用于故障限流与电能补偿的多换流器式统一电能质量调节器

介绍了由一个并联电压源换流器(shunt-VSC)和两个串联电压源换流器(series-VSC)组成的多换流器式统一电能质量调节器(Multiconverter-Unified Power Quality Conditioner),用于连接两条具有不同负载特性的配电线路,三个换流器共用一组电容,采用背靠背方式,实现动态电压恢复、有源滤波、故障限流等功能,提高供电质量和可靠性.采用series-VSC串接限流电感的方法限制故障电流,不消耗有功功率.对功率在不同换流器之间的流动情况进行分析和说明.仿真结果表明,MC-UPQC可有效治理电压、电流谐波污染,同时降低网络故障电流水平,易于不同网络互连.     

多换流器式统一电能质量控制器的多目标控制策略

研究多换流器式统一电能质量控制器(MC-UPQC)的动态电压恢复、故障限流和有源滤波等多目标控制策略。其中前2种目标由串联换流器实现,并联换流器进行有源滤波。给出了不同工况下MC-UPQC的换流器配置原则。对串联换流器的故障限流与动态电压恢复的联合控制策略进行了详细分析,同时给出装置器件参数选择的依据。通过MATLAB/Simulink软件对系统控制策略进行仿真验证,证明MC-UPQC多目标控制策略的正确性和可行性。对装置的工程应用问题进行分析和说明,给出主要元器件在选择上应注意的问题:切换开关选用附加冷却装置的固态断路器,换流器连接的配电线路的电压等级应尽可能相同。     

新型电能质量控制装置可行性研究

针对配电网的电能质量及短路电流问题,提出一种新型电能质量控制装置(a Novel Power Quality Controller),可实现对电网电压暂升、暂降、三相电压不平衡和短路故障限流的功能。分析了NPQC中并联变流器与串联变流器的PWM控制方式和反并联晶闸管的短路控制方式;研究了NPQC的电压质量补偿特性和限流特性;描述了NPQC在电压质量补偿状态与短路故障限流状态下的能量流动。最后通过仿真分析验证了新型电能质量控制装置的可行性。     

故障限流与电能质量复合控制系统及其运行机理

为了解决传统限流器长期闲置,利用率低下的问题,提出了一种具有电压波动抑制、电网谐波治理等电能质量控制功能的故障限流与电能质量复合控制系统。该新型拓扑结构在统一电能质量控制器的输入、输出端分别接入反并联双向晶闸管,当电网发生短路故障时,触发反并联晶闸管导通,故障相对应的输入端和输出端滤波电抗器分别串联和并联接入电网,从而实现对故障电流的限制。分析了故障限流与电能质量复合控制系统的工作原理,并建立了限流模式时的数学模型,详细阐述了主限流支路和分流限流支路相配合实现合理限流的机理。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了提出的故障限流与电能质量复合控制系统的可行性。     

基于VSC的直流配电网限流电抗器位置和参数优化配置方法

直流配电系统发生故障后故障电流快速上升,通过安装故障限流装置能有效降低故障电流上升的速率,减小故障电流的峰值,保护系统中的电力电子装置。基于电压源型换流器构建双端柔性直流配电网模型,分析直流配电系统发生极间短路故障的故障原理和故障特征,研究限流电抗器在不同接入位置的限流原理和效果。考虑到换流器耐流特性、保护装置及断路器动作特性,提出基于限流电抗器的故障限流位置和参数优化配置方法,并通过PSCAD/EMTDC平台进行仿真优化,从而确定故障限流电抗器的最优配置方案。     

统一电能质量控制器控制策略研究

该文讨论了一种统一电能质量控制器，分析了其内部的有功功率平衡。在这个基础上提出了一种基于两相同步旋转d-q坐标系的控制方案。在这种控制方案中串联电力有源滤波器被控为电流源使得输入电流为正弦，而并联电力有源滤波器被控为电压源使得负载端为标准正弦电压。最后利用仿真和实验验证了在UPQC中采用这种控制方式的有效性。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

三电平变换器对HVDC系统谐波抑制仿真研究

基于电压源型换流器VSC的新型直流输电技术,克服了传统直流输电系统的一些缺点,但诸如换流技术引发的电能质量问题等方面,尚待研究解决.采用合理的控制策略和应用多电平换流器能够减少谐波污染.介绍了基于功率电流双环控制方法的有功、无功独立调节控制系统,采用了三电平逆变器,利用PSCAD/EMTDC仿真软件进行了仿真分析,结果表明该控制系统功率控制灵活,电流注入谐波较少.     

基于电压源换流器的柔性配电系统故障限流方案

基于电压源换流器的直流配电系统故障线路电流因电容放电而迅速上升,换流器中大量电力电子器件使系统对故障隔离时间提出较高的要求,而故障限流器接入直流系统不仅能限制直流侧故障线路电流,还能限制交流侧以及换流器中的电流。从系统整体限流的角度出发,提出一种基于全控型晶体管的新型限流模块,根据两极短路的故障暂态过程对限流原理进行详细分析,并给出限流模块参数选择的一般原则及其理论计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,通过大量的仿真测试、对比,验证该限流方案的有效性。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

电网电压不平衡时VSC-HVDC优化控制策略

电网电压不平衡时,引起电压源换流器输出功率的二倍频波动。为此,研究了两相静止αβ坐标系下的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)电网电压三相不平衡时的功率优化控制策略。为了方便计算不同控制目标下的参考电流,引入两个独立可调的参数,推导参考电流的统一解析表达式。提出采用粒子群算法对两个独立参数进行优化,同时抑制有功功率和无功功率二倍频波动,实现多目标控制。并采用比例谐振控制器进行矢量电流控制,实现交流信号无静差控制。在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明,当发生单相接地故障时,采用文中提出的功率优化策略,当有功功率波动不超过10%时,无功功率的波动减弱20%,仿真结果和理论分析相一致,验证了所提出的优化控制策略的有效性和可行性。     

基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的设计

传统基于电压源换流器（voltage source controller,VSC）的统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低,同时在运行过程中也有遭受短路故障的可能性和风险,特别是在大容量高电压的场合下,极易造成器件的损坏。将模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）引入UPFC中,同时改进MMC的控制策略以适应所提拓扑的要求,同时由于MMC的引入,短路故障的风险进一步加大,因此在MMC-UPFC的基础上设计了限流模块,该限流模块能在系统短路故障下有效地抑制短路电流,且该限流器在正常工作情况下并不会给线路增加负担。整个UPFC的拓扑具有模块化程度高、谐波小、容量扩展、短路快速限流等特点,该文所设计的拓扑增加了系统的可靠性、安全性和经济性。     

统一电能质量控制器的研究

讨论了一种统一电能质量控制器的拓扑结构,介绍了它的工作原理、补偿指令的产生方法和控制策略。其中串联有源电力滤波器被控制为电压源,并联有源电力滤波器被控制为电流源,使得负载电压为正弦电压,电网输入电流为正弦电流。在理论分析的基础上,应用MATLAB6.5软件对三相三线系统进行了仿真研究,结果表明统一电能质量控制器可有效地补偿电网侧和负载侧产生的多种电能质量问题。     

基于浮点DSP的电能质量分析仪设计

根据相关国家标准中的电能质量的五个指标,从测量精度和软硬件实现难度两方面因素考虑,确定各指标的测量方法。采用快速傅里叶变换（FFT）分析电网谐波,通过跟踪电网频率,实现准同步采样,解决FFT的频谱泄露问题。利用FFT的运算结果,在频域里计算出电压电流的有效值、电压偏差、功率和功率因数、三相不平衡度。闪变的测量采用IEO的测量原理,并对其作了修正,通过双线性变换,实现了闪变测量的数字化。     

一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路的研究

基于电压源型换流器的高压直流输电系统的故障电流幅值大、上升速度快,现有直流断路器的故障电流开断容量和开断速度受到很大挑战.提出一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路,利用饱和铁心型超导限流器及限流电阻共同作用实现阻感复合限流,并借助吸能电阻达到加速故障电流清除、缓解直流断路器开断压力的目的.根据直流故障暂态特性...     

一种新型多目标串联型短路限流控制器的研究

提出一种串联型短路限流控制器,采用背靠背换流器与限流电抗器串联的方式,在系统未发生短路故障时,背靠背换流器可以实现电压补偿、谐波抑制等功能,当发生短路时,将换流器切出,使短路限流电抗器工作。分析了电路的拓扑结构和控制原理,采用完全补偿法对电压进行补偿,采用电源电流检测法滤除系统中的谐波,然后用PSCAD进行了仿真和实验验证。     

电能质量讲座——第三讲 改善电能质量的新设施（上）

近年来 ,改善电能质量的新设施已开发出很多 ,各有其用途 ,有时也需几种新设施联合应用。但共同的问题是还未能大批量生产和应用 ,价格昂贵。1　固态断路器 (SSCB)固态断路器的主要功能是可在少于 0 .5周波内将电源侧故障馈线快速断开 ,但可通过涌流和故障电流几个周波 (此即负荷侧的下游故障 ) ,且能对下游故障电流进行限流。 SSCB的原理图见图 6。图 6　 SSCB的原理图 (SNBR—同期开关 )图 6表明 SSCB由可控硅整流器 (silicon controlledrectifier SCR)元件和可关断晶闸管 (Gate Turn OffGTO)元件以及限流电抗器和 Zn O避雷…     

采用模块化多电平换流器的统一电能质量控制器预充电控制

基于模块化多电平换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)是一种可应用于中、高压配电网的电能质量综合治理装置。在保证设备安全情况下完成装置的预充电过程是装置正常工作的前提,文中对预充电过程3个阶段(不控整流阶段、串联部分子模块电压提升阶段以及可控整流阶段)进行了数学建模与分析,认为在不控整流阶段,各相桥臂子模块中与子模块直流电容并联的反并联二极管将耐受最大冲击电流;在串联部分子模块电压提升阶段,限流电阻仍是限制冲击电流的主导因素,且该阶段所能产生的冲击电流要小于不控整流阶段。由此提出了MMC-UPQC的预充电控制策略,并通过数字仿真和低压物理样机对所提策略的有效性和可行性进行了验证。     

一种适用于智能配电网的DC/DC换流器拓扑及其控制策略

由于智能配电网的高故障率特性以及城市土地资源的限制,DC/DC换流器的体积、成本、效率、控制性能和故障穿越能力逐渐成为其在该领域内的限制因素。为此,提出了一种基于电流源换流器（current source converter,CSC）和电压源换流器（voltage source converter,VSC）的混合DC/DC换流器拓扑,提出的换流器拓扑采用高频交流链路,分析了换流器的数学模型和运行约束条件,给出了换流器的参数设计方法。提出了一种换流器CSC侧采用有功功率和无功功率双闭环控制,VSC侧交流电压幅值单闭环控制的DC/DC换流器闭环控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了1 MW/2 000 V/750 V混合DC/DC换流器仿真模型,分别对额定运行工况、功率反转工况和直流短路工况进行了仿真研究。仿真结果验证了提出的混合DC/DC换流器工作性能优越且具备直流短路故障穿越能力。     

柔性直流电网主动限流开断直流故障研究

基于混合型模块化多电平变换器的柔性直流输电系统可通过主动控制来限制直流故障电流,即将在昆柳龙三端混合直流输电工程中应用。然而,关于混合型MMC的主动限流开断原理、故障电流演变特性、限流控制效果与影响因素尚缺少相关理论研究。针对上述问题,该文首先分析采用直流电压前馈的主动限流控制策略限流机理,研究计及延时后,换流器直流电压、电流在故障期间的演变特性。提出换流器与直流断路器协调控制策略,并分析采用不同协调控制策略时故障线路电流的动态演变过程。分析采用主动限流控制策略后的柔性直流电网对DCCB的开断电流大小需求。针对基于半桥MMC构建的直流电网和基于混合型MMC构建的直流电网2种技术方案,在DCCB开断电流需求、DCCB经济性以及直流电网故障特征等方面对二者进行对比分析。研究表明,与半桥MMC型直流电网相比,基于混合型MMC的直流电网在使用主动限流控制技术后,DCCB开断电流大小减小为原来的22%,使得DCCB的成本减小为原来的45%,故障后换流站直流功率最短时间恢复时间减小为原来的30%,故障后功率模块电容过电压减小为原来的33.3%。最后,通过仿真验证理论分析的合理性。