大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

大规模电池储能系统PCS拓扑结构分析

风电和光伏本身固有的间歇性、波动性在规模化并网后会对电网的安全稳定运行带来不利影响。随着风力发电和光伏发电的快速发展,这个问题日益突出,因此大规模电池储能系统相应技术研究十分重要。能量转换系统（power conversion system,PCS）是电池储能系统的一个重要组成部分,分别对PCS的2个组成部分--变流器和滤波器进行比较分析。结合现有电池技术,认为与传统的包含DC/DC和DC/AC环节组成的变流器相比,仅含有DC/AC环节的变流器与由Z源网络和DC/AC环节组成的变流器,具有能量转换效率更高、控制更简单的特点;与传统L滤波器和LC滤波器相比,LCL滤波器可以更好地抑制高次谐波,有效地降低电感的值,提高系统的动态性能,并且受电网的影响较小;提出了2种新的PCS拓扑结构。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

Single-stage AC–AC power conversion for WECS

This paper investigates a novel single stage AC–AC power conversion, as an alternative to multistage AC–DC–AC power conversion topology, for interfacing the wind energy conversion system (WECS) to a grid as a distributed load system. A comprehensive dynamic model of proposed AC–AC converter is developed to satisfy all the functions of the converter. A new time switching pattern and a control mechanism are described to convert a variable frequency input power proportion to the wind power to a constant frequency output power for a distributed load system in a single unit. The converter control functions are adapted to control active and reactive powers injected into the distributed load system. Based on time-domain simulations in the MATLAB environment, a comparative study has been made of the dynamic behavior of wind turbine generation system with the proposed AC to AC converter and conventional AC–DC–AC converter. The study concludes that an AC–AC converter is technically a viable option to interface a wind turbine to a distributed load system or utility grid application. A prototype of the proposed converter is developed in the lab taking variable frequency input voltage and then converting it to a constant output frequency voltage. The performance of the converter has been found satisfactory.     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

Power Quality Improvement in a Four-Phase Switched Reluctance Motor Drive using Twelve-Pulse AC/DC Converter

This article deals with a 12-pulse AC/DC converter for improving power quality in a midpoint converter based switched reluctance motor drive at AC mains. The conventional six-pulse AC/DC converter fed midpoint converter based switched reluctance motor drive injects high content of current harmonics into AC mains. The proposed 12-pulse AC/DC converter with a small rating passive filter is capable of eliminating harmonic currents from light load to full load with a high power factor. The proposed switched reluctance motor drive system is designed, modeled and simulated in Matlab/Simulink environment and its performance is compared with a conventional six-pulse AC/DC converter fed switched reluctance motor to demonstrate the power quality at AC mains. The simulated performance of the proposed 12-pulse AC/DC converter fed switched reluctance motor drive is experimentally validated for power quality improvement.     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

新型大功率风电变换器实验方案的建模和控制

介绍了大功率直驱型风力发电系统的结构,系统采用多重化AC/DC/AC变换器,以减小每只IGBT的电流和流入电网的谐波电流.提出了一种适用于大功率风力发电变换器的实验方法.该方法可以控制变换器内部流过一个很大的环流,但仅有变换器损耗造成的电流流入电网.该方法能大大节省实验所需要的电能,并且可以在小容量电网下进行大功率变换器实验.该方法能很好地测试变换器的主电路、驱动电路、保护电路和控制电路.介绍了环流实验方案的建模和控制,同时比较了正弦脉宽调制(SPWM)与空间矢量调制(SVPWM)在该方案中的不同之处.仿真和实验均表明,该方法能够简单有效地测试大功率风力发电变换器.     

Converting a three-phase AC line to a three-wire DC line by a modified converter

Converting existing AC lines to DC for increasing power transmission has been an interesting topic for scientists, such applications could be managed by conventional converters. Converting AC lines to DC upgrades the power capacity of existing lines up to square root of two. In this paper, a modified converter that would use all three existing AC lines at the same time for DC transmission will be introduced. This converter will then be used to model a high-voltage direct current transmission (HVDC) system which enables to convert high-voltage alternating current (HVAC) transmission lines to HVDC lines. The mathematical model of the converter is developed and the system is tested by modeling with PSCAD/EMTDC software for operation and dynamic stability. A practical model is also developed in laboratory conditions and tested for operation.     

±500kV换流站无功补偿运行特性与优化策略研究

换流站无功补偿是保证交直流系统正常运行的重要手段。文中研究了宝鸡换流站的无功功率平衡以及换流阀无功功率消耗的机理与计算方法,分析了该换流站在目前的“750 kV固定高抗与66 kV并联电容、电抗和±500 kV换流站交流滤波器补偿”配置模式下的无功功率补偿和系统电压调节过程。对66 kV侧投入并联电抗后,330 kV和750 kV母线电压的变化情况进行了仿真分析。同时,指出了±500 kV直流系统中交流滤波器的投切过程中存在的问题,对存在的问题提出了优化方案,并通过仿真对优化方案进行了验证。     

软开关AC/DC变换器的电磁干扰研究

通过软开关改善ＤＣ／ＤＣ变换器的效率和电磁干扰（ＥＭＩ）特性,是提高ＡＣ／ＤＣ变换器ＥＭＩ性能的重要途径。通过对软件开关单位功率因数ＡＣ／ＤＣ电路的拓扑研究、ＰＳＰＩＣＥ仿真和电路实验,分析了软开关在ＡＣ／ＤＣ电路的ＥＭＩ特性改善的作用及其限制。     

Multi-Core CPU Parallel Power Flow Computation in AC/DC System Considering DC Control

In order to integrated the control mode of the High-Voltage Direct Current (HVDC) into the power flow solution method and make it applicable to large-scale AC/DC hybrid system, a multi-core CPU parallel power flow computation method was proposed. First, the mathematical model of HVDC system and the frequently-used control methods of converter are introduced, and then models that have not been considered by conventional power flow programs, such as the adjustment of converter transformer tap and reactive power control management of the converting station, are built. Next, the loop-iteration algorithm is proposed to simulate the conversion of the HVDC control modes, and the AC/DC sequential solution is adopted to solve the AC/DC hybrid power flow. To solve the low speed problem of power flow solution for large-scale systems containing multi-circuit two-terminal DC, this paper handles each circuit separately so that the parallel computation capability of multi-core CPU can be used to improve the computation speed. Finally, the accuracy of the algorithms is validated in a small-scale hybrid system with 5-node and 2-circuit DC, and the excellent convergence and computation efficiency of the algorithms are proved by a large-scale hybrid system with 9241-node and 60-circuit DC as well.     

基于PSCAD/EMTDC的双馈式风力发电机建模与仿真分析

在交流励磁双馈发电机的数学模型基础上,详细分析了交流励磁双馈发电系统在PSCAD/EMTDC软件环境下的建模方法,包括风力机模型、网侧换流器模型、机侧换流器模型及其控制系统模型.搭建了双馈式变速恒频风力发电系统的电磁暂态模型,并对双馈风力发电机组整体模型进行了联调仿真分析,实现了最大风能捕获,有功功率和无功功率的解耦控制以及变速恒频运行的控制目标.     

基于模块化多电平换流器的交直流混合电网稳态建模及仿真

由于模块化多电平换流器(MMC)在容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的技术优势,其在交直流电能变换与控制中的应用越来越广泛。首先,基于电路原理中的平衡桥同电位点可以短接的等效理论,建立基于MMC的交直流混合系统简化等效电路模型;然后,导出基于MMC的交直流混合系统纯交流节点的潮流方程、直流节点的潮流方程和MMC换流器的基本潮流计算方程,并依据所建立的稳态模型和MMC控制方式,分析适用于基于MMC的交直流混合系统潮流算法;进而,基于自动微分技术,提出一种具有3阶收敛速度的统一迭代改进潮流算法;最后,通过算例验证所建立模型和算法的有效性。     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

特高压直流对交流系统稳定性的研究

针对大规模风电集中外送,重点从特高压直流对风电、火电打捆联网系统的安全稳定问题展开研究。建立了直流输电系统模型以及风电机组模型;分析了不同风电机组对交直流系统的稳定性以及直流闭锁故障对系统影响的仿真分析。在此基础上分析了风电、火电打捆联网直流外送系统带来的一系列问题,为大规模新能源的规划和运行提供了建设性依据。     

风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。     

多电压等级交直流配电系统潮流分析

随着分布式电源及直流负荷的发展,兼具安全、可靠、高效的交直流混合配电网将成为未来配电网发展的一种重要形式。基于电压源型换流器的直流配电网具有可控性强、电能质量问题少、经济性好等优点,但同时也引入了有别于交流配电网的潮流计算问题。为此,文章首先建立了考虑换流器损耗以及直流变换器损耗的潮流计算模型,并给出损耗参数计算方法。其次介绍了直流系统潮流模型的求解方法,重点考虑了电压源型换流器和DC/DC变换器控制方式对潮流计算的影响,针对不同的控制策略给出不同的潮流求解方法,并给出了当潮流越限时几种有效的解决措施。最后利用IEEE 33节点直流配电网算例验证了提出的损耗模型的正确性和潮流求解方法的有效性。     

微网蓄电池储能系统滤波及并网控制策略

针对微网中蓄电池储能系统充放电时谐波含量较高情况,在DC/DC与DC/AC变流器之间加入LC滤波器滤除低次谐波,在DC/AC变流器与电网之间加入LCL滤波器抑制高次谐波;并在传统PQ控制基础上以逆变器侧电感电流和网侧电感电流加权值作为内环电流控制信号,降低了解耦分量的纹波含量,减小了储能系统的电压源特性和LCL滤波器阻抗特性对滤波效果和电压波形的影响,提高了控制精度和响应速度;通过隔离变压器调节逆变器输出电压,保证并网电压的稳定。构建仿真模型仿真验证了双层滤波结构和改进控制策略可有效提高蓄电池储能系统的电能质量。     

柔性直流输电系统运行机理分析及主回路相关参数设计

分别从交流侧和直流侧分析柔性直流输电系统中电压源换流器的运行特性，并从稳态和瞬态角度分析直流电流和直流电压的数学表达。在此基础上，从3个方面对柔性直流输电系统主回路中的换流电抗器参数进行设计；考虑到交流系统三相不平衡时的直流电压波动，设计了直流侧电容器的参数。最后基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC按所设计的参数对柔性直流输电系统进行了仿真分析，仿真结果表明该设计方法是合理可行的。