考虑谐波耦合的多变流器并网系统建模及交直流谐波交互特性分析

新型电力系统中高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入的特征带来异于传统电网下的谐波交互问题,多变流器拓扑的谐波耦合交互特性亟待研究。首先,基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)对多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system, MGCCS)建立考虑谐波耦合的谐波传递函数矩阵模型,综合考虑了系统各控制环节对状态变量的影响以及变流器的级联、并联。其次,基于所建HSS模型明确定义谐波耦合系数,并用于揭示多变流器拓扑的谐波耦合机理,分析级联、并联变流器谐波交互特性。然后,应用谐波耦合系数量化分析MGCCS中滤波电感、电流环、锁相环等关键参数对系统谐波交互的影响。最后,将HSS模型和Matlab/Simulink模型、RT-LAB模型的结果进行对比,验证了所建HSS模型的精确性,以及谐波耦合系数理论应用于系统交直流谐波交互分析的有效性。     

考虑频率耦合及交直流端口耦合效应的并网变流器三端口导纳模型

三相并网变流器的阻抗/导纳建模对分析系统稳定性具有重要意义。传统研究大多只关注变流器的交流侧频率耦合效应和内环控制动态,但很少关注变流器交直流端口间的耦合效应及外环动态。该文提出一种三相变流器的三端口导纳模型,可以同时计及交流侧频率耦合和变流器交直流端口间动态耦合的影响,并使得各端口自身的小信号动态建模过程更为直观。通过所得模型展示了交直流耦合和频率耦合对系统稳定性的显著影响,并结合时域仿真验证了所提模型的准确性。     

基于MMC的背靠背异步联网系统宽频带频率耦合阻抗模型及小信号稳定性分析EI北大核心CSCD

背靠背变流器的稳定性分析是保障电力电子化新型电力系统安全可靠运行的重要基础。该文建立详细模型,研究了基于模块化多电平变流器三相对称背靠背异步联网系统的小信号稳定性。首先提出一种系统频域稳态分析方法并使用牛顿-拉夫逊迭代快速求解多谐波变量。进而基于多谐波线性化法,建立充分计及频率耦合效应的系统交/直流阻抗模型,对比扫频结果证实其宽频带范围的精确性。最后,应用广义Nyquist判据解释小信号失稳工况,体现了包含两端变流器动态的理论模型的必要性,并讨论了交/直流互联端口判据的联系。     

基于谐波等值电路的两级式DC/DC变换器建模方法研究

采用谐波状态空间法对两级式DC/DC变换器建模时,状态变量的增加使系统变得复杂,斩波子模块间开关频率的不同导致模型基频不确定,系统谐波状态描述难以获得.基于时变周期系统理论和狄利克雷条件,建立了各子模块的谐波状态空间模型,绘制了各子模块的谐波等值电路图;根据基尔霍夫定律,得到了整个系统的谐波;用谐波阻抗代替周期性开关行为简化了电路;提出了多开关频率背景下谐波状态方程基频的确定方法,在简化等值电路的基础上推导了两级DC/DC变换器的谐波状态空间模型.仿真结果表明,等值电路引入的谐波状态空间模型具有较高的精度,在以直流配电网为背景的多级DC/DC变换器频率耦合研究中具有较高的应用价值.     

三相并网变流器弱电网下频率耦合抑制 控制方法

该文针对弱电网情况下三相并网变流器的频率耦合现象的产生机理和抑制方法开展了研究。首先在静止坐标系下针对三相并网变流器进行复矢量形式的导纳建模,模型中考虑了控制器中电流环、锁相环和直流电压环的影响。然后在模型基础上重点研究了锁相环和直流电压环对频率耦合特性的影响,基于系统的等效传递函数框图,分析了在弱电网条件下频率耦合分量对系统稳定性的影响。为了抑制频率耦合特性,针对系统中由于锁相环影响q轴电压和直流电压环影响d轴电流引起的dq轴不对称的问题,提出了补偿锁相环和电压环不对称影响的频率耦合抑制控制方法,理论分析表明该改进控制方法可以有效抑制频率耦合现象,提高系统稳定性。最终通过实验验证了所提频率耦合抑制方法的有效性。     

基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析

基于谐波状态空间(HSS)理论对变换器进行建模,深入分析了变换器交直流谐波耦合特性。首先,通过数学推导,采用HSS理论对三相AC/DC变换器拓扑进行建模。HSS模型将交直流侧的各次谐波包括在内,反映了各频次谐波变量的作用关系。其次,通过该模型推导变换器的谐波传递函数,建立耦合阻抗图,分析交直流谐波耦合特性。该模型根据微电网中常用的电压源型三相AC/DC变换器建立,给出了变换器交直流谐波耦合阻抗的全局关系,可探究变换器两侧各个频次的谐波特性,并用于变换器并联、级联等结构的谐波分析。最后,在PLECS平台中搭建电压源型三相AC/DC变换器模型,与HSS模型计算结果进行对比,并通过实验验证了所提模型与谐波耦合特性分析的准确性。     

多绕组变压器 变流器结构中高频谐波分析与抑制

多绕组变压器+变流器结构是高电压、大容量电力电子装置的典型结构之一。在变流器采用PWM全控型器件时,会产生与开关频率相关的高频谐波。以单相拓扑为例,对该结构下的高频谐波特性进行了分析;在考虑多绕组变压器的情况下,得出高频谐波传输等效模型;得到了通过载波移相消除高频谐波的理论依据,并给出了具体移相规律。试验结果表明,当采用正确的载波移相方式后,变压器原边电流波形改善明显。文章的结论可以推广到三相系统中。     

三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。     

定功率控制下柔性直流输电系统交流侧导纳矩阵建模及频率耦合抑制策略研究EI北大核心CSCD

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)交流侧导纳建模是研究谐振现象的理论基础。现有研究在导纳建模过程中多将换流器视为单输入单输出系统,未考虑频率耦合效应的作用,或认为在中高频段内频率耦合效应对导纳特性影响不大,这可能影响基于导纳模型进行稳定性分析的结果准确性。该文考虑MMC控制回路及桥臂动态过程的频率耦合效应。首先,基于多谐波线性化方法建立MMC从交流侧端口看过去的宽频段内频率耦合导纳矩阵模型。接着,定义频率耦合系数,分析MMC参数对耦合效应的影响,并提出一种基于功率环对称控制的频率耦合抑制策略。最后,以鲁西背靠背异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD/EMTDC仿真验证导纳矩阵建模的正确性和频率耦合抑制策略的有效性。     

基于互调原理的交直交变流系统中的间谐波分析

基于现代调制理论，首先对整流器和逆变器进行统一调制建模，通过分析其交直流侧的频率变换关系，揭示交流侧谐波、间谐波的产生过程。将谐波和间谐波的分析统一起来。并指出直流侧的纹波信号是变流器产生间谐波的直接原因。通过分析交直交变流系统两侧的交流信号在直流侧的互调产物，考虑两侧变流器之间的相互影响，针对不同的运行工况，特别是考虑系统三相不平衡、存在背景谐波等非理想情况下，详细推导各种情况下交直交变流系统的直流侧的纹波频率特征，利用交直流侧频率转换规则，很好地揭示交直交变流系统中的间谐波产生机理。仿真实验验证理论推导的正确性和有效性。