多逆变器并网系统谐波谐振模态分析

利用频域分析方法确定多逆变器并网系统谐振频率需要建立复杂的高阶传递函数,计算量大,并且不能提供谐振影响范围以及系统各元件对谐振的参与程度等信息。该文提出一种通过分析多逆变器并网系统节点导纳矩阵获取系统谐振频率及谐振影响范围的模态分析方法。模态分析方法所得谐振频率与频域分析结果比较证明了此方法正确。根据参与因子大小可确定系统发生谐振时的影响范围,进一步通过模态灵敏度分析确定谐振时系统各元件的参与程度。灵敏度分析结果不仅有利于谐波谐振的治理,同时也为系统参数的设计提供了依据。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件对理论分析进行验证。     

MMC-HVDC输电系统中高频阻抗建模及谐振机理分析

目前对基于模块化多电平换流器的高压直流(modular multilevelconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,MMC-HVDC)输电系统的中高频谐振机理尚缺乏系统性的研究,因此,基于分块化阻抗建模方法和谐波阻抗分析法系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的中高频谐振机理。首先,基于分块化阻抗建模方法,将MMC-HVDC输电系统进行分块,通过对交直流系统电路及MMC控制系统的分析,分别建立了MMC交、直流侧等效阻抗模型,同时根据线路的分布参数特性建立了输电线路阻抗模型,形成了MMC-HVDC输电系统等效模型;其次,通过研究控制环节和参数对MMC等效阻抗的影响,获得了主要的影响因素;然后将谐振分为有源谐振和无源谐振,从而系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的谐振机理;最后,通过仿真验证了所建模型及谐振分析方法的有效性和正确性。分析及仿真结果表明：在中高频段,MMC直流侧系统仅可发生有源谐振,谐振频率主要与直流线路参数有关;MMC交流侧系统可发生无源和有源谐振,无源谐振主要受MMC交流侧阻抗负阻尼特性的影响,而有源谐振与MMC和电网参数均相关。     

低压直流配电系统谐振机理分析与有源抑制方法

谐振对低压直流配电系统有负面影响,是导致电压崩溃的潜在原因。提出了分布式控制下低压直流配电系统的基于阻抗的单母线谐振分析方法和系统级谐振分析方法,并给出了一种有源阻尼补偿器。对各子系统建立了考虑控制器影响的阻抗模型,结合系统的阻抗模型和节点阻抗矩阵分别提出了分布式控制下系统的单母线和系统级谐振分析方法,并对单母线谐振机理进行分析,通过时域小信号模型分析该方法的正确性;系统级谐振分析方法适用于多并联、多级联和环型的低压直流配电系统。研究了部分影响因素对谐振的影响。根据谐振机理提出了有源阻尼补偿器,能够有效降低谐振频段输出阻抗的幅值,提高系统的稳定性。仿真结果证明所提分析方法和阻尼补偿器的有效性。     

面向电流源型PWM整流器直流侧电压的多环路控制策略

三相电流源型PWM整流器作为低压直流配电系统有源前端时,因网侧LC滤波环节和直流侧电容的存在使系统控制难度增加。首先,在同步旋转坐标系下建立电压定向数学模型,通过控制网侧电流d轴与q轴分量,完成系统有功、无功功率的独立控制;其次,基于相量法提出一种电容电流补偿方法,仅构建电容电压前馈通道,实现间接电流控制策略下功率因数校正;然后,采用电容电压反馈有源阻尼法对网侧LC谐振进行抑制,详细分析反馈增益对系统稳定性的影响;此外,该文通过在内环引入直流侧电感电流反馈以及阻尼因子,进一步改善系统性能;之后,利用频域法与根轨迹法对整个控制环路进行分析,辅助Matlab/SISO设计工具,在离散域中直接优化设计控制器零点位置与环路增益;最后,通过仿真和实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。     

抑制谐波谐振的并网逆变器机侧电流反馈的CVFAD设计方法

LCL型并网逆变器机侧电流反馈控制较并网电流反馈控制具有更高的稳定性。但受数字控制延时的影响,系统的稳定性取决于谐振频率与采样频率的比值。且谐振频率附近存在一个谐波放大频域,在弱电网工况下易引发谐波谐振现象。而传统机侧电流反馈的双环控制方法受带宽限制,无法达到理想的稳定分界频率。针对该问题,提出一种电容电压有源阻尼的新型控制方法。该方法采用电容电压反馈内环提升系统阻尼效果,通过附加电容电压反馈回路使得系统开环零点重新配置,达到消除反向谐振峰的目的。理论分析表明,所提方法拓宽了系统稳定区间,不仅消除了谐波放大频域,且在电网阻抗宽范围变化时,系统始终具有较高的鲁棒性和控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于LCL型逆变器的数字陷波器有源阻尼方法研究

为了解决传统电容电流比例反馈有源阻尼方法控制结构复杂以及由系统延时所导致的谐振阻尼区域狭小等问题,对基于陷波器的有源阻尼方法进行了研究。将系统的谐振阻尼区域从(0,fs/6)拓展到(0,fs/2),消除了延时所带来的影响。同时,为了减小谐振频率波动对陷波器陷波效果的影响,利用经典控制理论中有关偶极子的经验法则得到陷波器允许的谐振频率最大波动范围。并通过系统闭环传递函数的零极点图对系统稳定性进行分析,设计出合理的阻尼比。Matlab/Simulink仿真与实验结果验证了所设计的陷波器有源阻尼方法的有效性。     

多模块并联逆变器系统中网侧电抗对谐振特性的影响分析

新能源并网发电系统中常采用LCL型滤波器的多台逆变器模块化并联结构。由于LCL型滤波器本身故有的谐振特性,故实际应用中常采用无源阻尼或者有源阻尼的方法抑制谐振峰幅值。在理论研究中,通常将电网抽象为理想三相电压源而未考虑网侧电抗取值对系统谐振特性的影响;但在实际工程应用中,由于变压器漏感或线路自感等因素电网侧存在不可忽略的电抗。该文从多模块并联逆变器系统的控制结构入手,通过建立数学模型给出多台逆变器并联情况下系统谐振特性的分析方法,提出单台等效模型,并定义了新的变量——网侧总电抗Lc。深入分析使用有源阻尼时网侧总电抗取值对常用阻尼策略效果的影响,并给出保证系统稳定前提下网侧总电抗的取值范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

永磁电机无电解电容驱动系统网侧电流谐波抑制策略

无电解电容驱动方式可以延长永磁电机系统运行寿命、降低系统体积。为了提升无电解电容电机驱动系统网侧电能质量,提出一种阻抗重塑的网侧电流谐波抑制方法。通过对无电解电容驱动系统频域特性建模分析,阐明网侧LC谐振对驱动系统导纳的影响,揭示网侧电流谐波畸变与母线电感电流的内在关系。在此基础上,提出一种驱动系统有源阻尼控制方法,通过提取母线电压谐波特征信号,构建反馈控制回路,重塑驱动系统等效阻抗。研究控制方法的优化实现方式,获取有源阻尼电压信号,从而抑制特定频率网侧电流谐波。在5.5kW无电解电容永磁电机驱动平台上验证了所提出控制方法的有效性。     

基于自适应陷波滤波器的有源阻尼控制方法

LCL滤波器因具有良好的高频衰减特性而被广泛用作并网逆变器与电网的接口。弱电网情况下,并网模型中电网感抗值不可忽略,电网感抗的存在会影响LCL谐振频率的大小,对传统有源阻尼控制方法提出挑战。在分析基于带阻滤波器的有源阻尼控制方案基础上,引入自适应陷波滤波器,提出了一种能够跟随系统参数变化自适应调整陷波滤波器负谐振点位置的有源阻尼控制方法。以光伏逆变系统为载体对该算法进行仿真分析,结果验证了该方法在弱电网情况下的有效性和自适应性:系统谐振频率发生偏移时该方法能够实现对其的准确跟踪,并且显著降低谐振频率点及附近频率段的谐波含量;电网电压发生±5%以内电压突变时,该方法的动态响应特性仍能满足系统的稳定运行要求。     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

直流微电网的惯性与阻尼自适应协调控制

随着分布式发电单元的不断接入,直流微电网逐渐呈现出低惯性和弱阻尼特性,直流母线电压会随着功率扰动而发生突变或失稳。采用变下垂控制为系统提供虚拟惯性。通过根轨迹分析可知变下垂控制为系统提供虚拟惯性的同时会削弱系统的阻尼,使直流微电网出现持续振荡的风险。在此基础上,设计一种虚拟惯性与阻尼的自适应协调控制策略。其控制函数以电压为自变量,在大扰动和小扰动情况下,能够为系统提供虚拟惯性和有源阻尼,从而改善直流微电网的低惯性和弱阻尼特性,保证系统的安全稳定运行。通过在Matlab/Simulink仿真平台上搭建直流微电网模型,验证了所提协调控制策略的有效性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性。为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略。该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和阻尼系数。通过建立小信号模型,利用系统输出阻抗结合阻抗比判据给出虚拟惯量和阻尼系数的变化范围和边界,分析虚拟惯量和阻尼系数自适应选取下系统惯性变化及母线电压响应效果,该方法提高了直流微网系统惯性,同时改善了直流母线的动态响应。最后通过Matlab/Simulink仿真和RT-LAB半实物实验,验证了所提控制策略的有效性。     

基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制

为了改善直流微电网的电压稳定性和动态性能,降低控制系统的复杂性,提出一种基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制(AVIC)方法.在反正切函数中嵌套幂函数,根据电压和电压变化率的动态变化调整下垂曲线的截距,以控制换流器快速释放或吸收功率,从而为直流微网提供惯性支持.建立含AVIC的四端直流微电网小信号模型,并通过根轨迹分析揭示主要控制参数对系统稳定性的影响规律.最后,通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性.     

基于附加电量的直流微电网动态稳定控制策略

直流微电网的低惯性问题以及遭受扰动后分布式电源与负荷短时保持功率恒定引入的负阻尼,均会削弱直流电压的动态稳定性.对此深入探讨了直流微电网的动态稳定机理,从电量的角度赋予系统稳定判据物理意义.首先基于直流微电网的伏安特性,分析系统运行点的移动轨迹与稳定运行约束条件.其次,基于直流微电网的状态方程,推导系统的电量模型,分析各端换流器具备的暂态电量对系统稳定运行的影响机理,并结合稳定运行条件,提出基于附加电量的直流微电网的动态稳定裕度及判据.然后,基于直流微电网的动态稳定裕度,通过改进储能侧换流器的电压下垂控制,提出基于附加电量的直流微电网电压动态稳定控制策略,并分析其对直流电压暂态过程的影响.最后,搭建多端直流微电网仿真系统,验证所提电压动态稳定判据的正确性,以及附加电量对直流微电网动态稳定的支持能力.     

直流微网储能系统的自适应惯量阻尼控制

由于无需考虑无功及相位且对于可再生能源发电并网更加友好,近年来,关于直流微网的研究越来越多。但直流微网中惯性较低,当系统受到外界因素干扰时,直流母线电压鲁棒性较低,严重时甚至影响系统的稳定运行。针对该问题,提出一种用于直流微网储能系统的自适应惯量阻尼控制策略,并充分利用了虚拟参数灵活可调的特点,使储能系统可以向微网提供惯性,并建立了系统的小信号模型,利用Middlebrook判据分析了系统的西信号稳定性。最后,利用simulink仿真对所提控制策略的有效性进行了验证。     

交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

基于模型预测控制混合储能系统的直流微电网韧性提升策略

受可再生能源出力波动、负荷变化、故障以及非计划性脱网等事件的影响,直流微电网将面临不同时间尺度的动态功率不平衡问题.直流微电网运行韧性体现了系统在高频/小干扰事件与低频/极端事件下的快速响应、减少性能损失并尽快恢复的能力.提出了一种基于有限控制集模型预测控制的混合储能系统的直流微电网运行韧性提升策略.为完善直流微电网韧性评价体系,首先提出了量化直流微电网运行韧性的方法.其次,建立混合储能系统离散预测模型,设计代价函数以及不同控制目标之间的权重系数,最大化功率型与能量型储能系统的优势,实现了基于局部信号的快速充放电与能量自动恢复控制.最后,通过多种干扰事件算例,验证所提出的韧性提升方法的可行性与有效性.