混合级联直流输电系统整流/逆变不同控制回路动态交互作用与稳定性研究

为了研究混合级联直流输电系统整流侧和逆变侧各换流器控制系统间的交互作用,文中首先建立混合级联直流输电系统的状态空间模型,并推导得到系统的多输入多输出传递函数模型。然后针对不同的研究目标,根据单通道分析设计理论建立等效单输入单输出反馈控制模型;在此基础上,分离出不同控制回路的耦合控制通道,定量评估系统强度、逆变侧交流联络线与控制参数等对控制回路间交互作用的影响。理论分析表明,当整流侧或逆变侧交流系统强度降低时,两侧控制回路间交互作用增强;当交流联络线长度缩短时,逆变侧电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平变换器(multilevel modular converter,MMC)控制回路间的动态交互增强,各控制环节参数之间存在相互制约关系。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,验证所建立单输入单输出反馈控制模型及上述理论分析结果的正确性。     

基于D分割法的LCC-HVDC系统控制器参数整定方法

高压直流输电系统的控制器参数对系统稳定性及动态响应性能具有重要影响。提出了一种基于D分割法的基于电网换相换流器的高压直流输电（LCC-HVDC）系统控制器参数整定方法。首先,基于某实际工程的运行参数建立了单极全压运行方式下的LCC-HVDC系统等值小干扰动态模型;然后,基于该模型的拉普拉斯变换获得系统定电流控制及定电压控制回路的传递函数;继而,采用D分割法分别对定电流控制器及定电压控制器的比例-积分参数进行整定,获得了同时满足增益裕度、相位裕度及带宽限制要求的控制器参数整定域,并将不同功率传输水平下的参数整定域进行叠加,获得了多工况通用控制器参数域。仿真结果验证了小干扰动态模型的准确性及所提控制器参数整定方法的有效性。     

LCC-MMC串联型混合直流输电系统小信号建模

该文建立了整流侧为电网换相换流器(LCC)、逆变侧为LCC和模块化多电平换流器(MMC)串联的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型.首先,推导LCC的交直流侧等效电路和考虑内部动态特性的MMC的交直流侧等效电路;然后,基于等效电路构建系统整流侧模型和逆变侧模型,并对直流输电线路和控制系统进行建模,通过组合各个部分模型得到全系统模型;最后,通过线性化全系统模型得到全系统小信号模型.通过对比基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态模型验证小信号模型的准确性;基于小信号模型,分析MMC定直流电压控制参数、逆变侧LCC定直流电压控制参数、锁相环(PLL)参数和交流联络线参数对系统小信号稳定性的影响.该文所提出的LCC-MMC串联型混合直流输电系统的小信号模型可用于系统的小信号稳定性分析,从而为系统设计和参数选择提供有价值的参考.     

HVDC系统中换流器的一般非线性控制

对换流器整流侧定 α角、逆变侧定直流电流控制问题 ,基于高压直流输电系统的三阶非仿射非线性控制模型 ,根据逆系统方法 ,设计了由非线性反馈线性化和满足一定极点配置要求的组合换流控制器 ,并分析了闭环系统的稳定性。仿真结果初步表明了文中所提方法的有效性。     

中海油文昌柔性直流输电系统稳态仿真分析

以中海油文昌柔性直流输电系统向无源网络供电为例,搭建了PSCAD/EMTDC环境的系统仿真模型,在整流侧采用定直流电压控制、逆变侧采用定交流电压控制的方式下,分别针对逆变侧负载接入和逆变侧负荷变化进行仿真。结果表明,在所采用的控制方式下该柔性直流输电系统能够稳定地运行。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

一种适用于LCC-LCC+FBMMC串联混合型直流输电系统的启动策略

文章中的串联混合型直流输电系统的整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)。首先,建立了该混合型直流输电系统的数学模型,为了保证系统的安全稳定启动,设计了相应的协同控制策略,并提出了一种适用于整流侧采用LCC与逆变侧采用LCC与FBMMC(line commutated converter-full bridge submodule based modular multilevel converter,LCC-LCC+FBM M C)的串联混合型直流输电系统的3阶段启动策略:第1阶段,先将整流和逆变侧的LCC闭锁,逆变侧的FBMMC带限流电阻进行不控充电以建立部分直流电压;第2阶段,将限流电阻旁路,并解锁逆变侧FBMMC,在定直流电压控制器作用下使FBMMC直流电压充电至额定值;第3阶段,解锁两侧的LCC,在整流侧定直流电流和逆变侧定直流电压控制器作用下,系统直流电流和直流电压逐渐上升至额定值,至此启动过程完成。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的仿真模型,验证了所设计的混合直流输电系统启动策略的有效性。     

下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析

直流电网的协调控制策略包括主从控制、直流电压裕度控制及直流电压下垂控制等。下垂控制可以实现直流电网的多点直流电压控制,但下垂系数的大小会对系统直流侧电压的稳定性产生一定的影响。以基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的直流电网为研究对象,首先建立了下垂控制作用下MMC直流电压控制系统模型及其传递函数,并在此基础上,采用劳斯判据得到了能够保持系统直流电压稳定的下垂系数取值范围。然后,分别在时域和频域中分析了在不同取值区间内选取下垂系数对系统直流侧电压控制特性和稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了基于MMC的4端直流电网仿真模型,验证了理论分析的正确性,为工程应用时合理选择下垂系数提供了理论依据。     

改善HVDC动态特性的非线性附加控制

为进一步改善高压直流输电系统的性能,用状态反馈精确线性化方法设计了整流侧定直流电流、逆变侧定交流电压的非线性附加控制器,只需少量局部反馈信号便可获得良好的调节性能。数字仿真结果表明,该控制器能改善交直流系统的动态特性。     

基于不同建模的HVDC控制器参数优化方法

针对目前高压直流输电(HVDC)系统的比例-积分(PI)控制器参数优化方法中仅基于单一数学模型的局限性,提出了一种PI控制器参数的整定方法。通过建立高压直流输电逆变侧系统的传递函数模型,求出控制器参数的稳定边界,基于该稳定范围求取符合系统稳定裕度的区域;接着,建立了高压直流输电逆变侧系统的小干扰动态模型,验证了小干扰动态模型的正确性,求解得到符合系统渐进稳定的区域,并将2个区域进行叠加,得到既能满足系统稳定裕度要求,又能满足系统渐进稳定要求的PI控制器参数范围。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建电磁暂态模型进行仿真验证,结果表明该整定方法能兼顾系统的稳定裕度和渐进稳定性。     

基于附加电量的直流微电网动态稳定控制策略

直流微电网的低惯性问题以及遭受扰动后分布式电源与负荷短时保持功率恒定引入的负阻尼,均会削弱直流电压的动态稳定性.对此深入探讨了直流微电网的动态稳定机理,从电量的角度赋予系统稳定判据物理意义.首先基于直流微电网的伏安特性,分析系统运行点的移动轨迹与稳定运行约束条件.其次,基于直流微电网的状态方程,推导系统的电量模型,分析各端换流器具备的暂态电量对系统稳定运行的影响机理,并结合稳定运行条件,提出基于附加电量的直流微电网的动态稳定裕度及判据.然后,基于直流微电网的动态稳定裕度,通过改进储能侧换流器的电压下垂控制,提出基于附加电量的直流微电网电压动态稳定控制策略,并分析其对直流电压暂态过程的影响.最后,搭建多端直流微电网仿真系统,验证所提电压动态稳定判据的正确性,以及附加电量对直流微电网动态稳定的支持能力.     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

柔性励磁系统的强励协调控制策略

为了提升电力系统暂态稳定性,根据等面积法则,提出了一种柔性励磁系统强励协调控制策略。当通过故障时增大直流侧电压的方法增大励磁电压顶值,提升系统强励能力,解决了现有柔性励磁系统强励能力受限于直流侧电压的问题。采用以直流侧电压平方值为控制量的线性化间接电压外环控制和基于合成矢量的无电感电流内环控制,提升电压外环动态响应能力,降低网侧电感对控制效果的影响,保证直流侧电压快速响应能力,提供更好更强的强励效果,实现强励协调控制。最后,基于柔性励磁的单机无穷大系统进行了仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性及其相对于传统控制方法的优异性。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

VSC-HVDC互联系统的改进前馈控制策略

为了提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统中系统的动态响应速度及与目标值具有更好的跟随性能,在传统直接电流控制中采用双闭环解耦控制策略基础上,针对系统中定有功功率和定直流电压控制方式,分别提出了对应的改进前馈控制策略。整流侧的定有功控制中,在其电压外环基础上增加一个预测信号输入到电流内环,以加快系统的响应速度,补偿了反馈信号的滞后性;逆变侧的定直流电压控制中,为了增加直流电压对外界的抗干扰性,把系统电压和直流电流的信号引入到该前馈控制中。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个2端的柔性直流输电系统模型,对系统处于不同运行状态下进行了仿真分析,结果表明,改进的前馈控制策略和目标值有较好的契合度,鲁棒性好,对外界的干扰具有一定的刚性。     

Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

基于EL模型的TNPC型APF自抗扰无源控制策略

提出一种基于三电平T型中性点箝位(TNPC)型有源电力滤波器(APF)自抗扰无源控制策略,有效解决了传统TNPC型APF控制策略存在控制性能不佳的问题。建立了TNPC型APF的欧拉-拉格朗日(EL)模型,基于系统的无源性,采用注入阻尼的方法,设计了电流内环的无源控制器,从理论上保证了系统的稳定性。在电压外环使用了自抗扰控制(ADRC)技术,有效提高直流侧电压控制能力,缓解了超调的问题,使系统具有良好的动静态性能,并维持了直流侧电压的稳定。仿真和试验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

直流配电网失压时测量误差对暂态稳定性的影响分析

直流配电网失压时为恢复电压换流站需输出尽可能多的功率,系统暂态稳定性处于临界状态,易受到测量误差的影响而失稳。为定量分析这种影响,针对计及测量误差的换流站本地控制,研究了电流内环控制精度的削弱和功率外环给出电流参考值的偏移,并据此提出了参考值保留裕度的修正方法,以避免其超出稳定范围。在此基础上,得到了换流站输出功率关于测量误差的灵敏度,用于估算恢复系统电压所需功率的损失。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真对测量准确度与系统暂态稳定性之间的联系进行了验证,得到了预期的结果。     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行调控,避免采用定直流电压控制的MMC由逆变改为整流,防止受端交流侧功率大范围转移现象的发生.同时在故障清除后仍可缓解系统恢复过程波动较大的问题,使系统能够快速平稳地恢复至额定运行状态.基于PSCAD/EMTDC建立仿真模型,仿真结果验证了所提协调控制策略可有效减小电压和功率的波动,系统在交、直流典型故障下均能实现平稳过渡,提升了受端系统的稳定性.