联接低惯量交流系统的MMC与发电机之间的低频交互振荡模式研究EI北大核心CSCD

当模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)联接低惯量交流系统时,MMC控制系统很可能会与发电机控制系统产生交互作用,使系统发生低频振荡。该文首先建立连接发电机组的MMC系统的详细小信号模型,并与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态模型进行对比,验证所建立小信号模型的准确性。然后,研究交流系统惯量对系统稳定性的影响,识别系统的主导低频模态,并分析主导低频模态的影响因素。之后,通过计算控制参数的可行域研究发电机与MMC控制参数之间的交互作用,并通过分析系统频率扰动信号的传递路径,揭示联接低惯量交流系统的MMC与发电机之间主要存在的两条交互作用路径,即发电机调速系统与MMC控制系统间的交互路径及发电机励磁系统与MMC控制系统间的交互路径,最后通过电磁暂态仿真验证理论分析的正确性。     

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。     

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.     

串联混合型直流输电系统的小信号模型及其稳定性研究

针对高压端采用电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)、低压端采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)串联构成的串联混合型直流输电系统,该文建立了其状态空间及小信号模型。推导LCC与MMC在交、直流侧的数学模型,换流站间及换流站与交直流系统间的接口模型,建立包含LCC、考虑详细内部动态特性的MMC、直流输电线路、交流系统的串联混合型直流输电系统状态空间模型及对应的小信号模型,并与电磁暂态仿真模型的动态响应特性进行对比,验证所提建模方法的准确性。研究了受端交流系统强度对串联混合型直流输电系统小信号稳定性的影响,结果表明高压端LCC和低压端MMC之间的耦合作用在一定程度上降低了弱交流系统下串联混合系统的稳定裕度。     

基于开关函数的LCC-HVDC换流站动态模型及小干扰稳定性

研究了电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)的控制系统参数对其小干扰稳定性的影响。基于LCC-HVDC换流站的开关函数模型,建立了LCC系统换流站、交流系统以及控制系统的小干扰动态模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小干扰模型的正确性。然后,采用特征值分析方法,研究了锁相环(phase-locked loop,PLL)增益系数和定关断角控制参数对LCC系统振荡模态、阻尼特性、参与因子和可行稳定运行区域的影响,该研究结果可以为LCC-HVDC换流站相关控制参数的选取提供依据。     

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。     

含锁相环的两级三相式光伏并网系统稳定性分析及控制

为了分析并改善光伏并网系统稳定性问题,本文建立了包括锁相环(PLL)在内的两级三相式光伏并网系统小信号模型,利用特征值法分析了电网强度、最大功率追踪(MPPT)控制参数、锁相环控制参数对系统稳定性的影响。分析可知弱电网下主导振荡模态与锁相环控制参数直接相关。基于锁相环和电流内环控制的相互作用,提出一种附加控制方法,将锁相环的输出频率变量通过控制系数附加作用于电流内环控制。利用特征值法和时域仿真证明该方法可解决弱电网情况下由于锁相环控制参数设置不当带来的系统稳定性问题,并找出了控制系数在不同锁相环参数设置下的可行域。     

逆变站稳定性影响分析及控制参数优化整定

VSC-HVDC(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。柔性直流输电系统逆变站的控制参数对系统的控制器设计和稳定性分析都具有重要作用。通过建立VSC-HVDC单端系统小信号等效模型,分析逆变站的控制参数对系统小干扰稳定性的影响。利用PSCAD/EMTDC搭建VSC系统的仿真模型进行仿真验证,仿真结果验证了小信号模型的正确性,并根据逆变站稳定性分析提出了一套参数整定方法。     

弱交流系统下STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响研究

当电网换相换流器高压直流输电(linecommutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)逆变侧交流母线处含有静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)时,LCC-HVDC与STATCOM均需要各自的锁相环(phase-locked-loop,PLL)为其控制系统提供基准。该文考虑LCC与STATCOM锁相环各自动态建立含STATCOM的LCC-HVDC系统的小干扰模型,采用经典特征根分析方法,通过对比LCC-HVDC系统与含STATCOM的LCC-HVDC系统二者之间的锁相环与控制系统参数可行域的差异,研究STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响。最后,通过理论计算,对比有无STATCOM投入时LCC-HVDC系统在不同SCR与不同PLL参数下的最大传输有功功率(maximumavailablepower,MAP)及临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)的变化规律。研究结果表明,当LCC-HVDC连接较弱系统时,控制系统之间的耦合作用对LCC锁相环的稳定可行域产生负面影响,可能引发由于LCC锁相环增益过大而导致的整个混合系统的小干扰失稳现象。     

提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法

整流站采用电网换相型换流器(LCC)、逆变站采用模块化多电平换流器(MMC)的混合多端直流输电系统(H-MTDC)连接弱交流系统时,若控制参数设置不合理,系统可能出现小干扰失稳现象,限制了混合多端直流输电系统在弱交流场合下的应用。该文提出一种提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法。首先,基于混合多端直流输电系统的小干扰模型,采用特征根分析法研究不同换流站所联接的交流系统强度对混合多端直流输电系统小干扰稳定性的影响,结果表明不合理的控制参数会降低系统的稳定裕度,继而诱发小干扰失稳问题。然后以混合三端直流输电系统为例,给出一种基于灵敏度分析的控制参数优化调节方法,优化了混合三端直流输电系统的控制参数。PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,采用优化后的控制系统参数提高了连接弱交流系统时混合三端直流输电系统的小干扰稳定性。     

混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理研究

在混合双馈入直流输电系统中,由于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的存在,系统在不同的联络线长度下呈现出不同的高频振荡特征。为研究混合双馈入直流输电系统的高频振荡特征及机理,首先建立系统的状态空间模型,基于此研究系统的高频振荡特征,结果表明,由于LCC子系统的存在,在不同的联络线长度下混合双馈入直流输电系统呈现出不同的高频振荡特征。然后,建立混合双馈入直流系统的高频阻抗模型,研究LCC子系统、联络线长度、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制链路延时、交流线路长度等对系统高频阻抗的影响。结果表明,对于无电气距离的混合双馈入系统,LCC滤波器的存在使其无高频振荡风险;对于有电气距离的混合双馈入系统,当LCC和MMC子系统之间的电气距离较近时,LCC交流滤波器对系统高频振荡的抑制效果随着联络线长度的增大而减弱。最后,提出混合双馈入系统无高频振荡风险的联络线临界长度确定方法,并通过理论分析和电磁暂态仿真进行有...     

极弱电网下直驱风电并网变流器小信号建模及稳定性运行策略分析

极弱电网下,直驱风电并网变流器各控制环路动态交互、满功率运行会改变并网点电压,导致不能稳定运行。对此,建立了考虑控制延时环节的全阶状态空间小信号模型,并采用特征值分析方法分析系统稳定性。研究表明系统稳定性随电网强度降低呈非线性变化,存在不连续稳定区间,且控制延时对不同振荡模式的阻尼比影响也呈非线性,部分阻尼比变大,部分阻尼比变小;同时,得到了参与电压、电流和锁相环之间交互作用的主导状态/控制变量,其参与度随电网强度减弱而加剧,进一步分析了各控制器参数对系统稳定性的影响规律,拉开控制带宽,避免频带交叠,将有助于提高系统稳定性;通过对比分析直驱风电系统在定交流电压控制和电压下垂控制下的适用性,发现定交流电压控制更适合极弱电网工况。通过MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。     

交流系统不对称时MMC系统小信号稳定性研究

交流系统不对称时,相序分离环节和负序电流抑制控制器在抑制负序分量的同时会对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)系统的小信号稳定性产生负面影响。该文首先建立交流系统不对称时MMC系统的小信号模型,并与详细电磁暂态仿真对比验证模型的正确性;然后采用特征根分析研究正序电流矢量控制器和环流抑制控制器在交流系统不对称与对称两种工况下参数的可行域和模态阻尼特征,并通过参与因子法揭示主导模态的关键参与电气和控制变量;最后研究负序电流抑制控制器参数对MMC系统小信号稳定性的影响。结果表明,交流系统不对称时正序电流矢量控制器和环流抑制控制器参数的可行域减小,且系统弱阻尼模态增多,因此MMC系统的小信号稳定性降低;负序电流抑制控制器由于与MMC换流站内部交互耦合,MMC内部模态会随着负序电流抑制控制器参数的增大而趋于不稳定,最终导致系统失稳。     

利用电压倾斜控制的VSC-MTDC稳定性分析

建立了采用电压倾斜控制的多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)的小信号模型。文中首先设计了电压倾斜控制器,能够实现多端直流系统遭受扰动时,换流站间不需要通信可以自动恢复稳定运行。然后文中采用线性化动态方程描述了整个多端直流系统,包括换流器、控制系统(电压倾斜控制,内/外环控制及锁相环),直流线路及交流系统。通过将所建模型与电磁暂态模型进行时域下的详细比对,验证小信号模型的正确性。最后,基于小信号模型得到多端系统的根轨迹曲线,并通过判断主导极点在坐标系中的位置,分析电压倾斜控制参数对稳定性的影响。     

双馈风机并网系统高电压穿越控制策略稳定性分析

因系统故障导致电网高电压时,在传统的双馈风机高电压穿越(简称高穿)控制策略下系统可能存在稳定问题。为此,首先考虑了高穿期间双馈风机电流可行域,基于并网系统机端电压与电流关系(Ut-Id)研究了因平衡点不存在导致的系统高穿期间暂态电压失稳问题,分析高电压水平、电网强度和无功电流增益系数等关键因素的影响。然后,建立双馈风机高穿控制下的系统小信号模型,分析上述关键因素对系统小干扰稳定的影响,结合暂态电压稳定分析结论对无功电流增益系数和分配系数进行选取。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证理论分析的合理性。     

VSC-HVDC联接弱交流系统下的新型附加频率阻尼控制方法

电压源型换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)联接弱交流系统时,很容易受到锁相环(phase-locked loop,PLL)特性的影响而使传输功率受限甚至出现系统不稳定的现象。该文从传统交流发电机的运行原理角度出发,提出了一种简单有效且适用于V S C-H V D C联接弱交流系统时的附加频率阻尼控制(supplementary frequency-based damping control,SFDC)方法,该方法基于PLL的输出频率特征量同时引入阻尼系数Dk,产生了有功功率的附加阻尼分量来抑制或消除由于PLL引起的系统失稳现象。首先,建立了基于传统电流矢量控制的VSC系统的小信号模型,采用特征根分析和参与因子分析方法,研究了PLL参数对系统小干扰稳定性的影响及不同短路比(short circuit ratio,SCR)下PLL参数的可行域。然后,建立了含有SFDC控制的VSC系统联接弱受端交流系统时的小信号模型,并通过详细电磁暂态仿真验证了模型的正确性;基于特征根分析方法研究了阻尼系数Dk对VSC系统小干扰稳定性的影响及其参数可行域。最后,对比研究了SFDC控制闭锁和投入时,VSC系统在不同SCR下的最大传输有功功率及不同PLL参数下所允许的最小短路比的变化规律,并提出了一种基于阻尼系数Dk的临界短路比裕度增加量指标,来定量评价所提出的SFDC控制对VSC系统稳定裕度的提升能力。结果表明,所提出的SFDC方法不仅可以有效抑制或消除弱交流电网下由于PLL引起的VSC系统失稳现象,而且可以提升VSC系统的最大传输功率及临界稳定裕度。     

基于虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制

虚拟同步发电机控制能够为电网提供虚拟惯量,提高系统的频率稳定,但在通信线路传输延时的影响下,传统二次频率控制动态特性显著恶化。建立包含二次调频环节、通信延时环节的微电网完整小信号状态模型,基于该模型对虚拟同步发电机接入后的微电网频率稳定进行了研究,讨论虚拟惯量等重要控制参数对微电网频率控制延时边际的影响。针对通信延时对频率控制的负面作用,设计含虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制策略,在原有控制回路中增加延时响应预测环节以补偿通信延时影响。利用PSCAD/EMTDC仿真对比了是否包含延时补偿下系统的频率响应,结果表明所提延时补偿控制策略能够有效提高微电网频率控制对通信延时的鲁棒性并增强系统的频率稳定。     

联接含惯量交流系统的VSC-HVDC系统特性分析

目前针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制特性的研究仅限于联接到等值交流系统的情形,建立VSC-HVDC系统联接到含惯量的交流系统的模型,研究弱系统条件下交流系统内部参数与VSC-HVDC系统的相互作用有重要意义。利用同步发电机(SG)模拟含惯量的交流系统,首先建立了连接到SG的VSC-HVDC系统的小信号模型,并验证了模型建立的正确性;利用参与因子法分析了特征根与状态变量的关联程度。采用特征根分析和仿真验证结合的方法,分别研究了线路阻抗、SG的惯性常数、阻尼系数的参数变化对系统特征根的影响规律;最后研究了VSC控制器参数对系统稳定性的影响作用。结果和结论证明,系统小信号稳定性随着系统线路阻抗角减小、短路比(SCR)的降低而降低;当惯性常数取值1.2 s时系统小信号稳定性先增强后减弱但不会失稳,当阻尼系数D在0~0.5范围内变化时,系统小信号稳定性先增强后减弱,VSC控制器参数对系统小信号稳定性影响也较大,在一定范围内调整SG惯性常数、阻尼系数和VSC控制器内外环参数值可以提高系统小信号稳定性。     

联接含惯量交流系统的VSC-HVDC系统特性分析EI北大核心CSCD

目前针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制特性的研究仅限于联接到等值交流系统的情形,建立VSC-HVDC系统联接到含惯量的交流系统的模型,研究弱系统条件下交流系统内部参数与VSC-HVDC系统的相互作用有重要意义。利用同步发电机(SG)模拟含惯量的交流系统,首先建立了连接到SG的VSC-HVDC系统的小信号模型,并验证了模型建立的正确性;利用参与因子法分析了特征根与状态变量的关联程度。采用特征根分析和仿真验证结合的方法,分别研究了线路阻抗、SG的惯性常数、阻尼系数的参数变化对系统特征根的影响规律;最后研究了VSC控制器参数对系统稳定性的影响作用。结果和结论证明,系统小信号稳定性随着系统线路阻抗角减小、短路比(SCR)的降低而降低;当惯性常数取值>1.2 s时系统小信号稳定性先增强后减弱但不会失稳,当阻尼系数D在0~0.5范围内变化时,系统小信号稳定性先增强后减弱,VSC控制器参数对系统小信号稳定性影响也较大,在一定范围内调整SG惯性常数、阻尼系数和VSC控制器内外环参数值可以提高系统小信号稳定性。     

模块化多电平换流器型多端高压直流输电控制参数优化方法

针对模块化多电平换流器型多端直流(MMC-MTDC)输电系统的稳定性受不同换流站控制系统之间相互作用的影响,不恰当的控制参数可能会降低MMC-MTDC系统的稳定裕度问题,提出一种MMC-MTDC控制参数的优化方法以提升系统的稳定裕度.首先,建立包括MMC主回路、控制系统、交流系统与直流系统的MMC-MTDC小信号模型....