柔性直流电网交流侧故障分析,提出了正负序解耦控制策略下换流器的序网等效方法,并在此基础上给出了交流侧不对称故障的序网图,从而分析了柔性直流系统交流侧故障特征,讨论了交流故障对直流系统的影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了柔性直流电网模型,并通过大量仿真验证了所提分析方法的可行性。     

电网不对称时并网逆变器不同约束条件下控制问题分析

当三相电网不对称时,基于传统双闭环控制策略的并网逆变器将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次谐波,从而影响并网逆变器系统的性能。针对这一问题,文中提出在正负序旋转坐标系下实现并网的控制策略,该控制策略基于电网不对称下的并网逆变器数学模型以及功率波动形式,由不同的控制目标得到不同约束条件(内环参考指令电流),并设计了相应的控制方法。为了有效并快速地分离出正负序量,提出了一种瞬时正负序分离方法,采用遗忘积分算法进行滤波。最后对比了各个控制目标下的实验结果,验证了所提出的正负序分离算法可快速地提取出电网电压的相角信息,且算法实现较简单。     

不平衡电网下风电并网逆变器直接正负序功率控制

为了提高风电并网逆变器在不平衡电网中的运行能力,提出了一种直接功率控制方案,该方案将系统有功和无功功率指令分解成正序和负序部分,分别独立控制。在两相静止坐标系下推导出并网逆变器采用瞬时有功和无功功率正负序分量作为状态变量,并揭示瞬时功率正序分量数学模型、负序成分状态方程存在交叉耦合项,导致系统功率精确解耦控制需要按照正序部分和负序部分进行单独闭环控制;依据电网电压正负序分量幅值将有功和无功功率指令分别按3种不同控制目标进行分解修正和功率闭环控制,产生参考电压矢量。采用无扇区空间电压矢量调制算法生成逆变器驱动控制信号。方案在整个实现过程中没有锁相环及坐标旋转变换等环节,增强并网逆变器电网跟随能力并减少控制算法所需硬件计算资源。     

光伏电站不对称故障LVRT控制策略研究

基于PSCAD/EMTDC平台建立光伏发电系统电磁暂态模型,分析电网不对称故障时光伏电站输出功率和光伏阵列工作点两倍频波动的产生机理。为滤除负序电流,提出正负序分离改进控制策略使光伏电站输出电流不含负序分量,输出标准正弦电流。为消除直流电压的波动,提出了直流电压波动抑制改进控制策略,使光伏阵列工作点稳定。最后在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真验证。     

线路不对称接地故障电流控制的新方法

分析不对称接地状态下调节串联电压和串联电感控制线路电流等于正常电流的可能性,并提出一种新型的故障电流控制器,它由并联变压器、串联变压器、可调电感和有载调节开关构成,该控制器等效于电压源与电感的串联,提出基于该控制器的故障电流的控制策略和控制方法,通过协调控制可调电感及与并联变压器原边绕组相连的开关位置,等效地控制了等效电压源的电压和串联电感,从而控制了故障线路电流,使其等于正常运行电流,并且不会引起系统过电压.实验和仿真证明了所提出的控制装置、控制策略和控制方法的正确性.     

正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析

为揭示电网不对称故障下逆变型分布式电源的故障特征及机理,基于功率平衡和特性受控的思想,推导了基于正负双序独立控制策略下的短路电流表达式并分析了短路电流的影响因素。分析结果表明:逆变型分布式电源的正、负序电流dq轴分量是电压跌落作用下的二阶响应,三相正、负序电流由于二阶响应的超调一般呈现先逐渐增大后衰减到稳态值的趋势;逆变型分布式电源不对称故障电流的稳态值与输出的有功功率、无功功率以及正序电压、负序电压大小有关,暂态特性与变流器的控制参数以及故障瞬间电流相位紧密相关。PSCAD仿真和录波数据验证了理论推导的正确性。分析方法能够有效地表征逆变型分布式电源的故障特征,为通过变流器并网元件的故障特征分析和相关继电保护研究提供了理论参考。     

电网不平衡故障下电力电子变压器控制策略

针对电网不平衡故障下电力电子变压器(power electronic transformer,PET)高压级的相间均压问题和对电网电压的支撑问题,首先对负序电流注入法进行了研究,推导了需注入的负序电流幅值和相位,分析了有功电流和负序电流对电网公共连接点(point of common coupling,PCC)电压的影响,然后提出了一种新的适用于PET相间均压的零序电压注入法。仿真结果表明,电网故障时,PET仅传输有功功率,会降低PCC点正序电压,输出无功后可有效支撑电网电压。负序电流注入法和零序电压注入法均可实现高压级相间均压,但负序电流注入法需高压级具备更大的电流应力,且抬升了电网负序电压,而采用零序电压注入法时,高压级三相电流对称,对电网负序电压无影响。PET隔离级所有双有源桥(dual active bridge,DAB)传输功率均衡,低压级输出电压和功率恒定,不受电网故障的影响。     

弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化研究

为了提高弱电网下双馈风机并网的稳定性,研究了弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化问题。首先建立了双馈风机系统接入弱电网的小信号模型,基于特征值分析法,发现电网强度较弱或风机输出功率较高时,会导致系统稳定性变差甚至振荡失稳。然后提出了一种弱电网下提高双馈风机稳定性的虚拟母线电压控制方法,相当于改变了锁相环跟踪并网点的位置,降低了电网阻抗,等效为提升了风机并网点的电网强度。接着分析了虚拟母线电压控制对系统稳定性的影响效果并分析了补偿因数和时间常数的设计范围,研究发现系统稳定性随着补偿因数的增加而增强,随着时间常数的增加而变弱。在Matlab/Simulink中搭建了双馈风机接入弱电网的时域模型并在半实物平台中进行实证,验证了该优化控制方法的正确性和有效性。     

弱电网下双馈风机多机系统直流电压控制时间尺度的建模与稳定性分析

研究了弱电网下双馈多机系统直流电压控制时间尺度的建模和稳定性。首先,建立了双馈多机系统直流电压控制时间尺度的小信号模型,包括直流电压控制、有功功率控制、端电压控制和锁相环,可以充分刻画风机直流电压控制时间尺度的动态特性。然后,通过特征根和主导振荡模态参与因子分析,研究影响双馈多机系统稳定性的主导风机和主导控制环路,其贡献点在于揭示不同控制带宽下影响双馈多机系统稳定性的关键因素。研究发现在双馈风机的各控制环路中,锁相环对风机稳定性的占主导地位,而直流电压环对风机稳定性的影响最小。最后,建立双馈多机系统时域仿真模型,验证了建模和稳定性分析结果的有效性。     

电网特性对滞环控制的并网逆变器稳定性的影响

在具有电感和电阻特性的弱电网条件下,研究滞环控制的并网逆变器稳定性问题。研究结果表明,过大的电感会导致并网电流出现跟踪松弛现象;过大的电阻会影响并网电流跟踪基准电流的幅值出现跟踪饱和现象。通过搭建一台5kW原理试验样机。试验结果验证了理论分析的正确性。     

弱电网条件下提升LCL型逆变器稳定性的控制策略

弱电网条件下,由于逆变器并网阻抗与电网阻抗之间不匹配程度增加,导致并网逆变器可能失稳.为提高逆变器的稳定性,提出一种可提高系统相角裕度的新型控制方式.根据逆变器的分层控制结构,分别在控制层的电流内环引入带有延时补偿的有限集模型预测控制,在电压外环引入逆模型前馈控制,通过这2种控制的引入降低了系统控制环路的阶数,提高逆变...     

永磁同步电机不对称运行负序分量特性分析

定子故障、转子故障以及其它原因均有可能引起永磁同步电机定子不对称运行,以往文献更多关注于常规电机某种故障下的负序电流分量,并未对负序分量进行全面的分析。以电动汽车驱动用永磁同步电机作为研究对象,建立了其仿真模型和实验平台,对定子绕组三相不平衡故障引起的不对称运行状态下的负序电流和负序阻抗进行了较为深入的研究。实验和仿真分析结果表明,随着故障不平衡度的增加,非故障相之间的夹角越来越偏离120°;故障状态下的负序电流远大于正常运行时的负序电流;故障状态下的负序阻抗远小于正常运行时的负序阻抗,且具有一定的鲁棒性。这些结论的获得为基于负序分量的永磁同步电机故障下的诊断提供了研究基础。     

基于正序电流故障分量的输电线路故障检测

高压输电系统中传统后备保护定值整定困难,灵敏度易受到高阻接地、潮流转移等影响。文中提出了一种基于正序电流故障分量的输电线路故障检测算法。采用线路两端正序电流故障分量的矢量和幅值与矢量差幅值的比值作为线路的故障判断量,给出严格的公式推导,建立了故障检测的判据。理论分析了线路的故障判断量的分布特性,与本线路阻抗、两端背侧的系统等效阻抗、故障点位置的关系,证明了其与过渡电阻无关。在系统发生振荡时,将求解的故障定位值作为辅助判据。IEEE 39节点系统仿真实验表明,各类故障发生时所提算法均能够正确检测故障线路且不受故障位置、过渡电阻等影响,在非全相运行、负荷潮流转移时也能检测出故障线路,对两端数据的同步性要求不高。