不平衡电网电压下柔性直流输电系统功率滑模补偿策略

针对柔性直流(VSC-HVDC)输电系统在交流电网电压不平衡情况下,功率产生2倍频波动分量的问题,首先通过分析不平衡电网电压下VSC换流器的数学模型,将引起系统2倍频功率波动的因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以系统2倍频功率为状态变量的控制方程;进而基于该控制方程提出了一种VSC-HVDC功率滑模变结构补偿策略,以同时抑制电流因素和电压因素引起的功率波动,以及VSC换流器输出电流的畸变,并提高了变工况状态下系统的动态响应性能。将该补偿策略引入到VSC-HVDC原有矢量控制环节中,当交流电网电压不平衡时,该控制策略能够单独对其中的2倍频分量进行有效控制,可以在不影响正常状态运行的同时又能抑制2倍频功率波动分量。通过在PSCAD/EMTDC中搭建两端VSC-HVDC仿真模型,证明了该策略抑制不平衡电网电压下系统2倍频功率和平衡交流侧电流的有效性。     

电网电压不平衡时MMC-HVDC的无差拍直接功率控制

针对电网电压不平衡时,模块化多电平换流器高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传统控制策略结构复杂、需要旋转坐标变换和锁相环以及需要调整的PI参数较多、动态响应慢等问题,基于MMC-HVDC通用功率模型,提出一种电网电压不平衡时的无差拍直接功率控制策略,该策略省略了电流内环,因而无需复杂的参考电流计算,避免了使用多个PI调节器和多个PI参数难以整定的困难,可实现对有功和无功的直接控制,响应速度快。为了实现电网电压不平衡时抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动3个控制目标,提出功率补偿策略,并分别给出3个控制目标所对应功率补偿分量的计算公式。在PSCAD/EMTDC中搭建11电平MMC-HVDC仿真模型,验证了所提控制策略的可靠性和有效性。     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

不对称电网电压下VSC-HVDC模型预测直接功率控制

不对称电网电压下采用传统定义的瞬时有功和无功实现直接功率控制时,会产生较多的电流谐波,导致交流电流波形发生严重的畸变。为此,引入新型无功代替传统无功。对比了分别采用传统无功和新型无功时的区别,并定性分析了采用传统无功产生电流谐波的原因。基于有功和新型无功建立了三电平电压源换流器高压直流输电(high voltage direct current transmission based on voltage source converter,VSC-HVDC)功率模型,提出模型预测直接功率控制策略(model predictive direct power control,MPDPC),实现了不对称电网电压下有功和新型无功波动的有效抑制和直流侧电容电压平衡,并保证了良好的电流波形质量。基于新型无功的MPDPC可以适应对称和不对称电网电压,实现了功率的直接控制,避免了电压、电流的正负序分解和功率补偿策略。在PSCAD/EMTDC中搭建两端三电平VSC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

模型预测控制在MMC-HVDC中的应用

针对不对称交流电网下模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传统不平衡控制策略存在的诸多缺点,提出两种改进的不平衡控制方法:电流环模型预测控制方法和模型预测直接功率控制方法。两种方法分别实现了对MMC交流侧电流的控制和对MMC交流侧有功和无功功率的直接控制。详细描述了两种控制方法的控制原理及设计过程,与传统的双矢量控制策略从控制结构复杂度、稳态性能和动态性能等方面进行了对比分析。将模型预测直接功率控制与功率补偿策略相结合,以分别实现不对称电网下抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动3种控制目标。在PSCAD/EMTDC中搭建了5电平MMC-HVDC模型,验证了该文所提两种控制方法的正确性和有效性。     

改善电能质量的电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略

基于两相静止(αβ)坐标设计交流电网不平衡条件下电压源换流器高压直流输电(voltage source convener based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的双矢量电流及谐波补偿控制(αβ-dual vector current & harmonic compensation controller,αβ-DVCC&HC)方案,实现抑制直流电压2倍频波动及减小交流电流谐波的控制目标.在电流控制环中无须电流及电压正负序分解,改善了传统dq坐标双矢量电流控制(dq-dual vector current controller,dq-DVCC)策略因正负序分解带来的稳定及动态性能方面的问题,避免了电流控制环中引入3次交流谐波的可能性,显著降低了不平衡电网交流谐波电流.同时为了减小功率脉动对另一侧正常运行电网电能质量的影响,在电流控制环中加入3次谐波补偿,提高了电能质量.基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC模型及αβ-DVCC&HC控制器,仿真结论表明本文控制策略的有效性.     

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。     

适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制

针对风电并网的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统的传统双闭环控制策略存在控制结构复杂、PI参数较多且难以整定、响应速度慢等问题,提出适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制策略。为了提高风电场母线交流电压的控制精度,风电场侧换流器(WFVSC)采用基于优化模型预测的定交流电压控制,提出滞后补偿两步预测法,并将模型预测控制与脉宽调制(PWM)技术相结合,求取2个控制周期内调制波的最优解,然后经过调制单元生成开关信号作用于WFVSC。网侧换流器(GSVSC)采用有限控制集模型预测功率控制,基于GSVSC的离散数学模型,利用代价函数遍历寻优找出使代价函数最小的开关状态组合作用于GSVSC。基于所提模型预测控制的VSC-HVDC系统具有良好的稳态性能、动态性能和故障恢复性能,能为风电场提供稳定的交流电压。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

VSC-HVDC离散模型及其不平衡控制策略

针对常规控制下电压源换流器(VSC)对交流电网电压不平衡的敏感特性,避免电网电压不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对VSC进行功率特性分析的基础上,采用了网侧功率节点控制并补偿换流电抗和损耗电阻二倍频功率的不平衡控制策略。同时针对工业现场微机控制器,推导了基于双序矢量电流控制器(DVCC)的离散化内环控制模型、Smith预估补偿器模型和外环控制模型。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)离散模型,对外环功率指令阶跃以及两端换流站分别发生电网不平衡故障进行仿真,仿真结论验证了本文离散模型以及不平衡控制策略的有效性。     

不对称交流电网下MMC-HVDC输电系统的控制策略

不对称交流电网下的功率波动将引起模块化多电平换流器子模块能量的不平衡,进而影响模块化多电平变流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC, MMC-HVDC)的动态性能。基于不对称交流电网下MMC桥臂瞬时功率的分析,确定换流器内部子模块电容电压及桥臂环流的控制目标。在此基础上,提出一种基于子模块电容电压预估的最近电平调制和基于桥臂环流预估的直接环流控制,两者相结合的复合控制策略。不论交流系统对称与否,在所提出的控制策略下,均能保证换流器上下桥臂间,三相间以及总子模块电容电压的相对平衡,实现对基频及二倍频谐波环流的抑制。基于 PSCAD/EMTDC,建立两端 MMC-HVDC 仿真模型,分别在有功功率和直流电压控制站进行不对称交流电网的仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略能够保证故障期间子模块电容电压平均值保持恒定,直流电压不会由于二倍频零序瞬时功率出现二倍频波动,系统故障穿越能力得以提升。     

支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制技术

针对城市电网分层分区网架供电能力不足、负载不均衡、安全可靠性差等问题,提出一种支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制策略。首先,针对城市电网安全经济运行需求建立了稳态和暂态优化控制目标;其次,建立了计及负载均衡和网络损耗的综合评价指标,采用逐步逼近法快速求解柔性直流最优功率,以实现稳态下城市电网潮流最优控制;设计了基于换流站功率裕度的多端柔性直流自适应下垂控制策略,合理分配故障后各分区紧急功率支援,同时减小直流电压偏差。以郑州城市电网实际算例仿真验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。     

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。     

光伏电站经柔性直流集电送出系统的低电压穿越协调控制策略

光伏电站经柔性直流集电送出系统在交流电网发生故障扰动时应该具备低电压穿越的能力。针对受端和送端交流电网发生故障扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的低电压穿越协调控制策略。交流电网故障情况下,VSC-HVDC送、受端换流器可依据直流电压的变化量切换控制模式。送端换流器根据VSC-HVDC直流电压的变化量调节光伏电站出口的电压幅值,使光伏电站感受到电压变化并减小有功功率输出,从而迅速维持VSC-HVDC系统的功率传输平衡,提升系统故障穿越能力,而且可以实现直流电压的稳态无差控制。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了1000 MW光伏电站与VSC-HVDC系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。     

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题，文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电，设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器，并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型，仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性，表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题，且控制方式灵活、简单。     

基于三电平电压源换流器的高压直流输电系统的控制策略研究

分析了基于电压源换流器 (VSC)的高压直流输电系统的有功及无功控制原理 ,并以此设计出两端三电平VSC的控制器 ,控制器设计中采用了PI调节器和空间矢量PWM技术 ,并通过时域数字仿真验证了所设计控制器的优越性。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。