三相换流器交流侧扰动特性的定性及定量分析EI北大核心CSCD

为探究新能源并网引起的振荡问题,从定性和定量两方面对并网换流器的交流侧扰动特性进行了研究。首先,从频率变换的角度出发,定性分析了交流侧扰动在换流器内部的传递情况;并借助于时空相矢图特别解释了二倍频互补频率扰动分量的产生机理。然后,对换流器内部各扰动分量间的定量关系进行了推导,并推得换流器的端口导纳、转移导纳及频率耦合效应矩阵,其中特别考虑了锁相环的影响。最后,通过时域仿真对上述推导进行了验证,并分析了换流器的负电阻效应。研究表明,锁相环的输出相位扰动导致了dq轴扰动分量的不对称,并进而引起了扰动分量间的频率耦合效应;另外,当网络电阻不足以抵消换流器的负电阻时,电力网络存在谐振不稳定的风险。     

三相换流器交流侧扰动特性的定性及定量分析

为探究新能源并网引起的振荡问题,从定性和定量两方面对并网换流器的交流侧扰动特性进行了研究。首先,从频率变换的角度出发,定性分析了交流侧扰动在换流器内部的传递情况;并借助于时空相矢图特别解释了二倍频互补频率扰动分量的产生机理。然后,对换流器内部各扰动分量间的定量关系进行了推导,并推得换流器的端口导纳、转移导纳及频率耦合效应矩阵,其中特别考虑了锁相环的影响。最后,通过时域仿真对上述推导进行了验证,并分析了换流器的负电阻效应。研究表明,锁相环的输出相位扰动导致了dq轴扰动分量的不对称,并进而引起了扰动分量间的频率耦合效应;另外,当网络电阻不足以抵消换流器的负电阻时,电力网络存在谐振不稳定的风险。     

单边限幅参与的并网VSC系统次同步振荡近似分析

针对电力电子设备引起的次同步振荡问题,现有研究集中在无法计及限幅的小信号模型分析或考虑限幅对称的近似分析,但极少考虑不对称的单边限幅的影响。针对不对称的单边d轴电流限幅(AU-d-CL,或上电流饱和限幅)参与的并网电压源换流器(voltage source converter,VSC)系统的次同步振荡现象,采用单边限幅的描述函数和广义Nyquist判据进行近似分析。具体地,首先,建立了并网VSC系统的简化模型,分析了其小扰动稳定性,并分析了AU-d-CL参与的负阻尼振荡现象。其次,给出了VSC系统的频域模型和AU-d-CL的描述函数。最后,结合AU-d-CL的描述函数和广义Nyquist判据,近似计算了不同参数和限幅值时的振荡幅值和频率,结果表明计算结果和仿真结果基本一致,可解释次同步振荡在限幅值改变时,频率基本不变,振荡幅值变化的现象。     

5MW储能虚拟同步发电机孤岛启动与同期控制技术

储能虚拟同步发电机既要实现并网和离网工况下的良好运行,又要实现同期并网的无缝切换。通过对传统逆变器多模块并联孤岛运行控制策略分析比较改进,提出一种基于虚拟同步机技术的孤岛并联启动控制策略。该孤岛并联启动控制策略引入同步发电机电气方程、下垂控制和虚拟阻抗分量,通过控制电压环输出电压调节量、系统反馈电压和虚拟阻抗分量计算出系统参考电流。同期控制通过对电网并网点两侧电网角度、幅值和频率的检测调节使并网时刻电压幅值、角度和频率满足误差范围要求,最终实现电压电流平滑过渡,孤岛到并网的无缝切换。最后,建立4机并联5 MW储能虚拟同步发电机并联仿真RTDS模型,利用RTDS仿真验证算法的有效性。     

基于互近似熵的微电网并网同步检测方法

针对经典的微电网并网同步检测方法需同时比较两侧电压相位、 幅值和频率的繁琐过程,提出基于互近似熵的微电网并网同步检测方法。该方法只需利用单一的互近似熵值就能比较并网开关两侧电压的相似度。分析基于互近似熵的微电网并网同步检测方法的原理和优势,研究微电网并网同步检测方法中互近似熵参数取值等关键问题,进而具体介绍基于互近似熵的微电网并网同步检测方法的实现步骤。最后在Matlab中搭建微电网通过断路器并入配电网的简化模型,仿真微电网开关两侧电压相位、 幅值和频率变化时的互近似熵值。仿真结果证明了该方法的有效性。     

MMC的交直流侧扰动特性分析

为规避模块化多电平换流器(MMC)带来的振荡失稳风险,对其交直流侧的受扰动特性进行深入研究。首先,基于桥臂电感和子模块电容的动态特性,建立了MMC的状态空间模型,其中特别考虑直流侧中点电位电压的影响。然后基于频率分量平衡原则,对正常工况以及交直流侧受扰动情况下MMC内部各变量的频率分量进行分析,并建立描述各变量扰动频率分量间对应关系的多频率扰动矩阵。在此基础上,通过时域仿真验证多频率扰动矩阵的准确性,并对次/超同步频段内MMC交直流侧的端口阻抗进行计算。最后,基于阻抗频率特性对MMC的交直流侧扰动放大效应进行分析。分析结果表明,MMC在次/超同步频段内某些频率下会放大系统扰动,且这些频率与系统参数有关。     

基于改进DSOGI-FLL的并网变流器多谐振解耦网络同步方法

电网电压基频正序分量相位和幅值的准确检测是三相并网变流器稳定运行的重要保证。针对传统单同步旋转坐标系锁相环在畸变或不平衡电网下锁相精度低的问题,文中利用双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)设计了一种多谐振解耦网络的电网同步方法。首先,分析了二阶广义积分器锁频环自适应提取电网电压基波和频率的原理;其次,详细分析了不平衡电网下DSOGIFLL的锁频响应特性,提出将负序电压分量考虑在内的增益标准化线性模型,以提升其在不平衡电网下的锁频性能;然后,设计了以DSOGI-FLL为基础的多二阶广义积分器谐振解耦网络,实现畸变及不平衡电网下基波电压信息的准确获取。仿真与实验表明,该方法在电网电压畸变或不平衡情况下均能准确获取电网电压基频正序分量的相位和幅值信息。     

南京西环网串联侧换流器谐波特征分析

分析了采用模块化多电平换流器(MMC)结构的统一潮流控制器(UPFC)的谐波特性,推导了MMC子模块电压波动与网侧输出电压谐波之间的关系。分析表明,电容电压的2次谐波波动频率与换流器输出电压的3次谐波分量密切相关。结合UPFC现场测试数据,分析对比UPFC运行前后串联线路的零序分量变化规律,线路中3次谐波分量大小可为串联变压器性能的评价提供参考依据。     

双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析

在新能源发电并网容量日益增多、电网对新能源电站电能质量准确评估提出更高要求的背景下,该文建立考虑电网背景谐波和开关死区特性的双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型,以准确描述并网电流的整次频率分量和非整次频率分量的幅值和相位信息。同时,深入分析电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响机理。最后,通过仿真建模和实际风场检测等手段对所建谐波电流模型的准确性进行验证。     

入网电压控制型逆变器直流分量的动态分析与消除

针对入网电压控制型逆变器的并网电流直流注入问题进行研究。基于轴压调节控制型的单相LCL型并网逆变器,建立并网数学模型,并结合逆变器的控制结构对并网电流注入直流分量的原因进行详细的数学分析与公式推导,结果表明直流分量的大小与电网电压幅值和频率的变化量近似呈线性关系。同时为了抑制和消除直流分量对逆变器并网系统所带来的不利影响,提出电流偏移补偿(CDC)控制策略,该策略在电网电压幅值波动和电网频率波动时能够有效地补偿并网电流中的直流分量,保证入网电压控制型逆变器优良的控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性与所提控制策略的有效性。     

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响。基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析。首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象。     

直驱风电机组与弱电网交互作用稳定分析

网侧变流器作为新能源发电单元与电网的接口,对电网系统的安全稳定运行有着重要影响。以直驱型风电机组网侧变流器为研究对象,采用小扰动数学建模方法,建立了包含锁相环和电压前馈环节的网侧变流器及其控制的数学模型,推导了其dq轴系下动态阻抗解析表达式,发现其阻抗在次同步频带呈负电阻（负实部）特性,与弱交流电网连接存在次同步频带不稳定现象。基于上述现象分析了影响稳定的关键控制参数及其特性,结果表明,增强网架强度、优化锁相环控制参数、增大电压前馈滤波频率可在一定程度上降低系统次同步振荡的风险,最后采用电磁暂态仿真验证了上述分析。     

并联型有源次同步振荡抑制器阻尼控制策略优化设计

采用电压源型换流器的并联型有源次同步振荡抑制技术近年来受到广泛关注。已有的并联型有源次同步振荡抑制器(ASS)的双频调制阻尼控制策略未考虑系统次同步和超同步电流不同的分流特性,因此,其抑制能力并不能达到最优。针对这一问题,首先分析并联型ASS的基本原理,提出了只发次同步电流或超同步电流的单频调制阻尼控制策略以及ASS关键参数设计方法;针对不同的系统特性,分析不同阻尼控制策略的抑制效果,提出了ASS阻尼控制优化设计方法。在PSCAD/EMTDC软件中搭建发电机组经固定串补和直流输电送出系统仿真模型,对不同的阻尼控制策略进行了对比,结果证明了所提阻尼控制策略优化方法的正确性。     

采用SVC抑制次同步谐振的机理分析

针对采用静止无功补偿器（SVC）抑制次同步谐振（SSR）的核心问题,即如何提供与扭振模态频率互补的电流分量问题,提出了SVC基波电纳次同步调制的控制机理和数学模型。分析表明:对SVC基波电纳参考值进行次同步频率调制,可控制其输出大小和相位适当的模态互补频率电流,进而在机组中产生对应模态的阻尼扭矩,达到抑制SSR的目的。这一控制机理同时会导致SVC输出超同步和复杂分数次谐波分量。基于详细电力电子电路的非线性电磁仿真和实际SVC设备试验均验证了控制机理和数学模型的有效性和正确性,进一步将所提出的控制机理应用于锦界电厂串补输电系统的SSR问题,数值仿真结果证实了其有效性。     

Z-源稀疏矩阵变换器励磁的双馈风力发电系统

针对矩阵变换器电压传输比低和其励磁的双馈风力发电系统(DFIG)易受非正常输入波动影响的不足,提出了一种适用于DFIG励磁的Z-源稀疏矩阵变换器系统。利用Z-源的升压特性来提高电压传输比,检测电容电压实现对直通因子的自动调节,从而实现对网侧波动的自动抑制。建立了系统数学模型,推导了DFIG系统定子磁场定向矢量控制策略表达式,搭建试验样机对所提方案进行试验验证,在亚同步、同步、超同步三种发电状态下的波形和并网试验结果验证了方案的可行和有效性。     

具备VSG特征并网变流器的预同步及主动孤岛判别方法研究

针对具备VSG特征的并网变流器,研究其预同步及主动孤岛判别方法,提出一种基于逐步追踪思想的预同步控制和基于电网电压自扰动的主动孤岛判别方法;预同步控制按照一定步长调节变流器侧输出电压的幅值和相位,进而追踪逼近电网侧电压幅值和相位,当差值在很小范围内时,合闸实现离网到并网的"零"冲击;主动孤岛判别是将电网侧电压幅值以微小步长进行负扰动,扰动后的值作为变流器输出侧电压幅值的参考给定,若电网连接,则扰动基本无影响,若电网断开,因扰动使得电压持续减小,最终判别出孤岛现象。通过MATLAB仿真分析,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于∑-△调制器的Boost变换器的滑模变结构控制

针对常规滑模变结构控制器应用于电流连续型Boost变换器中,存在开关频率不固定等问题,提出了一种基于∑-Δ调制器的滑模变结构控制方法。该方法选定反映控制目的的滑模面后,引入指数趋近律的方法来设计滑模变结构控制器,控制器的输出经∑-Δ调制后驱动开关管;通过对控制参数的调节,可实现Boost变换器动态性能与稳态性能之间的平衡。仿真结果表明,采用所设计滑模变结构控制器的Boost变换器开关频率固定,启动性能可调,对输入电压扰动及负载大幅度突变具有较强的鲁棒性。     

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。     

单周期控制的三相PWM整流器的动态特性研究

分析了在单周期控制条件下三相高功率因数整流器的工作原理,并推导了三相PWM整流器的开关数学模型和等效控制方程。在建立此模型的基础上,基于庞加莱映射推导了三相PWM整流器工作时的稳定性条件及动态特性。应用仿真软件Saber在以上理论分析基础上完成了功率因数校正变换器建模与数字仿真,并进行了2kW三相PWM整流器的试验研究,详细研究了系统在负载变化或输入电压扰动等动态情况下的稳定性和动态特性,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。     

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。