电压源型换流器稳态等值电路模型

为了计算分析含电压源型换流器(VSC)的电网,基于VSC序分量动态相量谐波分析模型和Thevenin定理,采用电流控制电压源对VSC进行等效,得出了VSC的稳态等值电路。首先,在序分量动态相量谐波分析模型下解析分析VSC稳态运行特性和交直流侧相互作用关系,列写交直流电压电流的代数方程;其次,在代数方程化简的基础上,建立了VSC交流侧基波正序稳态等值电路模型和基波负序与3次谐波正序的联立等值电路模型;最后,利用Thevenin定理,分别建立了不对称下基波负序稳态等值电路模型与3次谐波正序稳态等值电路模型。与仿真计算比较表明,通过电流控制电压源形式构建的Thevenin等效电路能够在稳态条件下等效基波正序分量、基波负序分量和3次谐波正序分量在VSC交直流侧的相互作用,可有效简化VSC的非线性特性与复杂的运行特性,为含VSC电网的稳态潮流计算和谐波潮流计算奠定基础。     

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论：在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100 Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100 Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。     

电网不平衡时电压源换流器高压直流输电统一控制策略

针对电网不平衡时电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的直流电压2倍频波动及交流系统低频谐波问题,建立基于正向dq坐标系的正负序VSC-HVDC动态模型,研究其运行特性,并提出一种新型统一矢量控制策略。该策略外环基于谐振积分器及谐振滤波器方案实现直流系统2倍频波动抑制,降低不平衡运行对电网电流的低频谐波影响;内环为两相静止坐标下的正负序矢量电流统一控制,避免因相序分解可能引起换流站交流侧电压含奇次低频谐波分量的问题。PSCAD/EMTDC仿真研究表明:统一矢量控制不仅能抑制直流系统2倍频波动,而且降低了交流电网低频谐波水平,增强了VSC-HVDC的不平衡运行能力。     

电网电压不平衡时电压源换流器型直流输电的负序电压补偿控制

电网电压不平衡或交流系统发生故障是电压源换流器型直流输电（VSC—HVDC）实际运行时不可避免的问题。针对这一问题,提出了一种基于负序电压实时补偿的控制策略。换流站控制系统采用该策略后,能够有效地抑制交流系统电压不对称引起的负序电流,实现限流控制,避免系统短路故障引起换流装置的过电流;同时为确保电网电压不平衡或交流系统故障时控制系统能正常运行,设计了正负序分量和同步相位检测环节。基于PSCAD／EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的动稳态性能,且结构简单,具有一定的工程应用价值。     

基于电压源换流器HVDC系统稳态控制及仿真

对基于电压源换流器的直流输电(VSC-HVDC)系统的数学模型和有功、无功功率独立控制策略进行了研究。根据VSC具有2个控制自由度的特点，导出了VSC-HVDC系统的稳态数学模型．并根据相对灵敏度的概念确定了VSC-HVDC系统两端换流站的4个被控变量与相应控制变量之间的对应关系．在此基础上设计了基于VSC-HVDC稳态模型的控制器。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制性能．为硬件实验模型的建立提供了理论指导。     

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型.该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSCHVDC动态模型的正确性.仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重.     

改善电能质量的电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略

基于两相静止(αβ)坐标设计交流电网不平衡条件下电压源换流器高压直流输电(voltage source convener based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的双矢量电流及谐波补偿控制(αβ-dual vector current & harmonic compensation controller,αβ-DVCC&HC)方案,实现抑制直流电压2倍频波动及减小交流电流谐波的控制目标.在电流控制环中无须电流及电压正负序分解,改善了传统dq坐标双矢量电流控制(dq-dual vector current controller,dq-DVCC)策略因正负序分解带来的稳定及动态性能方面的问题,避免了电流控制环中引入3次交流谐波的可能性,显著降低了不平衡电网交流谐波电流.同时为了减小功率脉动对另一侧正常运行电网电能质量的影响,在电流控制环中加入3次谐波补偿,提高了电能质量.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC模型及αβ-DVCC&HC控制器,仿真结论表明本文控制策略的有效性.     

基于电压源换流器的高压直流输电系统离散化建模与仿真研究

基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的工业控制系统通常为微机控制器,该控制器的控制对象是系统的离散化模型。为此提出了一种在dq0同步旋转坐标系下的VSC-HVDC离散化状态空间模型。在此基础上建立了VSC电流内环离散化控制器和外环控制器,并实现了有功电流和无功电流的解耦控制;为提高VSC-HVDC的外环控制器响应速度,在外环控制器中引入了前馈控制。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化控制器模型。仿真结果验证了离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

基于PCH模型的VSC—HVDC自适应无源控制

基于柔性直流输电（VSC—HVDC）的端口受控哈密顿系统（PCH）模型,提出了一种采用自适应无源性控制的新方法。该方法将VSC—HVDC系统换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据Vsc—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,实现独立调节有功、无功功率。同时,为提高系统的鲁棒性,减小参数摄动对控制效果的影响．提出了自适应无源控制方法。仿真结果表明该控制策略具有良好的暂态性能和鲁棒性。     

VSC-HVDC统一电磁暂态模型及其控制策略

为了更好的应用基于电压源换流器(VSC)的新型高压直流输电系统,发挥其技术优势,提出了VSC-HVDC统一电磁暂态模型并进行了其控制策略的研究。交流侧电磁暂态模型是基于d-q同步旋转坐标系下建立的;利用交流侧与直流侧瞬时有功功率相等的原理建立了直流侧电磁暂态模型,且该模型考虑了换流电抗器损耗等因素。利用前馈补偿法设计了解耦控制器以达到分别通过电流d轴和q轴分量来独立调节有功功率和无功功率的目的。利用PSCAD/EMTDC对利用VSC-HVDC连接两端的有源网络以及对无源网络的供电进行仿真试验的结果证明,提出的计算模型及控制策略准确、可靠,对于各种干扰有较好的响应速度和较高的精度。     

三相电压不对称时VSC-HVDC系统的控制策略

在三相电压不对称的情况下,电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)的传输功率会发生波动,从而影响高压直流系统的稳定运行.作者根据瞬时功率理论推导出了消除VSC传输功率波动需要满足的正、负序输出电压间的关系式.并通过坐标变换简化了VSC的功率传输方程,还采用不对称触发策略设计了VSC的传输功率控制系统.仿真结果表明,所设计的三相电压不对称条件下的控制系统具有良好的控制品质,有效地消除了有功功率的波动,并实现了有功、无功功率的独立调节.     

应用于风电场内部组网的多端直流系统研究

提出了利用多端直流系统作为风电场组网方式时,网侧逆变器的控制策略。风电场多端直流系统由多个电压源换流器(VSC)并联组成,发电侧VSC控制风机向直流系统输送能量,再经网侧逆变器并网。根据状态空间平均法,得到VSC的动态数学模型及等效电路。以此为基础设计了网侧逆变器的解耦控制器,既能保持直流系统电压恒定,从而向交流系统传送有功,又能独立调节输出的无功,为交流侧提供电压支撑。数字仿真结果表明该控制器具有良好的性能。     

电网不平衡条件下STATCOM的非线性控制

在电网电压不平衡条件下,以网侧各相单位功率因数为补偿控制目标,提出了基于虚拟导纳的静止同步补偿器(STATCOM)无源控制方法,可保证输电线路有功损耗最小。在dq同步旋转坐标系下,建立了不平衡条件下STATCOM的数学模型,构造出相互独立的正负序双电流环系统,以便于控制系统设计。基于无源性理论,利用能量成形和阻尼注入方法,分别对正负序电流环设计了控制器。给出了STATCOM直流侧电压与虚拟导纳的数学关系式,阐明了虚拟导纳电流控制的合理性和可行性,并设计了直流电压外环比例积分控制器。仿真实验结果表明,所提控制策略可实现电网电压不平衡条件下STATCOM对无功负荷的快速补偿,同时可保证网侧各相均实现单位功率因数控制。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的控制器设计

建立了在同步旋转坐标系下新型直流输电系统的暂态数学模型,对向无源交流网络供电的直流输电系统的控制器进行了设计。整流侧控制器由基于输入输出反馈线性化的解耦控制器和电网电压矢量定向策略构成,实现电流的解耦控制和有功功率与无功功率的独立调节。逆变侧控制器则基于换流器稳态数学模型设计了定交流电压控制器,对无源交流网络的母线电压实现控制。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真对不同功率因数的负荷和各被控量设定值的不同阶跃变化等各种工况进行了仿真验证。研究表明,所设计的控制器结构简单,具有良好的控制性能,并便于工程应用。     

交流系统故障时柔性直流系统的控制策略

对VSC-HVDC联结2个交流有源网络时的运行特性进行分析,建立了VSC-HVDC系统的模型,在此基础上根据系统所要完成的功能确定对两个VSC的控制策略,对控制系统中的具体环节进行了设计。通过交流故障实验波形分析了VSC在系统故障时提供无功功率并稳定电压的作用。     

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制

针对在电网传输线路发生不对称故障时,采用稳态的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制算法将引起直流电压波动,交流电流畸变等问题,提出采用改进的直接功率控制(DPC)算法对VSC-HVDC系统的稳态和暂态过程进行控制。该方法以瞬时无功功率理论和dq变换为基础,通过实时控制电压源换流器(VSC)系统输入输出功率平衡,从而完成系统的交直流功率传输。对于不对称故障时直流电压出现的波动问题,通过对输入的瞬时功率进行分解,采用正序功率和相位作为控制信号对电压波动进行抑制。最后,通过PSCAD软件对所提出的控制算法进行系统仿真,从仿真的结果看出当系统故障时,改进的算法能够有效的抑制直流电压的波动,降低电流的谐波含量。同时也验证了该算法不仅能够很好的完成系统的稳态和暂态的过程控制而且能够有效隔离电网故障增强电网的稳定性。