无源网络中可实现二次调频的VSFR控制仿真

基于电压源型高压直流输电系统连接的无源网络中,采用虚拟同步发电机VSG控制可以解决一次调频的问题.提出一种虚拟二次调频(Virtual secondary frequency regulation,VSFR)控制,上述策略在VSG有功-频率控制器中引入与角频率偏差成积分的附加功率项,其中功角同步系数Kθ可进行自适应调整,以实现无源网络频率的无差调节,并且可以提高无源网络的暂态稳定性.在PSCAD/EMTDC搭建了向无源网络供电的两端柔性直流输电系统,仿真结果表明,VSFR控制方法可以增加附加功率,保证换流站输入输出功率平衡,其正确性和有效性得到保证.     

多端柔性直流输电线路过电压抑制仿真

针对传统过电压抑制方法不适用于多端柔性直流输电线路,存在抑制效果不明显问题,提出多端柔性直流输电线路过电压抑制方法。以多端柔性直流输电线路的具体参数为依据,构建多端柔性直流输电线路模型,利用线路末端因数控制恒功率模式,实现多端柔性直流输电线路的稳态无功补偿,构建可控电抗器降压补偿系统,降低多端柔性直流输电线路的工频电压,在多端柔性直流输电线路中接入氧化物金属避雷器,完成输电线路的过电压抑制。为证明研究方法的过电压波动抑制性能较强,将所提方法与传统方法对比,实验结果证明上述方法的波动抑制性能优于传统输电线路过电压抑制方法,更适合应用于多端柔性直流输电线路的过电压控制中,为研究提供新的方向。     

虚拟同步发电机频率协调控制技术研究

在电网突发异常情况下,针对虚拟同步发电机的频率协调控制技术控制性能差,导致虚拟发电机输出的有功功率波动较大,设计一种适应多种电网工况的虚拟同步发电机频率协调控制技术。分析电网中虚拟同步发电机转子部分等效主电路,获取标幺值惯量,经过普拉斯变换得到发电机输出有功功率变化量与电网频率变化量之间传递函数模型,描述虚拟发电机运行状态,设计针对虚拟同步发电机频率的内环控制器结构,优化整体的控制策略。仿真结果表明,在不同的电网异常情况下,设计的虚拟同步发电机频率协调控制技术下,发电机输出有功功率输出波动小,更加接近稳定状态。     

双端有源MMC-HVDC系统的控制策略研究

多端模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)一直是柔性高压直流输电系统(High Voltage Direct Current,HVDC)工程应用的重要部分,因此对其控制策略的研究很有实际意义。本文基于三相静止坐标系下MMC的数学模型,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,根据瞬时功率理论设计出外环功率和内环电流的MMC-HVDC系统控制器。针对传统电容电压平衡策略的问题,从减少开关频率的角度提出了改进型的子模块电容均压方式。由于本文中真模型中相单元子模块过多,为使系统更稳定可靠运行采用了最近电平逼近策略(nearest level modulation,NLM)。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建89电平双端有源MMC-HVDC系统模型,从改变控制器参考值、有功功率反转等角度对控制系统进行仿真分析对比,验证了MMC-HVDC系统控制器的可靠性和稳定性。     

高压直流输电次同步振荡轴系扭振分析

传统的次同步振荡抑制方法通过阻尼滤波器阻断机械系统和电气系统之间的相互作用来抑制次同步振荡,但阻尼滤波器对环境的适应性较差,设计参数要求严格,运行维护比较困难。因此,提出了在整流端定电流系统加入附加阻尼控制器,通过调节系统电流、增强轴系模态阻尼来抑制次同步振荡。该控制方法实时有效,容易控制,又不会影响系统其他控制器的控制性能。通过分析发电机轴系特征值、轴系模态阻尼、次同步频率分量的传递过程,研究系统控制参数、轴系模态与次同步振荡之间的关系,设计了发电机转速偏差与三相母线瞬时电压联合作为输入信号的附加阻尼控制器,有效减小了次同步频率变换环节的输出误差,提高了控制器精度。采用IEEE第一标准次同步研究模型参数,在PSCAD软件中搭建高压直流输电次同步振荡仿真模型。仿真结果表明,所设计的控制器能有效抑制系统次同步振荡。     

井下柔性直流输电系统换流站设计

针对煤矿井下供电负荷、供电距离、供电系统有功损耗均较大,且负载侧存在电压偏低和闪变等问题的现状,将基于模块化多电平换流站的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统应用到井下供电系统,重点介绍了该系统中换流站(MMC)的拓扑结构、数学模型、参数及控制器设计等。井下MMC-HVDC系统包含整流站和逆变站2个MMC,整流站采用快速电流内环控制和定直流电压、定无功功率外环控制的双闭环控制结构,逆变站采用定交流电压控制;MMC均采用载波移相脉宽调制和基于能量均分控制、电压平衡控制的均压策略。在PSCAD/EMTDC软件中对井下MMC-HVDC系统进行仿真实验,结果表明:井下MMCHVDC系统在稳态运行时具有良好的动态响应,实现了有功和无功功率独立控制,提高了直流输电效率;系统受到因井下负荷变化引起的扰动时可以较快的速度调节有功和无功功率,快速稳定直流输电电压,同时将逆变站输出电压幅值和相位稳定在额定值。     

新型直流输电系统的非线性控制研究

为了进一步改善新型直流输电系统的控制性能,提高系统运行的稳定性,首先简要分析了新型直流输电系统的原理及其控制特性,在此基础上,将非线性控制理论中逆系统方法设计控制器的理论引入到新型直流输电系统的控制策略中,提出了利用逆系统方法的新型直流输电系统非线性控制方式,并相应地设计了逆系统方法的非线性控制器及传统直流输电PID控制器。通过对新型直流输电系统控制性能进行仿真实验,将所设计的两种控制器进行比较,结果表明,对于逆系统方法的非线性控制器较之传统直流输电PID控制器,具有更为优良的控制性能。     

基于VSG的光伏并网准Z源逆变器控制

针对光伏并网系统导致电网总体惯量减小问题,本文提出了一种基于虚拟同步发电机方法的准Z源逆变器（QZ-VSG）并网控制结构,该方案将准Z源逆变器与虚拟同步发电机技术相结合,提高了系统的稳定性。虚拟同步发电机的控制策略引入了转动惯量和阻尼系数的特性,使虚拟同步发电机的准Z源逆变器结构能够在功率波动下提供更好的动态性能,其仿真结果验证了控制策略的可行性。     

基于紧急功率支援的直流输电系统研究

VSC-HVDC通过利用全控期间的电压源型换流器,在一定程度上,克服了传统直流输电的不足之处,同时实现了有功功率和无功功率的独立控制。本文通过在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了基于电压源型换流器的三端直流输电系统,并设计采用了改进型PID控制算法与功率支援模块用以快速改变直流线路传输功率,通过动态电流限幅环节抑制交流侧故障过电流,针对逆变器交流侧的几种常见故障和直流线路故障时系统的运行状况进行了仿真分析,并对不同的故障设计了不同的运行方案,仿真结果表明该系统在多种故障情况下均能够有效的保持系统频率与电压的稳定。     

不平衡电网电压下柔性直流输电系统控制策略研究

针对不平衡电网电压下柔性直流输电系统直流侧和交流侧产生的谐波及功率波动问题,在建立正负双d-q坐标系下电压源换流器数学模型的基础上,采用基于正负序电网电压分别定向的双dq-PI控制策略,抑制直流侧2次谐波及交流侧有功功率波动;针对传统相序分解慢从而影响控制系统动态性能和带宽的问题,采用一种快速的相序分解方法。仿真结果表明,与传统控制策略相比,双dq-PI控制策略能较好地抑制直流电压及交流电流的波动。     

基于MMC的四端口柔性多状态开关虚拟同步裕度控制

柔性多状态开关（Flexible Multi-State Switch,FMSS)是一种取代传统点断式开关应用于现代配电网的新型电力电子设备，能够优化现代配电网分布式电源的消纳和调控。相比于传统背靠背型柔性多状态开关，四端口柔性多状态开关可实现不同电压等级和不同区域网的柔性互联及潮流互济。以模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter, MMC)为基础的四端口FMSS装置为研究对象，针对常规控制策略影响系统频率稳定性，无法对弱交流电网提供频率支撑等问题，引入虚拟同步控制(Virtual Synchronization Control, VSC)策略。该方法使柔性多状态开关具备惯性响应特性和调频能力，在此基础上提出直流电压裕度控制，形成整体的虚拟同步裕度控制，确保直流母线电压发生故障或扰动下FMSS的可靠运行。最后，通过Matlab/Simulink搭建四端FMSS模型，利用仿真验证所提控制策略的可行性。     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统研究

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的并网逆变器可以对电网的频率和电压起到一定的支撑作用.但是,仅由光伏供电的逆变器难以模拟同步发电机的特性.本文提出一种具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统,并给出了相应的VSG控制策略、DC–DC控制策略以及协调控制方法;建立了系统的小信号模型,分析了参数取值对动态性能和稳定性的影响.仿真结果不但表明该系统具有同步发电机特性,可实现光伏阵列的最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和储能的充放电控制;而且验证了理论分析的正确性.     

基于模糊线性自抗扰的柔性多状态开关控制研究

为抑制系统干扰对三端口柔性多状态开关(FMSS)直流侧电压的影响,提出了一种基于模糊线性自抗扰控制(LADRC)的三端口FMSS控制策略。首先,根据LADRC算法设计出LADRC控制器来替代电压外环和电流内环中的PI控制器,以此增强系统的抗干扰性能;其次,通过模糊控制改进电流内环的LADRC控制器,从而得到一种用于干扰抑制的模糊LADRC控制器,实现控制器参数可随扰动实时变化,以达到抑制干扰的目的;最后,在MATLAB/Simulink中建立三端口FMSS仿真模型,对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,与采用LADRC控制策略相比,所提控制策略具有更好的抗干扰性能和稳定性,能有效地抑制FMSS直流侧电压波动。     

柔性电磁环网控制保护系统研究与设计

对贵州电网存在大量500/220kV电磁环网运行无法在短期内实施解环的特性,实现开环运行容易降低供电可靠性,合环运行面临潮流控制困难、短路电流超标这一矛盾问题。而系统运行主要是以提高局部电网运行可靠性为目的这一背景。提出了采用柔性直流输电系统安装于电磁环网低压侧通道实现合环运行的方案。利用柔直的不向系统注入短路电流、有功无功可实现独立解耦控制等众多优势。研究了这种方案下柔直的控制保护系统系统方案的基本策略,包括柔性直流输电系统的基本保护策略,基于贵州电网环网的整体控制保护不同控层级的设计原则及设计方案。最后以贵州六枝、普定变的220千伏的电压层级安装柔性直流背靠背装置为仿真研究对象,仿真结果表明：该设计方案可以有效的保护柔直在电磁环网应用场景下的的安全稳定运行。     

虚拟同步发电机参数自适应调节

虚拟同步发电机技术借由控制器设计达到模拟同步发电机外特性的效果, 改善了含有新能源的电网系统 的稳定性. 根据虚拟同步发电机参数可调的特点, 可采用参数自适应调节优化系统动态性能. 但传统虚拟同步发电 机参数自适应调节仍存在两方面不足: 一方面, 大范围调整阻尼下垂系数和虚拟转动惯量, 对系统储能裕量要求高; 另一方面, 暂态调节过程中存在功率超调现象, 对电力设备不利. 本文引入输出速度反馈调节系统阻尼, 为改善系 统暂态稳定性提供了方便的调节手段; 其次, 根据系统暂态功角特性, 提出了参数自适应控制策略, 缩短了调节时 间, 将频率偏差减小至允许范围内, 改善了电网频率调节的暂态性能, 同时抑制了功率超调. 最后, 对比实验结果表 明本文控制策略优于现有的自适应控制策略.     

An improved Backstepping technique using sliding mode control for transient stability enhancement and voltage regulation of SMIB power system

The problem of transient stability and voltage regulation for a single machine infinite bus (SMIB) system is addressed in this paper. An improved Backstepping design method for transient stability enhancement and voltage regulation of power systems is discussed beginning with the classical Backstepping to designing the nonlinear excitation control of synchronous generator. Then a more refined version of this technique will be suggested incorporating the sliding mode control to enhance voltage regulation and transient stability. The proposed method is based on a standard third-order model of a synchronous generator connected to the grid (SMIB system). It is basically implemented on the excitation side of the synchronous generator and compared to the classical Backstepping controller as well as the conventional controllers which are the automatic voltage regulator and the power system stabiliser. Simulation results prove the effectiveness of the proposed method which ameliorates to a great extent the transient stability compared to the other methods.