直流配电网的暂态电压稳定控制策略

新能源与负荷侧换流器在短时电压振荡中的恒功率控制将表现出负阻抗特性,削弱直流电网阻尼,容易诱发直流电压持续性振荡。首先建立下垂控制下直流配电网的暂态电压稳定模型,阐述直流电压惯量与阻尼的定义,分析影响系统暂态特性的关键因素。其次,提出通过引入直流母线电压变化量,动态调整下垂系数,增强直流电压阻尼的控制策略。针对阻尼控制策略带来的直流压降增大的问题,通过改进直流母线电压外环控制,使其与电压阻尼控制策略结合,提出暂态电压稳定控制策略,不仅可以提高系统阻尼,并在电压振荡抑制后减小阻尼控制引起的电压偏差。最后,通过搭建六端直流仿真系统,验证所提控制策略可以有效抑制系统振荡,并可减小振荡后的电压偏差,显著提高系统暂态电压稳定性。     

贵广直流次同步振荡抑制原理

针对贵广一回直流在送端孤岛运行情况下可能出现的次同步振荡进行了介绍,并对贵广直流输电系统抑制次同步振荡措施的原理进行了简要的分析,对西门子SSR阻尼控制器的设计进行了介绍,通过在直流电流、功率控制控制回路中增加阻尼环节,以消除次同步振荡的实际效果进行了实域仿真。从运用最优阻尼信号的仿真效果可以看出利用频率或者发电机速度偏差对直流功率进行调制能有效抑制直流系统可能引起的次同步振荡问题。     

贵广直流次同步振荡抑制原理

针对贵广一回直流在送端孤岛运行情况下可能出现的次同步振荡进行了介绍,并对贵广直流输电系统抑制次同步振荡措施的原理进行了简要的分析,对西门子SSR阻尼控制器的设计进行了介绍,通过在直流电流、功率控制控制回路中增加阻尼环节,以消除次同步振荡的实际效果进行了实域仿真.从运用最优阻尼信号的仿真效果可以看出利用频率或者发电机速度偏差对直流功率进行调制能有效抑制直流系统可能引起的次同步振荡问题.     

渝鄂背靠背柔性直流附加阻尼控制策略研究

针对渝鄂异步互联北通道及三峡近区大机组与常规直流和柔性直流强耦合动态问题,建立了包含三峡左一电厂、渝鄂背靠背柔性直流以及龙政直流外送通道的简化等值系统及其详细电磁暂态数学模型。仿真研究了暂态扰动下换流站近区机组的动态稳定特性。提出采用柔性直流有功无功解耦控制回路附加阻尼控制的方法平抑扰动后机组持续缓慢衰减的功率振荡问题,分别设计了基于有功调制和无功调制的阻尼控制控制器,比较研究了两者的作用效果。研究表明,采用有功和无功协同调制的阻尼控制策略可同时快速平抑功率振荡和电压波动,提高系统的动态稳定性,可为工程应用提供参考。     

永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制

风电机组若具备常规发电机组对系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性。本文首先分析了电网扰动时引起永磁直驱风电机组全功率变流器直流侧电压波动的原因,并提出了抑制直流电压波动的解决方案,以保证风电机组在稳定运行的前提下能快速对电网提供功率支持。其次,分别分析了永磁直驱风电机组通过有功、无功调节增加系统阻尼的原理,并进一步提出了风电机组基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略。最后,通过对含30%风电装机容量的三机系统的仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提控制策略的协调控制下,不仅能够提高永磁直驱风电机组的故障穿越能力,并可使系统功率振荡迅速衰减,改善系统的阻尼特性。     

应对柔性直流电网线路故障的混合型MMC直流电压目标预设控制

随着国内外基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的架空线柔性直流输电工程的建设,研究其直流故障穿越控制技术将具备较大的工程应用价值。为减小故障电流峰值,且加快故障清除后直流电网功率恢复速度,提出一种适用于混合型MMC的直流电压目标预设控制策略。其充分利用了混合型MMC的宽范围直流电压输出能力,通过预先设定的直流电压目标控制曲线,优化直流电压站在直流故障发生后的暂态特性。进一步研究直流电压目标预设控制的基本原理与具体实现方式。针对直流电压目标预设控制分别在两端柔性直流输电系统以及直流电网中的应用,讨论故障期间电压站直流电压预设指令值的选取方法,分析比较不同直流电压预设控制曲线对故障后直流母线电压跌落、直流母线电流峰值以及直流功率恢复时间的影响。仿真分析表明,直流电压目标预设控制能够在一定程度上降低直流故障峰值电流,并较为明显的加快直流故障清除后直流电网功率恢复速度,具备一定的工程应用前景。     

风电场柔性直流并网与传统直流外送的源网协调控制策略

针对西部高原地区风电场采用柔性直流并网与传统直流外送导致送端电网频率变化敏感的问题,提出传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的源网协调控制策略。首先,在传统直流和风机中引入一次调频特性和惯性控制环节的变功率附加控制,在柔性直流电网侧换流站引入变电压附加控制,风电场侧换流站引入变频和直流电压偏差附加控制;其次,协调了发电机、传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的时序;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果表明:该源网协调控制策略能增加送端电网的惯量,提高系统频率稳定性;能有效减小送端电网故障期间柔性直流的直流电压波动幅度。     

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。     

考虑惯性与阻尼特性的MMC-HVDC附加功率控制策略

为了解决模拟同步电机控制因电网频率静态波动导致的输出有功偏移问题,实现换流站输出有功的精准控制,提出了一种含阻尼控制的附加有功控制策略。通过对有功功率偏移量进行积分实时修正频率指令值,消除了因频率静态波动引起的功率偏移。通过在附加功率控制输入环节引入阻尼控制,提高系统的动态品质及稳定性。为了实现换流站对电网频率调节的选择性,设计了附加功率控制的投切策略。采用PSCAD/EMTDC平台,对提出的方案进行仿真验证。结果表明:附加功率控制策略不会影响本地换流站联网/孤岛运行模式的切换,保留了模拟同步电机控制的优点;电网稳态运行时,可消除直流电压和输出有功功率的偏移,提升换流站稳态运行特性;系统动态调节时,可抑制系统的功率振荡,对换流站输出功率实现快速准确控制。     

非并联运行交直流系统直流调制原理及附加控制器设计

针对交直流非并联运行的系统结构,首先理论推导了该结构下利用直流功率调制抑制交流系统低频振荡的机理,并给出了影响直流调制效果的关键因素;然后引入扩展留数比指标作为直流附加控制器输入信号选择依据,采用测试信号法对系统进行小干扰稳定分析和扩展留数比计算,按照补偿留数相位的方法对直流附加控制器参数进行整定;最后通过测试算例和西北电网实际工程算例仿真验证了所设计的直流附加控制器能够有效阻尼非并联运行交直流系统的区域间功率振荡。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

Fast switch fault diagnosis for PWM DC–DC low power converters

In this paper, a fast switching fault diagnostic scheme is proposed for low‐power pulse width modulation (PWM) DC–DC converters operating in different conduction modes. The outstanding feature of the proposed scheme is that no additional sensing circuits are needed. This is achieved by using the differential of output ripple voltage and the switch gate driver signal for diagnosis. Since the output voltage has to be normally measured for control purposes and the PWM signals are known to the controller, no additional sensors are needed in the proposed scheme. Moreover, based on the real‐time output voltage measurement and switch gate driver signal, the characteristics of switch open‐ and short‐circuit faults can be rapidly extracted, specifically, in less than one switching cycle. Besides, the fault detection scheme can be implemented by a low‐cost logical hardware circuit, which can be integrated into the control unit. The fault diagnosis principle, design considerations, and implementation of the detection scheme are discussed in this paper. Experimental results show that the fault detection system can detect the switching fault in four‐tenths of the switching period. Besides, the proposed method can be used in the applications where the output voltage ripple rate is more than 4%, which covers most situations. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

直流电网暂态过电压机理与抑制策略

在柔性直流输电系统受扰后,当直流电网存在盈余不平衡功率时,将导致直流过电压问题,进而对IGBT、电容器等器件造成不可逆的损坏。针对直流电网故障下的直流过电压问题,首先分析了不平衡功率导致直流过电压的机理,得到了直流电压与直流电网内不平衡功率的定量关系;然后提出一种抑制直流电压上升的虚拟调制控制策略,并针对单极和双极2种故障类型采取2种不同控制策略;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证发生受端短路故障、受端单站闭锁故障和受端单极闭锁故障3种典型故障时所提控制策略的有效性。仿真结果表明,虚拟调制控制策略能有效地延缓直流电压上升速度,与耗能装置配合可以显著降低耗能装置的投入容量。     

多端柔性直流输电系统的改进下垂控制策略

电压源型变流器技术发展日臻成熟,电压等级及容量不断提高,已成功用于柔性直流输电系统,并展现出高电压、大容量和多端柔性直流输电系统应用的发展态势。本文结合世界首个多端柔性直流输电工程,针对多端柔性直流输电系统应用中存在的强非线性和多端协调等技术难点,提出采用改进下垂控制方法,即通过多个换流站同时采用定电压控制方式运行,暂态过程中,采用定电压控制的换流站退出时系统仍能正常运行,保持直流网络功率平衡。通过检测直流网络电压和动态改变平滑切换控制器输出值,即由切换控制器选择定功率控制输出有效或定电压控制器输出有效,在无需站间通信情况下,实现定电压控制换流站和定功率控制换流站之间的相互转换,相对于传统采用单点电压控制的多端系统,具有较好的灵活性。此外,针对采用定电压控制的换流站完全退出的极端工况,设计反步电压控制器,有效地减小了暂态过电压程度,与下垂控制策略结合,能较好地实现系统直流电压的稳定控制,充分发挥其多端协调功能,提高系统抗干扰性能。仿真结果证明了所采用方法的正确性和有效性。     

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。     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

VSC-HVDC系统新型广义直流电压控制策略

建立了基于电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）（VSC-HVDC）输电系统的标幺值数学模型。为了抑制系统故障时直流电压的波动幅度,基于上述模型,提出了一种新型广义直流电压控制策略。在此控制策略下,换流站间不需要通信,外环有功功率控制器为一个广义直流电压控制器（GDCVC）。当直流电压因交流系统受到扰动或直流电压控制器（DCVC）故障等原因而不能有效维持直流电压时,维持和限制直流电压的功能可平滑、自动地由有功功率控制器接替,从而达到保护设备安全运行、提高系统持续运行能力的目的。仿真表明,文中提出的控制策略在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果,对实际VSC-HVDC系统的控制器设计具有参考意义。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

基于Buck变换器的无刷直流电机转矩控制仿真

无刷直流电动机（BLDCM）存在转矩脉动的突出缺点，提出了一种基于直流环节电压控制和模糊PID控制器的新型混合控制策略，以抑制无刷直流电机的转矩脉。电路拓扑包含功率因数校正降压转换器和逆变器。降压转换器通过控制直流电路电压来降低换向转矩脉动，使用模糊PID控制器和脉冲宽度调制（PWM）技术的逆变器在导通区域提供适当的电流。 Buck变换器降低了通过控制直流环节电压换向转矩脉动，逆变器使用模糊PID和PWM技术提供导通区域的电流。该方法能够消除传导区转矩脉动,削弱换相区转矩脉动，仿真结果表明，该策略具有功率因数校正功能，可有效抑制转矩脉动，提升电机运行的鲁棒性。     

直流电网中限流器优化配置方法研究

柔性直流输电具有灵活、可靠的特点,成为目前直流输电领域的研究热点。但直流电网中发生短路故障时其短路电流较大,如何在直流侧故障时快速将其切除成为直流输电技术的研究难点。文章重点研究了柔性直流输电系统中限流器的优化配置。以目前研究较多的超导限流器为例,对柔性直流电网中的故障问题进行详细分析;基于超导限流器的特性,提出了考虑直流断路器切断容量和故障反应时间的限流器优化方法;选取算例在MATLAB平台上对该优化方法进行了验证,仿真结果表明该优化配置方法能有效的指导限流器的设计,提高其应用过程中的经济性。