一种提高光伏发电系统故障穿越能力的混合型控制策略研究

本文基于不同故障工况下光伏发电系统的输出暂态特性,提出一种混合型控制策略增强其暂态性能及其故障穿越能力。该策略依据故障工况下光伏发电系统并网电压跌落程度,采用Non-MPPT算法调节光伏阵列输出功率,解决光伏发电系统并网逆变器直流过压、交流过流问题;利用磁通耦合限流器抑制光伏发电系统故障冲击电流,并与光伏发电系统输出无功电流相配合,进一步抬高光伏发电系统并网电压。在不对称故障情况下,该控制策略还能降低光伏发电系统并网电压不平衡率,减少其并网逆变器直流侧电压所含二倍频谐波分量,整体提高光伏发电系统故障穿越能力。     

光伏逆变器对称短路电流特性及等效模型研究

随着光伏发电渗透率的提高,其短路电流特性已经无法忽视。详细阐述了单级式光伏逆变器的拓扑结构、数学模型及并网控制,提出了一种基于无功电流注入的低电压控制策略。在此基础上定性分析了光伏逆变器对称短路电流特性,通过电流环控制参数设计并忽略直流电压的动态过程将其简化为受控电流源。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了详细的单级式光伏发电系统电磁暂态及受控源等值模型。仿真结果表明:当并网点电压因对称三相短路故障而导致轻度跌落或重度跌落时,电压环的动态响应是可以忽略的;当发生较深跌落但尚未使逆变器过流时,逆变器输出电流的暂态特性主要受有功电流影响;控制策略切换前后逆变器输出电流相位将发生偏移。实例分析验证了简化模型的有效性,为深入研究逆变型接口电源的故障特性奠定了基础。     

并网型光伏系统无功电压稳定性控制策略研究

针对目前光伏电站接入电网所涉及的电压稳定性问题,在对光伏逆变器无功输出能力与控制点无功电压影响特性研究的基础上,提出一种综合考虑电网静态扰动和暂态故障下的无功电压控制策略。将电压分为静态和暂态控制区,根据光伏单元有功出力和控制点电压所处区域采取对应的无功优化方案,实现了无功在光伏电站与无功补偿装置之间及光伏电站内各逆变器之间协调分配。对采用该策略前后光照强度引起的静态电压波动及电网三相故障引起的暂态电压跌落情况进行仿真。仿真结果表明:采用该控制策略后系统在静态或暂态下均能提供较好的电压支撑作用,有效地抑制电压波动与故障脱网,验证了该电压控制策略具有有效性与经济性。。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

光储联合发电系统组网型控制策略对比研究

光储联合发电系统能够有效平抑功率波动、改善光伏发电质量。为了探究组网型控制策略应用在光储联合发电系统时的暂态特性,在考虑直流侧电容动态特性的工况下,本文分析了一种光储联合发电系统在发生三相接地短路和频率跌落故障时,采用虚拟同步发电机（VSG）控制和直流母线电压/无功功率控制（DC bus voltage and reactive power control,DCVQ）两种不同组网型控制策略的电磁暂态特性。首先根据光储联合发电系统的外特性建立数学模型,然后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型对比研究两种组网型控制方式在面对不同类型故障时的暂态稳定能力,研究结果表明DCVQ控制具有更好的耐受电压扰动能力,VSG控制具有更强的频率扰动耐受能力。     

三相光伏逆变器的低电压穿越控制策略研究

并网逆变器是光伏并网发电系统的核心,出于系统安全考虑,光伏并网系统必须具备一定的低电压穿越能力。目前针对电压平衡跌落故障下并网逆变器的控制已经有了行之有效的措施,但却缺少非对称故障时逆变器行为的分析以及在电压不平衡跌落时保持逆变器稳定运行的有效控制策略。针对这一现状,首先在电网电压平衡跌落时,利用电压电流双闭环控制系统进行分析。接着在研究非对称故障特性的基础上,改进了电压电流双闭环控制系统,分析了功率与直流侧电压波动的原因,并提出了抑制波动现象的控制策略。最后通过一系列试验对逆变器在不同条件下的低电压穿越能力进行了验证,通过分析试验结果可以看出无论是对称还是非对称情况下的控制策略均有良好的控制效果。     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

电网故障下双馈风电无功特性分析及暂态支撑

在对称电网故障下电网电压跌落程度和风速变化对双馈风电发电机(DFIG)的电磁暂态过程和其无功电流极限的影响规律分析基础上,分别讨论了故障持续期间DFIG定子侧以及网侧变流器的无功支撑特性,并结合并网风电场低电压穿越(LVRT)要求,提出了故障期间利用机组容量输出最大无功电流的DFIG改进控制策略,向电网提供最大暂态无功支撑。最后通过实验验证了所提改进控制策略的可行性。     

基于功率指令切换的双级式构网型光伏故障穿越控制策略

在新型电力系统构建中,构网型光伏将发挥巨大作用。但受限于电力电子器件过流能力,目前针对构网型光伏的故障穿越控制策略还需进一步完善。综合考虑逆变器稳态和暂态过流抑制,提出了一种基于功率指令切换和虚拟阻抗的双级式构网型光伏发电故障穿越控制策略,该策略计及光伏直流侧动态响应,能够实现满足电流限幅约束的前提下向并网电压提供无功支撑,同时保持故障期间构网型光伏对系统惯性的支撑特性,提升大扰动下光伏换流器暂态功角稳定性。仿真结果表明,在电网发生严重电压跌落的情况下,所提控制策略可在保持逆变器直流侧电压稳定的同时实现故障穿越功能。     

计及负序控制策略的光伏逆变器故障特性分析

光伏接入系统发生不对称故障时，逆变器会同时控制正序电流和负序电流的输出，但目前针对计及负序控制策略的逆变器故障特性研究较少。为此，首先推导了逆变器稳态短路电流的求解方法。然后考虑不同的负序控制策略，研究了不对称故障下逆变器输出的短路电流特征和等效负序阻抗特征，揭示了光伏发电在不同控制策略和不同故障类型下故障特性的相似性和差异性。最后搭建仿真模型，对理论分析结果进行了验证。结果表明，在新能源接入电网的故障特性及保护原理研究中需充分考虑负序控制策略的影响。     

光伏直流变压器不闭锁零电压穿越策略

针对中压直流系统双极故障下光伏直流变压器的低电压穿越问题,首先基于双有源桥和全桥隔离电路的子模块拓扑结构,分析光伏直流变压器正常运行时最大功率点追踪控制的快速实现方案。然后利用光伏电池板输出特性,提出光伏直流变压器不闭锁穿越策略,该策略对故障时长不敏感,可实现严重故障下的零电压穿越。进一步,针对故障穿越暂态过程中的过电压及子模块不均压问题,提出多控制策略间的平滑切换方案,有效降低暂态过程中的过电压现象,改善子模块间的均压效果。最后在MATLAB/Simulink环境中搭建仿真模型,验证所提策略的有效性。     

基于VSC-HVDC异步互联系统联网转孤岛运行稳定控制策略

以渝鄂背靠背柔性直流工程为案例,对交流联络线N-2故障跳开形成柔直+交流近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的主要稳定问题及其特征进行分析。建立了能够准确反映渝鄂柔性直流系统、九盘地区电网实际特性的电磁暂态仿真模型,重点围绕联网转孤岛的暂态特性展开了研究,对开机、负荷以及机组旋备关键影响因素进行了敏感性分析。通过时域仿真分析法给出了不同运行方式下、不同应对措施下,保障联网转孤岛系统稳定运行的交流联络线潮流预控范围,并据此提出了九盘地区联网转孤岛运行的稳控策略,为渝鄂柔性直流系统的安全稳定运行提供了技术支撑。     

基于暂态功率特性调整无功电流的高电压穿越控制策略

传统的光伏并网逆变器高电压穿越控制策略以削减有功功率为代价提高无功输出,难以平衡网侧电流和直流母线电压、抑制故障切除后电流和电压突变带来的暂态冲击。在分析高电压暂态功率特性的基础上,提出一种维持有功功率输出不变、调整无功电流参考值的高电压穿越控制策略。首先,以小信号模型分析高电压暂态功率特性,得出高电压期间有功功率不变、网侧无功冗余是抑制电压恢复的关键;然后,依据电网电压骤升幅度给出一种估算无功电流参考值的方法;在此基础上,结合有功电流控制,讨论3种不同电网电压骤升幅度下并网逆变器的控制能力,分别给出相应的高电压控制策略;最后,仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于RTDS的光伏接入配电网故障特征研究

随着光伏在配电网渗透率的不断提高,光伏电源故障特征的研究对于配电网的保护控制尤为重要。通过建立光伏并网系统的暂态模型,研究了分布式光伏电源的暂态特性并给出了其电磁暂态全电流方程。利用实际光伏并网控制器,搭建了基于RTDS仿真平台的实时混合仿真系统,通过该系统验证了具有低电压穿越能力的单极式光伏在不同故障情况下的暂态全过程,分析了不对称故障下分布式光伏电源低电压穿越期间的谐波特性。通过理论分析和实验验证全面阐述了光伏电源的故障特征,为光伏接入配电网的故障电流计算及保护整定提供了参考依据。     

大型光伏电站无功电压控制研究

为了满足光伏电站并网对公共连接点(Point of common coupling,PCC)无功电压控制要求,基于九区图原理,以PCC电压和功率因数均合格为最优控制目标,针对PQ电源型和PV电源型的大型光伏电站提出了的无功电压控制策略。搭建了PQ电源型和PV电源型大型光伏电站的等效模型,给出光伏电站无功电压控制策略实施流程图。以典型光伏电站出力和负荷动态变化为基础,通过搭建一个含大型并网光伏电站的110 kV系统,对光伏电站的无功电压控制进行仿真。仿真结果验证了所提策略的有效性和实用性。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

计及虚拟惯量控制与低电压穿越的光伏发电系统暂态稳定分析

为满足光伏发电系统随着装机容量的增加而提出的更高要求,加入了虚拟惯量控制与低电压穿越使系统具备调频与调压的功能.针对计及虚拟惯量控制与低电压穿越的光伏发电系统,建立适用于暂态分析的锁相环扩展非线性模型.基于该模型使用等面积准则的方法分析系统在故障前、故障发生时以及故障切除后的暂态同步过程,从而确定影响系统稳定性的因素....     

模块化多电平换流器HVDC直流侧故障控制保护策略

模块化多电平换流器（MMC）是电压源换流器（VSC）的一种新型拓扑。由于MMC与VSC拓扑结构的差异,二者的直流系统故障机制也有所区别,有必要对其故障特性进行深入分析以进行保护设计。文中介绍了MMC的拓扑结构及工作原理,通过比较基于MMC与VSC直流输电系统的故障特征差异,分析了MMC-HVDC不同类型直流线路故障对系...     

基于柔性工作点追踪的光伏低电压穿越控制策略

为解决现有光伏并网发电系统低电压穿越控制存在的母线过电压问题,提升并网系统故障恢复能力,本文结合柔性工作点追踪控制原理,提出一种经济有效的基于柔性工作点追踪的低电压穿越控制策略。首先,通过图形近似法快速估算出减载点工作电压,推导出故障期间光伏参考工作点位置,提出光伏输出功率快速减载策略;其次,利用拟合出的光伏电流-电压曲线估算光伏短路电流,通过Lambert-W函数计算出最大功率点电压,进一步提出故障快速恢复策略;最后,本文分别通过Matlab仿真和硬件在环测试平台进行仿真和实验分析。分析结果验证了所提控制策略有较好的故障穿越能力和故障恢复效果,且经济性较好,有助于光伏并网发电技术的推广应用。