模块化多电平换流器直流输电稳态仿真分析

电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）是基于电压源换流器技术的新一代直流输电技术。该文介绍了模块化多电平电压源换流器的拓扑结构和工作原理。针对模块化多电平换流器（MMC）的电容电压平衡问题,提出了一种有效的电容电压平衡控制策略,保证个子模块电容电压处于相同的范围之内;并针对MMC-HVDC系统,采用载波移相调制策...     

稳态运行和直流故障下桥臂交替导通多电平换流器的控制策略

寻找一种可有效处理直流侧故障的拓扑结构是目前电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)工程应用中的关键性问题。桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)具有能够处理直流故障、模块电容数量少、占地空间小等优点,具有广阔的发展前景。针对目前AAMC有关主回路参数确定运维控制等内容有关文献研究不多的情况,首先对AAMC拓扑结构和基本原理进行研究和分析,推导了直流电压和交流阀侧电压的最优关系并分析了子模块数量选取原则;其次研究了稳态运行时正弦波形成电路和导通开关协调配合,并提出了基于电压极性选择的子模块均衡策略;接着分析了直流故障下的控制策略,指出故障期间闭锁导通开关中的IGBT,并通过桥臂模块产生负电平利用串联二极管的反向阻断能力能够完成直流熄弧过程。最后在PSCAD/EMTDC搭建15模块AAMC系统模型,仿真结果验证了设计原则和控制策略的有效性。     

子模块混合型MMC-HVDC直流故障穿越控制策略

半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在具备直流故障穿越能力的同时降低了开关器件的数量。介绍其拓扑结构以及子模块数量的确定方法。阐述半桥和全桥子模块阀段自身平机理和调制电压基本分配原则,并结合最近电平逼近调制提出一种半桥和全桥阀段间平衡的控制策略。分析直流故障期间换流器的等效电路,为了减少暂态期间直流故障电流对子模块电容电压平衡的影响,提出一种基于虚拟电阻的优化控制策略。整个故障穿越期间无需闭锁换流器,且还能持续保证交流系统对无功功率的需求。基于PSCAD/EMTDC,搭建两端子模块混合型模块化多电平换流器HVDC仿真模型,针对双极直流短路工况进行仿真分析,验证了所提出的控制策略的有效性。     

采用载波移相技术的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

模块化多电半换流器（modularmultilevelconveer,MMC）是应用于电压源换流器直流输电（voltagesourceconverter-highvoltageDC,VSC．rrvoc）的新型多电平换流器拓扑。该文介绍了MMC的拓扑结构及相应的工作原理。针对该新型换流器拓扑的特点及其在高压直流输电领域中的应用,提出一种新颖的适用于模块化多电平换流器的载波移相调制策略（carrierphase．shiftedSPWM,CPS．SPWM）。与其他调制策略相比,该策略动态调节能力强,且使MMC在较低开关频率的同时,亦具有良好的谐波特性。换流器中子模块的电容电压平衡问题,是MMC亟待解决的难点之一。该文根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,结合换流器拓扑结构特点和调制策略,提出一种子模块电容电压平衡控制策略,有效确保各子模块电容电压处于相同的动态变化范围。仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。     

光伏电站经VSC-HVDC并网拓扑及其控制策略

针对光伏发电与电压源换流器高压直流输电(voltagesource converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)系统直流电压等级不匹配问题,提出了一种新的光伏电站经VSC-HVDC并网拓扑和控制策略,研究了该并网方案中光伏电站的运行特性,分析了单个光伏发电单元的控制策略和串联光伏发电单元支路故障控制策略;针对该拓扑结构中串联光伏发电单元效率易受不均匀辐照度影响的问题,提出了改进的电压源换流器(voltage source converter,VSC)直流侧电压斜率控制策略。在几种典型辐射情况下进行仿真,结果验证了所提控制策略的有效性,表明该方案可解决VSC-HVDC技术应用于光伏发电并网所面临的电压等级匹配问题。     

应用于VSC-HVDC输电的谐波抑制控制器

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电工程在运行工况变化时,换流电抗器电感参数将随之变化,双闭环解耦控制器中含有电感参数的电流内环解耦将不准确或失效。为此,提出了一种dq同步旋转坐标系下无电感参数的解耦控制器。针对VSC-HVDC交流系统5、7、11、13等低次谐波含量较大的问题,提出了一种PI与准PR级联的控制器。算例仿真结果表明所提解耦控制策略可实现有功和无功的独立快速调节,能够有效抑制交流谐波,提高VSC-HVDC并网的电能质量。     

电压源换流器高压直流输电的特点与前景

综述了电压源换流器高压直流输电,包括电压源换流器的拓扑结构、工作原理和控制策略。分析了电压源换流器直流输电(VSC-HVDC)的技术特点和应用领域,并对VSC-HVDC的研究现状和发展趋势进行了研究,指出电压源换流器直流输电在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来直流输电技术的一个重要发展方向。     

模块化多电平换流器的三轴解耦控制策略

通过对采用传统dq两轴解耦控制器的模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的分析,揭示了直流端口电压和子模块电容电压的耦合效应,及其所引起的直流端口等效电容效应和子模块电容电压偏差效应。将上、下桥臂电压之和作为可变的直流内电势,并将直流电流作为新的内环状态量,提出了具有三个内环状态变量的三轴解耦控制器。基于新引入的直流电流状态变量,可以使直流端口电压与子模块电容电压控制解耦,同时实现子模块电容的直接控制和直流端口电压/电流的快速灵活控制。基于所提出的内环三轴解耦控制器,针对不同运行场合需求设计了多种外环控制器,可以灵活实现直流电压、有功功率、无功功率、电容电压的控制,适应MMC的各种运行方式。对不同运行方式的MMC进行了仿真研究,验证了所提出的三轴解耦控制的有效性。     

风电场并网用VSC-HVDC的无差拍解耦控制策略

阐述了利用电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)用于风电场并网的趋势,给出该方式的基本拓扑结构并建立了VSC-HVDC换流站的通用动态数学模型,提出了一种新的适用于VSC-HVDC系统的无差拍解耦控制策略.该控制策略通过将三相系统在dq坐标系下的解耦特性与abc坐标系下的无差拍控制算法的有机结合,实现了对VSC换流站各控制输出量的解耦控制,不仅具有控制算法简单、计算量小、计算速度快、跟踪精度高和动态响应速度快等优点,而且易于设计.为验证该无差拍解耦控制策略的有效性,应用Matlab/Simulink搭建了一个三电平VSC-HVDC系统用于风电场并网,并进行了系列仿真实验研究.仿真结果表明,所提出的无差拍解耦控制策略为风电场的VSC-HVDC并网控制提供了一种高性能的解决方案.     

面向LCC-HVDC与VSC-HVDC互联的DC-DC接口变换器拓扑与调制策略

为实现基于电网换相换流器的LCC-HVDC和基于电压源型换流器的VSC-HVDC之间的直流互联,提出了一种隔离型双MMC结构的互联DC-DC接口及其调制策略。为满足LCC-HVDC与VSC-HVDC在电压等级和工作原理等方面的差异性需求,互联接口在LCC侧采用全桥MMC结构,在VSC侧采用半桥MMC结构,两侧MMC之间通过中频变压器进行功率交换。针对该接口的应用场景,提出了准两电平调制策略及其子模块均压控制策略。接口工作过程分析表明,所提出的调制策略能够稳定传输功率,减小子模块承受的电压应力。对子模块能量交互过程分析表明,所提出子模块均压策略能够合理设置子模块移相角,有效维持子模块电容电压均衡稳定。同时给出仿真与实验结果,证明了所提出的接口及其调制策略的有效性与正确性。     

基于两电平级联的柔性高压直流输电控制策略研究

介绍了多种换流器结构在柔性高压直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用,阐述了基于两电平级联结构的换流器拓扑结构及工作原理,在此基础上提出相应的调制方式和系统控制策略,并建立了仿真模型对控制策略进行验证.     

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。     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

多馈入电压源直流对配电网稳定性的影响分析

针对多馈入电压源直流连接受端系统的输电方式问题,设计了基于有功功率和交流电压调节的电压源换流站控制器,并采用特征值方法分析控制对于系统稳定的影响。为验证控制方案的合理性,利用PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究。仿真结果表明,该方案可以实现多馈入电压源直流输电技术对受端系统的有效供电,并具有良好的控制效果。     

两种高频交流环节AC/AC变换器比较研究

新颖的高频交流环节AC/AC变换器,包括基于Forward变换器的电压源型和基于Flyback变换器的电流源型两种。首次对两种高频交流环节AC/AC变换器的电路结构与拓扑、控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则、原理样机等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于电压源型,电流源型变换器具有电路拓扑更简洁、输入电压范围更宽、输出波形质量更高、可靠性更高、成本更低、变换效率略低和适用于小功率变换场合等特点。两种高频交流环节AC/AC变换器的比较研究,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了关键的技术依据。     

适用于电压源型高压直流输电的控制策略

将电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)两端节点等效为两个有源节点,推导得到VSC-HVDC两端等效节点注入电流的表达式,从而可以方便地通过修改系统导纳矩阵,得到含VSC-HVDC系统的数学模型。在该模型的基础上,考虑VSC内部电流环和系统控制要求,提出了一种新的VSC-HVDC控制策略。以一个含VSC HVDC的6机电力系统为例,仿真表明,采用该控制策略,在系统发生大扰动后,VSC HVDC不仅能够迅速恢复正常运行,而且对系统电压和频率稳定没有太大影响。     

新型模块化多电平变流器 在电力系统无功补偿中的应用研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平电压源变流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成。随着子模块增加,其空间矢量调制算法也越来越繁杂。提出一种基于60°坐标系下MMC任意电平逆变器的空间矢量脉宽调制通用算法;并将模块化多电平变流器并联接入电力系统中实现无功补偿技术,实现了内环解耦控制和外环的子模块电容电压平衡控制,最后通过仿真结果验证了60°坐标系空间矢量脉宽调制算法和该无功补偿装置控制算法的正确性和扩展性。     

柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法

提出一种柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法,通过利用柔性直流(VSC-HVDC)的灵活可控性为弱交流电网的频率和电压提供辅助支撑能力。首先,分析了柔性直流控制系统的工作原理,建立了VSC双环解耦控制的数学模型;在此基础上,提出了一种改进的双环PI解耦控制系统,分别设计了带有频率附加控制的有功功率控制器和带有电压附加控制的无功功率控制器,能够有效改善弱交流系统频率和电压的稳定性;采用了带功率偏差补偿的下垂反馈控制,改善了系统的动态响应,扩大了柔性直流的稳定运行范围。时域仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。