电压源高压直流输电离散模型及其控制策略

针对电压源高压直流输电(VSC-HVDC)数字离散控制系统，推导了dq同步旋转坐标系下的VSC-HVDC的离散状态空间模型，研究了其离散电流内环控制器和外环控制器模型。为补偿离散模型的采样延时，提出基于Smith状态预估器的电流内环控制策略，并根据预估信号误差提出基于估计误差增益反馈的改进Smith状态预估器控制并应用于电流内环控制。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化控制器模型。仿真结论验证了离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

柔性直流输电的动态电流限幅控制

研究了对电压源变流器型高压直流输电系统(voltage source converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的电压和电流的限幅控制。通过建立VSC-HVDC的离散化状态方程,分析电压、电流的稳态限幅控制和电流的动态限幅控制的关系,设计了电流可工作范围的预测方法。建立了VSC-HVDC的串级控制系统,用外环控制功率目标,内环控制电流,在两环间加入动态限幅环节。对VSC-HVDC系统的启动状态和接收电网发生接地故障进行仿真,仿真显示动态电流限幅措施可以大大减小系统的波动和恢复时间,说明动态电流限幅对提高控制系统动态响应速度有明显效果。     

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC离散模型及其控制策略

推导了在dq同步旋转坐标系下电压源高压直流输电(VSC-HVDC)系统的离散化数学模型,针对向无源网络供电的VSC-HVDC系统设计了相关的离散化控制器。基于换流器离散化数学模型,整流侧控制器采用定直流电压和定无功功率控制器;逆变侧控制器则采用定交流电压控制器,对无源网络的交流母线电压实现控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立VSC-HVDC向无源网络供电的数字仿真模型及其离散化控制器。在各种工况下的仿真结果验证了所设计的离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC预测直接功率控制

为了研究电压源高压直流(VSC-HVDC)输电系统向无源网供电的性能,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统的离散化数学模型基础上,基于预测控制原理和瞬时功率理论,针对向无源网络供电的VSC-HVDC系统设计了相关的离散化控制器;基于换流器离散化数学模型,整流侧控制器采用定直流电压和定无功功率控制,逆变侧控制器则采用定交流电压控制,对无源网络的交流母线电压实现控制。在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab/Simulink离散仿真模型的基础上,对不同功率因数的负荷和各被控量设定值的不同阶跃变化等各种工况进行了仿真分析。仿真结果证明了该控制方法的可行性和有效性。     

VSC-HVDC离散模型及其不平衡控制策略

针对常规控制下电压源换流器(VSC)对交流电网电压不平衡的敏感特性,避免电网电压不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对VSC进行功率特性分析的基础上,采用了网侧功率节点控制并补偿换流电抗和损耗电阻二倍频功率的不平衡控制策略。同时针对工业现场微机控制器,推导了基于双序矢量电流控制器(DVCC)的离散化内环控制模型、Smith预估补偿器模型和外环控制模型。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)离散模型,对外环功率指令阶跃以及两端换流站分别发生电网不平衡故障进行仿真,仿真结论验证了本文离散模型以及不平衡控制策略的有效性。     

基于遗传算法的VSC-HVDC控制系统PI参数优化

针对采用直接电流控制策略的电压源换流器(voltage source converter,VSC)控制系统比例积分(PI)参数难以选取的问题,提出了一种优化外环PI控制器参数的方法。首先建立解耦后的外环参数整定模型,然后基于时间乘绝对误差积分(integral of time multiplied by the absolute value of error,ITAE)准则构造PI参数优化的性能泛函,针对此最优控制模型的特点,论文采用遗传算法进行求解,在PSCAD搭建VSC-HVDC模型进行仿真验证。     

双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究

在dq0坐标系下建立了双端VSC-HVDC系统的数学模型,并基于该坐标系制定了相应的控制策略。所采用的控制器由外环控制器和内环控制器构成,外环控制器由基于常规PI调节器的定功率控制器/定电压控制器构成,输出为内环控制器的参考值;内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制。此外,针对VSC-HVDC启动时需要限流和限压的要求,在启动前投入限流电阻,确保系统能够平稳快速的响应,系统达到稳态后切除限流电阻。最后,在PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的调节性能。     

供电无源网络的VSC-HVDC系统控制器及PI参数研究

电压源型高压直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)在无源网络供电领域具有较好的应用前景。首先分析了向无源网络供电的两端VSC-HVDC的系统结构和工作原理,建立了系统在d-q同步旋转轴下的欧拉-拉格朗日数学模型;其次设计了PI双闭环和无源双闭环2种控制器;再次提出了基于对称最优法的外环控制器参数整定方法;在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的两端VSC-HVDC仿真系统,分别采用PI双闭环和无源双闭环控制器,对无源网络负荷功率变化和电压下降2种工况进行了仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制参数整定方法是正确有效的,设计的无源双闭环控制器和PI双闭环控制器都可以实现电压、电流的快速精准控制,使无源网络电压稳定在给定值,相对而言,无源双闭环控制器的动态控制性能更好。     

背靠背双PWM变流器的协调控制策略

以背靠背双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变流器为研究对象,首先建立了其动态数学模型,接着从实现其多种控制功能的角度出发,设计了其构成电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的双闭环控制器结构,并基于所建立电压源型变流器的d-q同步旋转坐标数学模型,研究了双闭环控制中用于实现VSC输出电流解耦控制的内环控制策略,以及用于实现VSC直流电压恒定、交流电压跟踪和功率四象限动态调节的多种外环控制策略。最后通过数字仿真,不仅考察了双PWM变流器中2个VSC实现不同外环控制策略的动态协调响应特性,而且仿真结果同时验证了所研究控制策略的可行性。     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

VSC-HVDC统一电磁暂态模型及其控制策略

为了更好的应用基于电压源换流器(VSC)的新型高压直流输电系统,发挥其技术优势,提出了VSC-HVDC统一电磁暂态模型并进行了其控制策略的研究。交流侧电磁暂态模型是基于d-q同步旋转坐标系下建立的;利用交流侧与直流侧瞬时有功功率相等的原理建立了直流侧电磁暂态模型,且该模型考虑了换流电抗器损耗等因素。利用前馈补偿法设计了解耦控制器以达到分别通过电流d轴和q轴分量来独立调节有功功率和无功功率的目的。利用PSCAD/EMTDC对利用VSC-HVDC连接两端的有源网络以及对无源网络的供电进行仿真试验的结果证明,提出的计算模型及控制策略准确、可靠,对于各种干扰有较好的响应速度和较高的精度。     

VSC-HVDC系统新型广义直流电压控制策略

建立了基于电压源换流器（VSC）的高压直流（HVDC）（VSC-HVDC）输电系统的标幺值数学模型。为了抑制系统故障时直流电压的波动幅度,基于上述模型,提出了一种新型广义直流电压控制策略。在此控制策略下,换流站间不需要通信,外环有功功率控制器为一个广义直流电压控制器（GDCVC）。当直流电压因交流系统受到扰动或直流电压控制器（DCVC）故障等原因而不能有效维持直流电压时,维持和限制直流电压的功能可平滑、自动地由有功功率控制器接替,从而达到保护设备安全运行、提高系统持续运行能力的目的。仿真表明,文中提出的控制策略在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果,对实际VSC-HVDC系统的控制器设计具有参考意义。     

Steady-state Analysis of Voltage Source Converter (VSC) Connected to Weak AC System and Optimal Control Strategies

The power transfer limitation of voltage source converter (VSC) connected to weak AC system is restricted by three main elements: steady-state characteristic, small signal stability, and transient stability. In this paper, according to steady-state analysis, constraint condition and mathematical model of VSC system are established to figure out the appropriate operating point. A novel outer-loop control diagram is proposed. Meanwhile, a small signal model of VSC system is established. Based on participation factor analysis, the dynamic performance of phase-locked loop (PLL) have significant impacts on the system stability assessment. Therefore, an advanced PLL control appending damping factor is proposed. Simulations validated the following conclusions: 1) The optimal AC voltage of point of common coupling is associated with the equivalent AC system voltage, impedance, and the current limitation. The novel outer-loop controller can enhance the power transfer limitations. 2) The small signal stability of VSC can be enhanced by appending an alternative damping factor control on PLL. The advanced PLL has robustness which can endure a great active power disturbance in AC system. Simulations and calculations have been performed to validate the findings.     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter，VSC)易受电压负序分量的影响，需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题，保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型，做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解，将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统，并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式，确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上，通过能量整形的方法设计无源控制器，追踪参考电流，实现独立调节瞬时有功、无功功率，消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性，减小参数不确定对控制效果的影响，提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

多端柔性直流输电系统的改进下垂控制策略

电压源型变流器技术发展日臻成熟,电压等级及容量不断提高,已成功用于柔性直流输电系统,并展现出高电压、大容量和多端柔性直流输电系统应用的发展态势。本文结合世界首个多端柔性直流输电工程,针对多端柔性直流输电系统应用中存在的强非线性和多端协调等技术难点,提出采用改进下垂控制方法,即通过多个换流站同时采用定电压控制方式运行,暂态过程中,采用定电压控制的换流站退出时系统仍能正常运行,保持直流网络功率平衡。通过检测直流网络电压和动态改变平滑切换控制器输出值,即由切换控制器选择定功率控制输出有效或定电压控制器输出有效,在无需站间通信情况下,实现定电压控制换流站和定功率控制换流站之间的相互转换,相对于传统采用单点电压控制的多端系统,具有较好的灵活性。此外,针对采用定电压控制的换流站完全退出的极端工况,设计反步电压控制器,有效地减小了暂态过电压程度,与下垂控制策略结合,能较好地实现系统直流电压的稳定控制,充分发挥其多端协调功能,提高系统抗干扰性能。仿真结果证明了所采用方法的正确性和有效性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。