自同步电压源永磁直驱风电机组的直流电压同步机制及其统一控制结构

新型电力系统呈现出新能源高比例渗透和电力电子装置高比例接入的“双高”特点，电压源控制是提高“双高”电网下风电机组并网稳定运行的有效方法。基于并网变换器直流电压同步并网的控制方法可有效实现永磁直驱风电机组的自同步电压源控制，但该控制方法下存在直流电压无法维持在设定值的问题。为解决上述问题，提出一种新型直流电压同步控制方法，在电网频率变化时控制直流电压始终维持在设定值，且使同步控制器的输出频率保留实时映射电网频率变化的特点。详细阐明了所提控制方法的同步机制，揭示了其与现有2种直流电压同步控制方法之间的本质联系与区别；在此基础上，提出上述3种直流电压同步控制方法的统一控制结构，并利用频域分析法对3种同步控制方法的动态特性、抗扰性以及阻尼特性进行了对比分析。搭建了2 MW永磁直驱风电机组的仿真模型和硬件在环实验平台，仿真和实验结果表明，所提的直流电压同步控制方法在直流电压维持恒定的前提下，同步频率可以准确实时映射电网频率变化，且扰动项对同步频率的影响不超过0.5%。     

双馈风机网侧自抗扰PD控制器性能研究

为了提高双馈风机网侧变流器的整流性能,改进了一种带自抗扰结构的非线性PD控制方法。建立双馈风机网侧的变流器模型,利用离散型PID控制器作为电流调节器在一定程度上抑制了网侧直流电压的振荡。在非线性扩张观测器的基础上,结合一种PD形式的非线性组合控制器,得到了基于自抗扰结构的网侧变流器。仿真结果显示,所用方法可在电网单相电压跌落情况下降低网侧直流电压中的纹波电压,提高双馈风机网侧的直流稳压能力;缩短整流的调节时间,提升双馈风机网侧的响应速度。这种自抗扰PD控制器的合理性和有效性得到了验证并适用于工程应用中。     

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。     

全功率变换风电机组的电压源控制(二):电网故障穿越控制与保护EI北大核心CSCD

电压源风电机组可实现对电网频率和电压的自主快速支撑,是构建新型电力系统的关键装备。惯性同步控制方法通过直流母线电压对电网频率的自主感知同步电网和进行频率响应,是实现电压源风电机组的一种有效方法。然而,当电网暂态故障时,网侧变换器因输出功率受限无法控制直流母线电压稳定,打破了直流母线电压感知电网频率的机制,使得网侧变换器与电网失去同步;此外,惯性同步控制方法无电流内环,在暂态故障下容易出现过电流导致机组因自我保护而退出运行。针对上述问题,该文提出一种应对电网故障的电压源风电机组控制策略,具备暂态故障期间网侧变换器对电网同步的能力,采用电网电压和直流电压复合判断法控制同步环节准确切换,通过电压电流级联控制结构和虚拟阻抗自适应调节器有效抑制了暂态过电流,搭建了2.3MW永磁直驱风电机组的Bladed+RTDS硬件在环实验平台,验证了所提控制策略的有效性。     

背靠背低压直流配电装备及其直流电压控制策略

直流配电网是未来城市配电网建设的趋势之一,其中两端供电直流配电网具有较高供电可靠性。该文提出一种背靠背低压直流配电装备的方案,该装备集成两变换器,具有较高功率密度。针对该装备控制的核心问题——直流电压稳定,从直流母线功率和能量平衡角度出发,利用小信号建模分析其直流电压不稳定机理,即直流电压波动由两变换器网侧电压、电流和直流负荷电流扰动引起;提出一种电流环引入多扰动量的直流电压稳定控制策略,实现低压直流配电装备在功率变化、电网电压及负荷扰动下的直流电压稳定控制。通过Matlab/Simulink仿真及样机实验验证所提直流电压稳定控制策略的有效性,将为低压直流用电设备提供稳定可靠的供电电压。     

不平衡电网电压下精简矩阵变换器扩展直接功率模型预测控制

针对精简矩阵变换器（RMC）传统直接功率预测控制在电网电压不平衡工况下网侧电流畸变严重、输入功率和直流侧输出电压存在较大波动的问题。该文提出一种适用于RMC的扩展直接功率预测控制方法。推导分析不平衡输入电压下有功功率和无功功率的二倍频波动表达式，利用1/4电网周期延迟法提取电网电压、电流正负序分量，采用扩展瞬时功率理论重新构建瞬时功率的参考值，实现网侧功率和直流电压纹波波动的自抑制，最后搭建一台实验样机对所提方法进行了验证。实验结果表明，电网电压不平衡下所提方法使直流侧输出电压、有功功率和无功功率波动相较传统直接功率预测得到了有效抑制，实现了RMC网侧电流正弦且单位功率因数运行，验证了所提出方法的有效性和正确性。     

基于滑模控制的双馈风电机组网侧变流器低电压穿越控制策略

电网电压跌落会引起双馈电机(doubly fed induction generators,DFIG)直流电容两侧功率的不平衡,造成直流电压的波动甚至过电压,严重影响DFIG的安全运行。本文根据DFIG网侧变换器(grid side converter, GSC)和直流侧电容的数学模型,提出了一种基于滑模变结构控制的GSC控制策略。该控制策略采用电压(功率)单环控制代替传统的双闭环级联控制,简化了控制器的设计,提高了系统的响应性能。根据电网故障时直流电容和GSC的功率流动特点,以抑制直流电压波动为目的,提出一种考虑GSC进线电抗器功率波动的改进控制策略。仿真结果表明,该控制策略不仅具有良好的动态响应性能,而且能够有效抑制直流电压波动,提高了电网故障时DFIG的不间断运行能力。     

直流电网电压控制器的参数计算方法

合适的定直流电压控制器参数是保证直流电网有效运行的前提。文章基于戴维南等效模型推导了单个换流站输出直流电压的小干扰数学模型,并结合直流电网网络方程,建立了直流电网通用小干扰数学模型。为了便于对定直流电压控制外环控制器参数进行定量计算,文章提出了一种直流电网等效方法。该方法能够在基本不影响直流电网运行特性的基础上使得原始直流电网数学模型的阶数得到最大程度简化,从而有利于实现定直流电压控制器参数的定量计算。文章以五端直流电网为例,建立直流电网电磁暂态仿真模型与小干扰数学模型计算程序,验证了所建立小干扰数学模型以及控制器参数设计的正确性。     

一种用于矩阵变换器的简化非线性自抗扰控制策略

矩阵变换器的电力直接变换特性使其输出侧性能极易受扰动影响,所以对矩阵变换器系统采取控制是非常必要的。由于矩阵变换器的非线性、多变量和参数时变性使其数学模型不能被确定,因此在内外部扰动不稳定的条件下,设计PI常数的单闭环控制系统并不那么成功。将一种与对象模型无关的自抗扰控制器应用于矩阵变换器系统,并且为解决自抗扰控制器控制模块的不光滑非线性函数导致矩阵变换器系统输出量谐波成分增大的问题,在自抗扰控制器的基础上,改进了自抗扰控制器模块的非线性函数并简化了其控制环。实验结果表明:当该自抗扰控制器用于矩阵变换器系统控制调节时,无论是在电网输入侧本身存在谐波污染的条件下,还是电网电压非正常工况条件下,其控制效果都优于PI控制。     

直流电网潮流控制方法述评

直流电网是未来电网的重要组成部分。直流电网的潮流分布与潮流控制不仅关系着电力资源的配置方式,还与系统运行的安全稳定程度密切相关,是需要首先考虑的问题。文中结合直流输电技术的发展现状,对直流电网的电压控制方法和电流控制方法进行了分类和整理,明确了各种控制方法的优缺点和适用范围,为未来直流电网的潮流控制提供了思路。在电压控制方面,分别阐述了定电压控制方式、直流电压偏差控制方式,以及直流电压下垂控制方式的设计思路和实现方法,总结了各种电压控制设计的优缺点;在电流控制方面,分别阐述了电阻型、电流源型,以及电压源型直流电网潮流控制装置在拓扑结构和控制器设计上的不同,总结了各自的特点。     

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关（flexible multi-state switch,FMSS）的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。     

基于模糊自抗扰的光伏储能控制策略研究

针对光储系统使用传统比例微分控制自适应能力差、动态响应时间慢、超调量大以及受干扰时母线电压波动大等问题,提出基于模糊自抗扰的混合储能混合控制策略。采用模糊控制器思想对自抗扰控制参数进行在线整定,赋予自抗扰控制器自调节能力;用模糊自抗扰控制替换传统比例微分控制电压环,构成基于模糊自抗扰的共电压环的双闭环控制结构。将传统的比例微分控制和自抗扰控制进行仿真对比,结果表明,所提出的自抗扰控制在启动时几乎无超调,动态响应速度更快,母线电压波动更小。     

直流固态变压器自抗扰控制

直流固态变压器(DCSST)是高压直流配网与低压直流微网互连的关键设备,为了提高输出电压的抗扰能力,提出基于自抗扰控制(ADRC)的输出直流电压控制方法。通过DCSST电路模型分析进行控制器的设计,并基于线性自抗扰控制(LADRC)结构通过极点配置给出依赖于增益带宽的参数整定方法,并将此得到的参数应用于非线性ADRC的状态反馈增益以及状态观测增益,可实现系统快速无超调响应。实验结果表明文中所提控制策略及ADRC参数整定方法可行,DCSST输出电压采用ADRC控制比采用传统PI控制具有更快的响应速度及更强的抗扰能力。     

一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器*

模块化多电平变换器(MMC)已广泛用于高压直流输电,能将单个低压直流电网连接到高压直流电网。当需要将两个或多个电压等级不同的直流电网连接到同一个高压直流电网时,传统的解决方案是使用多绕组变压器或多个变换器。基于此,提出了一种隔离型多端口直流-直流模块化多电平变换器,可同时连接3个直流电网。针对所提变换器,分析了其工作原理和控制方法,并通过试验验证了所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

基于二阶线性自抗扰的光储协同发电系统低电压穿越控制

针对光伏电站低电压穿越过程中存在的直流电压波动和系统频率特性恶化的问题,提出了一种基于二阶线性自抗扰的光储协同低电压穿越控制策略,该方法通过在光伏电站交/直流侧并联储能装置实现低电压穿越。直流侧储能装置在电压跌落时吸收直流母线冗余的能量,维持直流电压的平衡,并且储能装置采用二阶线性自抗扰控制,保证直流电压在故障瞬间的稳定;交流侧储能装置采用功率补偿控制和一次调频控制,实现频率支撑。所提出的方法能够保持直流电压恒定,维持系统频率平衡,减少了系统能量损失,有效增强了高渗透率分布式光伏发电系统在低电压穿越期间的主动调节能力。     

柔性直流电网的暂态稳定判据与电压恢复控制技术

柔性直流电网中,直流电压的暂态恢复特性是分析系统稳定判据和故障穿越能力的关键。首先建立柔性直流电网的动态模型,通过分析负载功率及直流电压波动后,系统运行点的移动轨迹,阐述直流电网的稳定运行机理。其次,提出柔性直流电网在暂态稳定恢复中应遵循的等电量原则,并结合直流电压极限,获得直流电网的暂态稳定判据。在此基础上,通过改进直流电压下垂控制,提出直流电压暂态恢复控制技术,增加电网暂态稳定裕度。最后通过搭建多端柔性直流仿真系统,验证了所提出直流电网暂态稳定判据和电压恢复控制策略的正确性,为评估直流电网的暂态稳定运行能力提供了依据。     

三电平中点钳位型变换器线性自抗扰离散建模与稳定控制

在离散域下,建立三电平并网变换器线性自抗扰控制的数学模型,设计系统的稳定域范围。该方法设计的稳定域范围与控制周期密切相关,将原来无上界的控制器参数的选取范围大大缩小了,对现代广泛使用的数字化控制器设计具有更加实际的指导意义。该文结合三电平并网变换器的仿真,分析控制器参数对观测精度和系统控制性能的影响,确定三电平并网变换器线性自抗扰控制器参数的最佳取值范围。根据设计的离散控制器参数,针对电网电压、并网电抗以及直流侧中点电位等扰动工况,对三电平并网变换器线性自抗扰控制系统进行仿真。结果表明建立的离散控制模型正确,离散控制器参数设计方法可行,参数选择方便、准确;三电平并网变换器线性自抗扰控制器的响应速度快、控制精度高、抗扰能力强。     

电网电压不平衡情况下三相并联型PWM整流器的控制策略

电网电压不平衡情况下的并联型PWM整流器控制策略是保证其安全稳定运行的关键技术。传统控制算法存在坐标变换运算量大、控制结构复杂、直流母线电压波动以及电网电流畸变等问题,为此提出了一种基于静止坐标系下的并联型PWM整流器控制策略,建立了电网电压不平衡情况下的数学模型,给出了抑制正序、负序和零序环流的基本原理,提出了直流电压外环采用比例积分谐振控制器和网侧电流内环采用比例反馈谐振控制器来消除直流母线电压波动和网侧电流谐波的控制方法,给出了PWM整流器并联运行的整体控制框图,设计了比例反馈谐振控制器参数。最后,通过仿真软件进行了仿真研究,仿真结果研究了所提出算法的可行性和有效性。     

五端直流电网电压控制及功率分配策略

电压源直流电网适用于风力发电场并网及远距离电力输送,为保证直流电网电力传输的灵活性,研究人员提出了多种直流电压控制及功率分配策略。基于对直流电压偏差控制和直流电压下垂控制策略优缺点的分析,提出了一种新的控制策略。该控制策略可提高直流电网稳态运行时的电压精确跟踪能力,并实现主换流站退出运行后直流电网控制模式的平稳转换。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了含有1个大型海上风电场和4个陆上交流系统的五端电压源直流电网平均值模型,通过对比风功率波动、主换流站退出运行等不同场景下直流电网的稳态、暂态特性,验证了所提出控制策略的有效性和优势。