基于DAB的直流变压器潮流建模与计算

以双有源全桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器为基础构成的直流变压器优势显著,在未来多电压等级的直流配电网中具有广泛的应用前景.现有研究缺乏直流变压器的潮流建模和等值电路模型.文中推导了DAB在输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)结构下的直流变压器稳态数学模型,分析了移相比在直流配电网潮流计算中的作用.针对多个直流变压器潮流求解时间长的问题,推导出π型等值电路模型,并基于此提出了边缘优先和模型等效的方法,能够快速、准确地计算含多个直流变压器的多电压等级直流配电网潮流,大大缩短了潮流求解的时间.利用修改后的IEEE 14节点直流配电网验证了所提模型和方法的正确性和有效性.     

HVDC系统高精度闭环动态相量仿真模型

为实现多故障类型下对高压直流输电(high-voltage direct-current, HVDC)系统进行快速精确的闭环计算,使用动态相量法对包括换流变压器在内的完整HVDC系统进行了详细的建模推导。首先分析了交流不对称情况下实际触发角的偏移和各换相过程的不平衡情况,提出了适用于不对称故障的改进换流器动态相量模型。随后,使用考虑电压损耗的换流变压器模型代替理想变压器模型,提高了阀侧交流电压的计算精度,并结合直流线路动态相量模型,重构了HVDC全系统的仿真流程,实现了系统的闭环计算。将所建模型应用于CIGRE Benchmark标准直流系统,并与PSCAD仿真结果进行对比,结果证明了所提模型准确有效。     

基于动态相量法的三相双有源桥直流变换器闭环系统建模与稳定性分析

三相双有源桥（dual active bridge,DAB）直流变换器作为两个不同电压等级的直流电气系统的连接桥梁,能够实现能量的双向流动。对于闭环控制系统,DAB 直流变换器控制器参数的选取影响着系统运行的稳定性。针对此问题,本文基于动态相量法对使用单移相控制策略的三相 DAB直流变换器进行建模,并考虑了闭环控制器,...     

多端柔性直流输电系统谐波特性及交互机理分析

为分析基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)的谐波特性及交互机理,首先引入平均开关函数的概念,建立了MMC详细时域模型,忽略内部动态特性得到MMC简化模型,从而得到MMC-MTDC的等值电路以及各换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波的传递函数。随后,定义MMC交流侧电流和直流侧电压电流的各阶动态相量为状态变量,将MMC时域模型转化为序分量动态相量谐波分析模型,得到MMC特征谐波分布特性及交直流侧谐波传递机理。通过描绘换流器直流侧谐波电流对各换流器直流端口电压谐波传递函数的频率特性曲线,分析了MMC-MTDC的谐振特性以及谐波在不同换流器间的交互机理。最后,在MATLAB/Simulink中的仿真验证了谐波特性及交互机理分析的正确性,分析结果可为谐波抑制策略的提出提供理论支撑。     

含双有源全桥变换器多电压等级直流配电网潮流分析与计算

双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器能够适应直流供电系统中诸多应用场合的需求,受到了广泛关注。准确而直观的DAB变换器等值电路模型对多电压等级的直流配电网潮流分析和计算具有重要的意义。为兼具含DAB变换器的多电压等级直流配电网潮流计算的准确性和直观性,考虑元件寄生参数的影响,建立了单移相比调制方式下DAB变换器支路π型等值电路模型,分析了DAB变换器在直流配电网潮流计算中的功率传输路径和潮流调节的基本原理;计及典型直流负荷的特点和DAB的不同控制方式,提出基于二分搜索法的改进牛顿-拉夫逊直流潮流计算方法。最后,利用6节点直流配电网验证了所提模型的功率传输路径理论的正确性,并基于此模型利用修改的IEEE14节点直流配电网算例,验证所提含DAB变换器多电压等级直流配电网潮流计算模型和方法的有效性和正确性。     

计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算

多电压等级双极直流配电网供电容量大、运行方式灵活,已成为未来配电网发展方向。但其网络拓扑复杂,正负极相互耦合,且受直流变压器控制影响,使其潮流计算难度增大。为研究计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算方法,该文首先计及双极直流变压器拓扑结构与控制方式,建立其高低压侧电压、电流传递模型;通过分解双极直流配电网络,提出双极直流配电网网络建模方法,同时建立ZIP负荷线性化等效模型,进而形成多电压等级双极直流配电网潮流计算方法。最后,在Matlab/Simulink中搭建含直流变压器的双极直流配电网案例仿真模型,验证所提算法的有效性与正确性。     

同步发电机整流负载系统平均模型的研究

对同步发电机带整流负载系统进行分析,给出了发电机d、q轴电压电流与整流桥输出直流侧电压电流间的关系式,利用MATLAB/Simulink建立了发电机整流桥系统平均模型,并与精确仿真模型的运行结果进行了对比。得出结论:平均模型忽略了叠加在系统直流变量平均值上的波动和交流变量上除基波外的其它各高次谐波。它可以较为准确地反映出发电机整流桥系统电压、电流的稳态和动态变化,不仅节省了仿真时间,还可以进一步用来设计系统控制律。     

基于双主动桥输入输出电流协调控制的二次纹波电压抑制策略

单相电力电子变压器(PET)隔离级传输二次脉动功率较少且不可控,使其直流侧出现较大幅度的二次纹波电压,将影响系统供电质量以及供电可靠性。在传统双主动桥(DAB)降阶等效模型中加入开关电阻、变压器磁化电感和铜耗电阻,提升了二次脉动功率传输的准确性;在DAB控制中,电流内环采用比例-积分-谐振(PIR)控制,并引入低压直流侧二次纹波电流前馈,使高低压直流侧二次脉动功率向负载侧稳定传输,高低压直流侧二次纹波电压幅值显著减小;为加快控制器动态响应速度,对控制器关键参数进行优化设计,最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于DAB直流变压器的多电压等级交直流混合配电网故障特性分析

双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网,该系统的故障类型多样,故障特性复杂,该文对其故障特性进行详细研究。分析该系统发生交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后的故障特性,研究换流站直流侧电容中点采用直接接地和高阻接地两种接地方式的系统中,DAB对系统故障特性的影响。探究发生上述故障后,系统交流侧和直流侧的相互影响,并进行详细对比分析,提出含DAB系统的故障分析方法。最后,通过Matlab仿真平台对上述分析进行仿真验证,指出DAB对直流侧电容中点直接接地系统故障特性的影响更突出,且DAB能够隔离交直流侧故障的相互影响,为交直流混合配电网接地方式的选择、保护系统的设计等提供理论依据。     

面向双有源桥宽增益范围的电流应力最小化策略研究

针对双有源桥DAB(dual active bridge)直流变换器在变压器原副边电压不匹配时会出现电流应力急剧增大现象,提出了一种基于改进灰狼算法的最小电流应力控制策略,可以使得DAB在宽增益范围内电流应力最小。首先,在分析DAB直流变换器漏感两侧物理模型的基础上详细推导了DAB高频链数学模型,将求解电流应力转化为一个多维的含非线性约束的数学优化问题;然后,提出了一种改进灰狼算法,用于求解上述问题的全局最优解;最后,通过与3种常规控制策略的仿真对比和动态实验,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

考虑衰减直流分量的动态相量强跟踪测量算法

故障电流信号的频率变化以及包含的衰减直流分量会严重影响基于傅里叶变换的相量测量算法的精度和动态响应速度。文中提出了一种利用强跟踪滤波器滤除衰减直流分量的动态相量测量算法。首先,将衰减直流分量用其二阶泰勒展开多项式来表示,在状态变量中添加衰减直流分量及其一阶导数和二阶导数,建立含有基波角频率、幅值等参数和衰减直流分量参数的故障电流的非线性状态空间模型,减小信号估计的模型误差。其次,为了提高扩展卡尔曼滤波器在系统达到稳定时对系统参数突变的跟踪能力,利用强跟踪滤波器递推估计各状态变量。所提方法能够有效抑制衰减直流分量对相量测量精度的影响,对时变故障电流信号具有良好的动态响应能力。采用所提算法对加噪声的数值信号以及ATP-EMTP故障仿真信号进行相量测量,结果验证了算法的正确性与有效性。     

基于简化开关函数的电网换相换流器直流侧简化阻抗建模方法

研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流（HVDC）输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器（LCC）直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

交直流线路同塔输电对换流变直流偏磁的影响

华东地区输电线路走廊资源紧缺,为了充分利用架空线路走廊,将出现特高压直流线路与交流线路同塔架设的情况.根据规划的宁东-绍兴±800kV特高压直流主回路参数和华东地区交直流同塔线路数据,采用EMTDC建立了交直流输电系统的仿真模型.计算了交流线路输送功率、直流系统运行工况以及同塔段位置对直流线路工频感应分量的影响,给出了工频感应分量沿直流线路的分布规律.研究结果表明,由于直流线路上的工频感应分量与直流额定电压和电流相比很小,故对直流滤波器、平波电抗器和换流阀的参数选择影响不大,而工频感应分量所引起的换流变压器(简称换流变)阀侧直流偏磁电流则会对换流变正常运行产生一定程度的不利影响.最后,根据换流变可承受直流偏磁电流的能力,给出了可能的同塔架设的长度,并提出了限制直流偏磁电流的措施.     

采用负荷电量计算低压配电台区理论线损的牛拉法

为计算低压配电台区理论线损和利用远程自动抄表系统提高管理线损水平,提出一种采用负荷电量计算低压配电台区理论线损的牛拉法。该方法基于等值电阻法和用户电能表实抄电量,通过引入线路负荷曲线形状系数与平均负荷电流的关系和三相负荷不平衡线损修正系数建立以台区理论线损为变量的数学模型。给出了运用牛拉法求解该模型的实现过程。算例分析表明,提出的方法不仅能够计算低压配电台区的理论线损,而且能够为识别不明线损提供信息。     

基于VGLESO和滑模理论的直流配电网母线电压控制策略

针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,LESO)在运行初始阶段输出存在峰值的问题。在此基础上进一步提出了一种变增益滑模自抗扰控制策略,将其应用到直流配电网AC-DC双向变流器控制系统中的电压外环。变增益滑模自抗扰控制策略在不需要增加额外电流传感器的情况下,就能够实现对系统总扰动的快速跟踪和补偿,有效地抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应。从理论上证明了VGLESO和变增益滑模自抗扰控制策略的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了该控制策略的可行性与正确性。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。     

基于多直流功率支援的直流偏磁治理策略

现有的直流偏磁治理均是从抑制设备的研发层面着手,无法实现从根源上治理直流偏磁。该文提出了一种基于多直流功率支援的直流偏磁抑制方法。首先在PSCAD/EMTDC平台上搭建了宜昌电网变压器中性点直流电流分布仿真模型,根据同一输电断面内多条直流输电线路可进行功率支援的特点,提出主动降低处于单极-大地运行方式的直流线路的输送功率,由同一输电断面中其他直流线路承担相应输送功率缺额,主动制造反向不平衡入地电流以中和单极-大地回线中的直流电流,以此降低交流电网中变压器中性点直流电流的幅值。最后,采用遗传算法对送端机组出力进行优化,并借助PSASP平台对功率转移后送端电网的静态稳定性及暂态稳定性进行了校验。     

单位功率因数三相PWM变流器的相量调节方法

本文提出一种基于幅相控制方式单位功率因数三相电压型PWM变流器的相量调节方法。根据相量间的直角三角形关系和能量转换平衡原则，建立了该系统的低频数学模型，分析了系统的相量调节方式。在此基础上，提出一种电流前馈的调节方式，即将直流侧负载电压的变化率转化为到达下一个平衡状态时相位与调制深度的附加控制量，以提高系统的快速性。实验证明：控制系统实现了单位功率因数和能量的双向流动，且输出直流电压恒定可调，相电流的谐波含量非常小，系统动态性能较好。     

基于故障分量综合阻抗的输电线路纵联保护

提出了一种基于故障分量综合阻抗的纵联线路保护新原理。利用故障时线路两端故障分量电压相量和与故障分量电流相量和的比值,来判断线路上是否发生了故障。在外部故障时,该比值反映输电线路上的容抗,其模值较大;内部故障时,该比值反映系统电源阻抗和线路阻抗,其模值相对较小,据此可以区分线路上的内部和外部故障。新原理易整定,本身具有选相能力,不受电容电流的影响,可以用于带或不带电抗器补偿的线路,理论上与过渡电阻无关。EMTP仿真和动模数据验证了该原理的有效性。