基于锁相环的并网VSC暂态失稳机理与控制方法

针对基于锁相环（phase locked loop, PLL）的电压源变流器（voltage source converter, VSC）面临的暂态失稳问题,考虑功率环的影响,对跟网控制型VSC的暂态失稳机理与控制方法进行了全面研究。首先,通过对PLL和功率环进行建模,推导VSC的暂态失稳边界;其次,以电网电压跌落为例,揭示同时考虑功率环和PLL影响时VSC并网系统的暂态失稳机理;然后,提出一种基于d轴重定向的自适应无功控制方法,该方法同时改善VSC功率外环和PLL同步环的暂态稳定运行边界,有效提高基于PLL的VSC并网系统的暂态稳定性;最后,通过硬件在环实验对所提出的暂态失稳机理和控制方法进行实验验证。研究结果表明,功率外环存在时VSC失稳的本质原因是功率环失稳,而非PLL同步失稳。     

基于流形变换的电力系统临界失稳模式预测

从流形变换的角度，提出一个新的电力系统故障后临界失稳模式预测的计算方法；推导了电力系统的临界失稳模式预测的公式；分析了影响失稳模式的因素；用新英格兰系统验证了预测临界失稳模式的公式的正确性，计算结果表明用该公式能准确预测电力系统的临界失稳模式。预测公式采用了三阶非线性变换，具有较高的计算精度。     

VSC型电力扰动发生装置的设计与实现

提出将电压源型变流器(voltage source converter,VSC)应用于电力扰动发生装置的构想,阐述了该装置的拓扑结构与工作原理,根据运行工况确定该装置主电路参数。建立了在dq坐标系下的装置数学模型,基于非线性微分几何理论中的状态反馈线性化方法实现了dq轴电流的解耦控制;利用PI环节优化控制器动态性能,采用零极对消法和极点配置法对PI参数进行整定,实现了直流侧电压稳定的目标;采用正弦脉宽调制方法实现对电力扰动波形的灵活订制。试验结果表明,并网运行后该装置运行平稳,实现了电力扰动波形的稳定输出。     

并网变换器的暂态同步稳定性分析：稳定域估计与镇定控制

针对并网变换器在大扰动下暂态同步稳定性问题,当前的研究缺少基于直接法的严谨分析(如稳定域估计)。为此,该文构造解析的李雅普诺夫函数,通过研究耗散区间和最大临界等位面得到稳定域的定量估计方法。据此,进一步给出暂态同步稳定性的定量判据及稳定裕度指标,定量分析实际变量对暂态同步稳定性的影响。在此基础上提出两种稳定控制方法：一种通过补偿锁相环的负阻尼效应扩大稳定域范围;另一种通过重塑状态轨迹将锁相环的状态引导至稳定域内,以实现失稳镇定。所提稳定域估计方法相较当前其他解析方法(如等面积法)更为严格;所提镇定控制方法的有效性均在PSCAD/EMTDC仿真和RT-LAB硬件在环平台进行了全面验证。     

电力系统小扰动电压稳定性的研究现状及展望

小扰动电压失稳表现为小扰动的出现使系统网络达到极限传输能力而导致电压的持续降落。叙述了小扰动电压稳定的机理、分析方法、稳定极限和灵敏度的分析和应用。对目前的小扰动电压稳定的发展和研究现状进行了总结和评述。最后展望了该领域的发展方向。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器控制

基于扰动观测器(DOB)的原理,结合PWM电压源型逆变器受控对象的特点,为逆变器提出了一种新的控制策略,并设计了相应的附加型扰动观测器。将附加型扰动观测器作为补偿器添加到传统的双环反馈控制系统中,提高了逆变器输出的抗干扰性能和动态响应速度。这种附加型扰动观测器结构简单、实现时所需计算量小且不需要增加新的采样信号,适合工程应用。在基于DSP MC56F8323的PWM逆变器系统中对新的控制系统和传统的控制系统进行比较,该附加型扰动观测器的有效性和实用性得到了验证。     

功率大扰动下电压稳定域的研究

电力系统的在线安全监控中，电压稳定域的研究具有重要的意义。在完整考虑各种重要动态机制的基础上，针对功率扰动的情况，对分接头位置和母线电压空间中的电压稳定域和复功率注入空间中的电压稳定域分别进行了研究，在上述空间中分别刻画出了电压稳定域的边界,所研究的时间框架涵盖了电压稳定的暂态与中期的过程。通过大量仿真研究得到了关于电压稳定域边界的一些规律性认识，提出了关于临界功率扰动向量的事实，即可以把各台变压器分接头分别锁定在任一既定位置上，通过仿真来寻找临界功率扰动向量。该经验律的发现可以大大减少注入功率空间中电压稳定临界点搜寻方案组合的数目。同时还发现，注入功率空间中临界功率扰动向量的集合可以使用超平面近似表示，这一结果对电力系统的在线安全监控具有重要的应用价值。     

锁相环型变换器并网系统暂态主导失稳特征分析

基于锁相控制的并网变换器由于系统由控制主导、强非线性、强耦合的特性,在大扰动后,系统失稳特征难以辨识。为此,该文对电磁时间尺度下锁相环型并网变换器单机无穷大系统暂态主导失稳变量及特征进行研究。首先,根据所建模型,基于各状态变量等效时间常数的值以确定主导失稳状态变量为锁相环相角θ_pll;并将所建模型与同步机五阶模型比较,机理化地揭示并网变换器快慢时间尺度分离的暂态特性;然后,针对并网变换器在故障过程中存在多摆失稳的现象进行机理性解释,得到该现象由端电压控制环路引入的负阻尼所引起,其与同步机多机系统多摆失稳存在明显的差异。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证所提理论分析的正确性。     

应对特高压直流大扰动的稳定措施综述

特高压直流对于保障大规模清洁能源消纳和负荷中心的电力可靠供应具有重要作用,近年来得到快速发展。特高压直流输送功率大,一旦发生极闭锁、换相失败等大扰动将对送、受端系统的有功和无功功率平衡造成较大冲击,若不采取有效应对措施,可能会导致电网稳定破坏。为实现“碳达峰、碳中和”目标,越来越多的新能源将通过特高压直流送出,直流大扰动诱发的过电压导致新能源机组连锁脱网的风险日益突出。立足于实际电网生产运行,从功角稳定、频率稳定、电压稳定和过电压等4个方面对应对特高压直流大扰动的稳定措施进行梳理,并尝试给出了提升大电网稳定水平的措施建议。     

功率大扰动下电压稳定域的研究

电力系统的在线安全监控中，电压稳定域的研究具有重要的意义。在完整考虑各种重要动态机制的基础上，针对功率扰动的情况，对分接头位置和母线电压空间中的电压稳定域和复功率注入空间中的电压稳定域分别进行了研究，在上述空间中分别刻画出了电压稳定域的边界，所研究的时间框架涵盖了电压稳定的暂态与中期的过程。通过大量仿真研究得到了关于电压稳定域边界的一些规律性认识，提出了关于临界功率扰动向量的事实，即可以把各台变压器分接头分别锁定在任一既定位置上，通过仿真来寻找临界功率扰动向量。该经验律的发现可以大大减少注入功率空间中电压稳定临界点搜寻方案组合的数目。同时还发现，注入功率空间中临界功率扰动向量的集合可以使用超平面近似表示，这一结果对电力系统的在线安全监控具有重要的应用价值。     

电压源换流器型直流输电技术综述

电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PWM技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合ABB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。     

基于轻型直流输电控制系统的VSC换流控制器仿真研究

基于VSC技术的轻型直流输电技术是近年发展起来的一种适用于小功率传输的新型高压直流输电技术。它采用绝缘栅双极晶体IGBT组成的电压源型换流器（Vsc）和基于微机控制的PwM技术控制,运行方式简单,输出波形好。主要研究轻型直流输电系统逆变器的控制技术及其应用,介绍了HVDC Light控制系统的结构及控制原理;在此基础上,设计了一种Vsc换流控制器,使用MATLAB建模仿真。仿真结果表明,所设计的控制器灵活、简便、有效,能够很好地控制系统的潮流与稳定,满足各种控制方式的需要。     

单边限幅参与的并网VSC系统次同步振荡近似分析

针对电力电子设备引起的次同步振荡问题,现有研究集中在无法计及限幅的小信号模型分析或考虑限幅对称的近似分析,但极少考虑不对称的单边限幅的影响。针对不对称的单边d轴电流限幅(AU-d-CL,或上电流饱和限幅)参与的并网电压源换流器(voltage source converter,VSC)系统的次同步振荡现象,采用单边限幅的描述函数和广义Nyquist判据进行近似分析。具体地,首先,建立了并网VSC系统的简化模型,分析了其小扰动稳定性,并分析了AU-d-CL参与的负阻尼振荡现象。其次,给出了VSC系统的频域模型和AU-d-CL的描述函数。最后,结合AU-d-CL的描述函数和广义Nyquist判据,近似计算了不同参数和限幅值时的振荡幅值和频率,结果表明计算结果和仿真结果基本一致,可解释次同步振荡在限幅值改变时,频率基本不变,振荡幅值变化的现象。     

基于李雅普诺夫函数的带锁相环的VSC大扰动稳定性判据

对于带锁相环的并网VSC大扰动稳定性问题,首先依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到简化二阶非线性模型,然后分别定义了两个李雅普诺夫函数。第一个李雅普诺夫函数具有清晰的动能和势能概念,但推导的稳定域较小,第二个李雅普诺夫函数推导的稳定域较大但缺乏清晰的物理概念。最后结合这两个李雅普诺夫函数,得到实用的稳定性判据,兼具明确的物理意义和较宽的稳定域。如果在系统最后一次动作时已知锁相环状态量,则可以预测系统稳定性。仿真结果验证了该判据的正确性。     

考虑VSC系统谐波稳定条件下的LCL滤波器参数优化设计方法

可再生能源发电系统通常在逆变器出口处接入LCL滤波器以抑制高频谐波,然而在LCL滤波器的参数设计过程中,不合理的参数设计会加剧系统中的谐波不稳定问题。因此,通过结合LCL滤波器的外特性需求,并且综合考虑系统稳定性对滤波器的约束条件,建立以谐波衰减率最大、电感成本最小以及系统稳定性最好为目标函数的LCL滤波器参数多目标优化模型。在模型的求解过程中,针对单目标优化算法和传统的多目标优化算法存在设计目标单一、收敛性差和优化效果不佳等问题,提出采用MOEA/D多目标优化算法来求解。该算法利用权重向量的进化导向性以及子问题邻域的优势共享特征,保证了算法对最优解的寻优能力以及在目标空间上的均匀分布,以获得理想的pareto最优前沿,并进一步采用模糊隶属度函数定量分析其优化效果。最后,利用Matlab/Simulink软件对光伏并网系统中的电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)进行仿真。仿真结果充分表明所设计方案的有效性和适用性。     

对实现变换器四象限运行控制角的研究

通过对变换器的数学模型分析,可使VSC和CSC实现功率的四象限自由运行时控制角的情况,便于采用合适的控制方法对其进行控制.     

弱电网下基于锁相控制并网变换器小扰动同步稳定分析

该文对弱电网下基于锁相控制并网变换器的小扰动同步稳定问题进行研究。首先,以机理化揭示并网变换器同步特性为目标,通过将其和传统同步机的同步动态进行类比等效,建立适用于并网变换器同步稳定分析的类Heffron-Phillips动力学模型。进而借鉴传统电力系统低频振荡分析思路,采用复转矩系统法分析思想,将锁相环主导的同步振荡模式阻尼分为两部分:锁相环自身固有阻尼分量和弱电网下复杂控制耦合引入的附加阻尼分量,进而从阻尼特性的角度揭示弱电网下并网变换器同步稳定机理,并从影响固有或附加阻尼分量的角度,研究电网阻抗、控制器参数等因素对小扰动同步稳定性的影响。该文研究结果清晰揭示了弱电网下并网变换器同步失稳机理,并为后续同步稳定控制指明了思路。     

一种优化协调控制策略在VSC HVDC 中应用

随着大功率电力电子技术的发展和可工作在高频率开关状态的完全可控器件(如大功率IGBT，IGCT等)的出现，使得电压源型直流输电(VSCHVDC)成为现实，这种新型的直流输电技术和传统直流输电相比，体现了诸多优点。该文建立了一种适合于研究VSCHVDC基频下的运行与控制特性的VSCHVDC模型，并将该模型方程与电力系统微分代数方程统一起来。在此基础上提出一种VSCHVDC与发电机励磁协调控制策略，在AC／DC交直流混合系统中研究了该控制方式对各自的影响，仿真表明，采用该优化协调控制，发电机和HVDC在系统发生故障或者扰动后都能够快速恢复正常稳定运行，且该控制方式对于系统参数变化具有一定鲁棒性。     

柔性直流输电——适用于风电场的电力传输新技术

阐述了柔性直流输电基本原理和特点,以及在风电场并网运行中的应用。分析了柔性直流输电的拓扑结构,在此基础上建立了柔性直流输电系统的暂态数学模型,推导了电压源换流器控制量与被控量之间的对应关系,并据此设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的解耦控制。最后通过Simulink仿真模型的建立和对直流短路故障的分析,验证了所建立的仿真模型以及控制方式的正确性和合理性,为进一步研究柔性直流输电在风电场电力传输中的应用奠定了基础。     

柔性直流输电应用于南方电网的研究

柔性直流输电技术具有可控性强、对环境影响小、适合中小容量电力远距离输送等优点。总结和分析目前国内外关于柔性直流输电技术应用与设备的相关信息,结合南方电网规划和能源结构发展趋势,研究柔性直流输电技术在南方电网应用的必要性、可行性及应用前景,并提出南方电网应用柔性直流输电技术的如下可能项目：大规模海上风电场接入系统;实现区域联网以便提高电网供电可靠性;应用于珠三角等大城市负荷密集地区供电;向远方孤立负荷供电。