VSC-HVDC互联系统电压稳定控制策略

柔性直流输电系统具有有功无功可独立解耦控制的特点,使其不仅可以实现直流系统内有功的合理分配,还可以通过对无功的控制辅助所连接的交流系统以维持电压稳定。为充分挖掘电压源型换流站无功输出潜力,提高与之连接的交流系统的电压稳定性,作者提出一种基于VSC-HVDC互联系统的电压稳定控制策略。在两端柔性直流系统中,对整流站采用直流电压偏差斜率控制,逆变站采用定直流电压控制,按照无功优先模式设置电流限幅即以无功电流的大小决定有功电流的限幅值,分别针对整流站和逆变站设计有功电流动态限幅控制器,扩大无功电流限幅值。在不需要站间通信的情况下,将VSC-HVDC输电系统部分有功转换为无功,提高了换流站的无功输出能力,以此减轻扰动或事故端系统调整无功的负担。通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提控制策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的功率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的交流电压稳定性。该控制策略为通过VSC-HVDC系统连接的交流系统的电压稳定问题提供了一种新的解决方案。     

一种适用于电压源换流器型直流输电的直流电压控制

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。为了确保电压源型直流输电系统在一侧换流器故障时仍能有效控制直流电压,在分析电压源换流器在不同控制模式下的外特性的基础上,提出了采用基于直流电压下垂控制的直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现有功功率控制模式与直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,输电系统仍能有效地控制直流电压。最后以一个两端系统为例进行仿真验证,结果表明系统获得良好的动态性能。     

特高压直流分层接入方式下抑制连续换相失败的优化控制策略

针对分层接入的特高压直流输电(UHVDC)中连续换相失败问题,分析其换相机理,提出了一种基于直流电流变化量的定熄弧角优化控制策略。理论上分析定熄弧角控制的作用机理,在控制中引入直流变化量,充分利用故障期间和系统故障恢复过程中直流电流的动态波动特征,来快速调节定熄弧角运行值,补偿因直流电流上升而减小的熄弧角,以达到有效抑制换相失败的目的。利用PSCAD/EMTDC软件实现了所提出的控制方法,并对比分析所提改进策略与CIGRE标准模型控制对换相失败的抑制效果。大量仿真结果表明,所提出的改进控制策略能有效抑制各种交流故障下连续换相失败,改善故障恢复特性。     

直驱式风力发电系统的仿真研究

对直驱式风力发电系统进行了相关研究,详细分析了风力发电系统中变换器模型,该系统由永磁直流电动机-发电机组、高功率因数整流器、全功率逆变器、滤波电路等组成,用直流电动机的端电压随时间变换引起的电机转速变化来模拟工程现场的风速变化,利用saber软件建立了整个仿真系统,并分析了整个系统中变换器的控制方式,仿真结果表明系统能够在不同风速下稳定运行,系统输出的电压近似正弦,谐波含量小,电能质量较高,同时也证明了系统模型的正确性和控制方式的有效性。     

带多脉波整流的级联逆变器研究

将多脉波整流和级联逆变器两者的优点相结合,提出了一种采取带自耦变压器的多脉波整流和级联逆变器构成大功率逆变器的组合式变换电路.针对目前阶梯波控制级联逆变器的触发角控制算法仅适用于等电压差模式且不能在线计算的问题,提出了一种适用于电压级差不等模式且可实现触发角在线计算的简易算法.最后通过实验结果验证了理论分析的正确性.该组合式变换电路在大功率逆变器应用中具有较高的实用价值.     

联于弱交流系统的HVDC换相失败研究

高压直流输电(HVDC)系统逆变侧换流器处交流系统的强度直接影响HVDC系统的动态性能,换相失败是HVDC系统最常见的故障之一.通过分析逆变器换相失败的机理,归纳了联于弱交流系统的HVDC换相失败的各种影响因素,包括直流电流、换相电抗、换相电压、越前触发角,受端系统不对称等.利用Matlab的Simulink对交直流系统模型的动态特性及换相失败进行了仿真.     

一种新型开关模式的高增益低谐波三相逆变器

直流电压利用率和输出电压谐波是影响逆变器性能的重要指标,为提升逆变器的这两项性能, 提出一种新型开关模式的三相逆变器,通过把交流侧滤波电路整合到 Buck 电路中,使交流输出侧不需要电 感电容等无源滤波元件,没有直通和反向恢复问题。该逆变器每一相只有一个开关工作在高频状态,其余开 关工作在 50 Hz 的低频软开关状态。并引入了准比例谐振（PR）控制策略,通过控制变量法详细分析了其 控制参数对系统性能的影响,且给出了一组合理的控制参数。最后,在 Matlab/Simulink 中搭建了该系统仿 真模型,仿真结果表明,应用该新型开关模式的三相逆变器能显著提高逆变器的直流电压利用率,改善输出 电压波形。     

基于不同时间尺度的交直流混合配电网分层优化控制策略

针对传统控制策略难以兼顾交直流混合配电网潮流优化和运行模式快速切换的问题,提出了一种基于不同时间尺度的分层控制策略。在较短时间尺度内,各并网变流器均根据上层调度指令工作于下垂控制模式,使系统稳定时工作于优化状态;当出现恶劣工作状况时,通过切换互联变流器和储能单元变流器的控制策略以维持配电网直流侧电压稳定。在较长时间尺度内,当系统正常运行时以系统电能损耗最小和系统电压偏差最小为优化目标;当直流线路断线时以故障点两侧节点电压偏差最小为优化目标,通过优化调度算法为下层提供调度指令。仿真结果表明:正常运行时该控制策略能实现系统运行优化、维持系统稳定且不过分依赖通信系统;在系统功率骤变、电路故障等恶劣工况时,能实现系统运行状态的平稳过渡。     

改进的动态电压恢复器

针对目前动态电压恢复器（Dynamic Voltage Restorer,DVR）补偿能力有限、储能电容较大等问题,提出了一种改进的DVR拓扑结构.新的拓扑结构通过一个二极管不可控整流器从负载侧上获得能量,再利用升压斩波电路的升压特性,把直流侧电压稳定在一定范围内,保证在电网电压发生跌落严重的情况下,逆变器仍能正常维持工作.它可以有效地控制逆变器直流侧电压稳定,增大了补偿电压的范围,延长补偿时间,从而提高DVR的补偿能力.本文详细介绍了改进的拓扑结构主电路,对boost的功能和参数设计进行了分析.最后通过仿真实验来证明提出的新型DVR系统可行性.     

容错型牵引电机驱动系统的间接定子量控制

针对基于三相四开关容错逆变器的电力牵引传动系统,提出牵引电机的间接定子量控制方案.采用间接定子量算法生成参考电压矢量,以固定逆变器开关频率和减小电磁转矩脉动;通过含有饱和限幅环节的改进型磁链观测器抑制定子磁链的积分漂移.针对三相四开关空间电压矢量的特殊性,给出了容错逆变器SVPWM调制算法;考虑到容错逆变器直流侧电容中点电压不平衡的问题,建立了中点电压补偿模型,提出了一种基于PID调节器的补偿方案.通过MATLAB/Simulink仿真实验证明了所设计的基于三相四开关容错逆变器的牵引电机间接定子量控制方案的可行性和有效性.     

三相高频链矩阵式逆变器的SPWM混合调制策略研究

高频链电路与矩阵变换器相结合,可以使功率双向流动,以及使装置体积小,重量轻,但也增加了矩阵变换器的换流难度。就三相高频链矩阵式逆变器的换流问题展开研究,基于解结耦思路,提出一种新型SPWM混合调制策略,并介绍其核心逻辑控制电路的设计过程。该控制策略可实现一步自适应换流亦可减小矩阵变换器开关器件的电压应力。仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

大规模光伏电站经柔性直流并网系统故障穿越策略

大规模光伏经柔性直流并网系统采用直流架空线路是未来新能源并网的趋势之一。然而,架空线直流短路故障发生概率较大,极易导致光伏电站脱网或换流站电力电子器件损坏。本文首先根据柔性直流输电系统、光伏电站特性,建立了相应的数学模型及仿真系统模型;其次,针对大容量光伏经双极模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流功率传输系统发生直流架空线路单极短路接地故障工况,分析其故障特性;最后,提出综合考虑直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB),换流站控制方式,光伏电站功率出力控制的直流故障穿越的协调控制策略。即故障发生时利用非故障极换流站继续进行功率传输,根据换流站额定功率与光伏电站输出功率计算得到不平衡功率,充分利用光伏阵列自身功率输出特性,优化光伏电站内的直流线路电压,实现控制光伏电站输出功率减载;对直流架空线路在瞬时故障情况下的故障穿越问题,提出了光伏电站减载以及换流站功率前馈增量控制,从而维持系统功率平衡,提高系统的并网稳定性;基于PSCAD/EMTDC的建模仿真,通过故障穿越措施前后的系统参数对比,表明所提方法能够有效的维持光伏电站与柔性直流系统运行特性,平稳实现故障穿越。     

基于空间矢量控制的双PWM变频器研究

针对传统变频器网侧功率因数低,能量不可逆等缺点,介绍了一种新型的双PWM变频器.它是在通用变频器的基础上,引进可逆PWM整流器来取代不控整流,并采用空间矢量控制策略,实现了单位功率因数运行,直流输出稳定,动态性能好,几乎不产生谐波,且能量可以双向传输.实验结果证明了这种理论的正确性和可行性.     

基于非对称控制的三相高频隔离D C - D C变流器

为了使高频三相隔离D C - D C变流器适应低电压高功率的电力需求, 研究了高频隔离三相 D C - D C变 流器, 它可以应用在较低的电压转换比, 对负载和线路干扰有良好的隔离、 调节和快速的动态响应。并且对高频隔 离三相D C - D C变流器进行了建模、 控制和设计, 在固定工作频率下变流器进行非对称控制, 根据变流器工作过程对 变流器进行稳态分析。建立了一个7 5 0W/ 5V / 1 5 0A的D C - D C变流器模型, 在不同的条件下对模型进行了测试。 实验结果表明, 所提出的低电压高电流变流器在对称控制下具有很好的应用前景。     

一种交-直-交变换器的建模与仿真

交-直-交变换器有许多优良的性能,本文对传统的交-直-交变换器整流侧进行了改进,在引入开关函数的基础上,分别建立了交-直-交变换器整流侧和逆变侧的数学模型,在控制系统上,对变换器集中采用SPWM控制,最后通过saber软件对系统进行了仿真实验。实验结果证明了建模方法的正确性和控制方式的有效性。     

多馈入直流系统换相失败分析

针对传统最小电压降落法在判断换相失败时准确性不高的问题,提出了新的换相失败判据。为了明确故障阻抗对换相失败的影响,分别通过两种方法：灵敏度分析法和节点阻抗矩阵法详细分析了故障阻抗与换相电压的数学关系。第一种方法能全面分析各种因素对换相电压的影响;第二种方法在一定的假设条件上得到了更为直观和简洁的换相电压表达式,可作为一种快速分析方法。基于两种换相电压分析方法,分别给出了当地换相失败和同时换相失败时的临界故障和临界耦合阻抗的求解方法。仿真分析表明,改进的换相失败判据准确度很高;同时由两种换相电压分析方法所得到的换相电压表达式也具有一定的准确性。最后,详细分析了交流故障、负荷特性以及系统参数对换相电压的影响,并得到了一些具有指导意义的普遍结论。     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

基于输入输出反馈线性化三态Boost DC／DC变换器的新型控制策略

针对 Viswanathan K为消除普通BOOST DC／DC变换器的非最小相位特性而提出的三态Boost DC／DC变换器,为进一步提高这种电路拓扑的性能,在建立了变换器状态空间平均模型的基础上,针对其多变量、非线性特点,采用输入输出线性化将其转化为一个完全可控的线性系统,在此基础上应用现有成熟的线性控制策略进行了控制系统的设计,并且采用MATLAB进行仿真验证,结果表明:这种非线性控制策略可以确保输出电压在大范围内恒定可调,且即使存在大范围扰动(输入电压和负载变化均较大)的情况下,系统也可以确保稳定性和良好的动态性能.     

基于卷积神经网络的光伏逆变器故障诊断

光伏逆变器将太阳能电池板的直流电压转换为交流电压以驱动家用电器或者升压并入能源互联网,而绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是光伏逆变器的核心组件,其状态异常将直接影响系统的正常运行。从减少传感器数量的角度出发,以直流侧的电流信号作为输入信号,设计了基于卷积神经网络（CNN）的故障诊断模型来监测IGBT的开路状态。并利用设计的Simulink模块生成的仿真数据对模型进行了训练和测试,都取得了很好的故障诊断性能。此外,还设计了不同噪声水平下的故障诊断测试,测试结果表明该故障诊断模型在噪声环境下具备有效性和鲁棒性。     

两级式三相光伏并网系统的MPPT控制策略

基于Matlab／Simulink仿真建立了两级式三相光伏并网系统,以研究最大功率点跟踪（MPPT）控制策略．前级DC／DC变换器采用扰动观察法实现MPPT,后级逆变电路采取电压外环、电流内环的双闭环PI控制,以稳定直流母线电压,实现网侧电流的跟踪控制．仿真结果表明,采用的MPPT控制策略具有良好的动态响应性能,且能较好地稳定直流母线电压．