LCC-VSC型混合直流输电系统及其控制策略

基于相控变流器的高压直流(LCC-HVDC)和电压源变流器的高压直流(VSC-HVDC)共同组建由电压源变流器(VSC)和相控变流器(LCC)组成的混合HVDC输电系统,可有效实现对两种HVDC输电技术的优势互补。此处设计了由VSC整流器和LCC逆变器组成的双端混合HVDC输电系统拓扑结构,分别给出了VSC整流器和LCC逆变器系统模型及详细控制策略,建立了基于RTDS硬件在环的混合HVDC输电系统实验平台。实验结果表明:在所设计的混合HVDC输电系统中,两端变流器可以独立调节直流系统的传输功率;当发生直流侧短路故障时,该系统能够及时响应,并在故障清除后快速恢复正常运行。证明了所设计的混合HVDC输电系统及其控制策略是可行的、可靠的。     

基于混合子模块与全桥臂电感的三端口模块化多电平变流器：简化建模与电网互联控制策略

含有交直流端口的多端口变流器是未来电网中交直流环节互联的关键设备。目前,高压多端口变流器通常以模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)或DAB为基础级联扩展构成,存在体积庞大、拓扑复杂、控制难度高等问题。鉴于此,通过对含不同类型子模块的MMC桥臂进行有机组合,提出一种基于混合子模块与全桥臂电感的三端口模块化多电平变流器(three port modular multilevel converter,TP-MMC)。该TP-MMC具有2个交流端口和1个直流端口,从而无需多个拓扑的级联,有效实现2个交流系统与1个直流系统之间的能量流动。在此基础上,进一步提出适用于该TP-MMC的分区最近电平逼近调制方法;建立相应的数学模型,分析各端口基本工作模式,并根据不同的平衡端口设定,提出相应的端口解耦控制策略;计算装置环流的必要成分,提出相应的环流抑制策略。仿真结果验证了所述TP-MMC拓扑及其调制和控制策略的有效性。     

光伏并网三相电流型多电平变流器拓扑与控制

由于光伏电池具有电流源输出特性,因此电流型变流器非常适合于光伏并网系统。采用多电平结构,具有输出电流波形正弦度好、输出电流控制直接、开关器件电流应力低以及等效开关频率高等优点。提出一种三相电流型多电平变流器光伏并网系统,采用两组光伏电池阵列供电。通过插入一级直流-直流变换电路,实现最大功率点跟踪独立控制。网侧采用一种新型三相电流型多电平变流器,通过移植电压型多电平变流器的PD-PWM技术,有效减小入网电流谐波畸变。结合锁相环与功率解耦控制,提出基于电流型多电平变流器的并网控制策略,实现网侧的任意功率因数运行。基于PSIM仿真环境搭建系统模型,仿真结果说明了光伏并网三相电流型多电平变流器拓扑与控制的有效性。     

基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案

与传统光伏大规模接入交流系统和分布式并入低压直流电网的形式不同,面向中压直流配电网的光伏并网系统在传输效率、容量、电压稳定性和电能质量等方面均具有一定的优势,是未来发展直流配电网所需要的一种能源汇集技术。提出了一种适用于中、大容量光伏发电系统接入直流配电网的新型技术方案,设计了并网系统的详细拓扑结构。根据光伏电池特性,设计了发电单元及子模块的参数,并分析了模块化变换器的运行特性。在此基础上,设计了模块化LLC谐振变换器的控制策略,在维持子模块均压均流的同时,实现了对光伏发电单元的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计光伏直流并网方案的可行性和控制系统的有效性。     

双闭环控制PWM变流器动态响应性能优化研究

针对双馈风力发电机(DFIG)变流器直流母线电压稳定问题,给出了采用传统控制策略的变流器数学模型,并以此为基础提出了一种新型控制方法.即将直流母线电压变化率引入在线模糊修正PID参数的自整定控制策略中,同时在电流内环控制中加入了前馈补偿机制.最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明采用新型控制方法的变流器比采用传统控制策略的变流器进一步改善了变流器直流母线电压的动态响应特性.     

基于超容与并联MMC的中压配网电能综合治理

为改善中压配网的电能质量,提出了一种基于超级电容储能的模块化并联型多电平变流器(P-MMC-SC),通过在直流母线配置超级电容器作为储能单元,结合并联型多电平变换器实现对中压配网电能质量治理。讨论了P-MMC-SC整体控制流程及网压发生/未发生暂降时的补偿分量检测及控制方法,给出了P-MMC-SC超级电容相间均压与各相各模块均压控制策略。最后分别通过系统仿真与原理样机实验表明,含超级电容的并联型模块化变流器兼具补偿系统电压暂降和补偿负载谐波和无功电流的功能。     

应用于钠硫电池的双级式储能变流器控制策略

钠硫电池具备低电压、大电流的特性,储能变流器(PCS)的接入具有一定的挑战,此处采用双级式PCS有效解决接入问题。前级DC/DC变换器提高直流母线电压,采用六相交错并联技术,有效解决大电流问题,降低直流电流纹波;后级DC/AC变流器通过同步旋转坐标变换,采用前馈解耦实现有功、无功的独立控制;同时采用顺序控制逻辑启停前后级变流器,保证储能系统的安全可靠运行。最后通过200 kW钠硫电池储能系统实时数字仿真仪(RTDS)实验分析,验证所提控制策略的合理性和可靠性。     

光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式分析

随着柔性直流输电技术、直流保护技术的发展,光伏电站直流汇集方式逐步得到研究与应用。光伏电站直流升压汇集接入系统由高变比DC/DC换流器、DC/AC换流器及直流线路构成,但光伏直流升压汇集接入系统接地方式目前还没有形成统一的标准。基于含多类型换流器的直流系统,结合直流升压汇集接入系统拓扑结构,分析了高频变压器、双端直流输电单元中性点、滤波器及升压隔离变压器接地的特性,继而提出了一种光伏直流升压汇集接入系统接地方式选择与确定的方法,并利用理论分析与仿真计算相结合的方法校验了接地方案,通过分析故障特性,提高了接地方式选择的合理性与可靠性。     

变流器机电暂态仿真通用化模型的研究

新能源接入电网需要变流器,为了适应变流器建模和控制策略多样化的特点,建立了一种通用化变流器机电暂态仿真模型。将常用变流器的建模和控制策略进行分析总结,建立了模块化的变流器模型,该模型将控制电路和主电路封装到一个模块里。与传统电磁暂态仿真中模型的区别是,以有效值、向量作为输入输出以及中间变量,面向机电暂态过程或更长时间过程,不涉及具体的物理器件、脉冲信号以及变量的瞬时值。所建电力电子变流器模型具有很强的通用性,可以适应不同类型新能源发电系统的并网。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC和Matlab中对光伏发电系统模型进行了适应性验证,在Matlab中编程实现的机电暂态模型和在PSCAD/EMTDC中实现的电磁暂态模型的仿真结果相同,证明了通用化建模方法的正确性。     

计及三相短路故障的MMC光伏并网系统电压补偿方法

模块化多电平变流器(mudular multilevel converter,MMC)在主电路结构中可以有效提高光伏并网系统的光能利用率。提出了一种光伏电站直流并网方案,通过大功率高变比的有源箝位Boost全桥隔离变换器串联升压,然后经MMC实现光伏高压直流并网。针对光伏并网后交流侧电压的稳定性,提出了基于电压前馈的双闭环控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建串联型光伏电站经MMC并网模型,并应用基于电压前馈的双闭环控制策略,验证所提拓扑方案的正确性以及控制策略的可行性。结果表明,控制策略可以在发生三相短路故障时及时补偿电压,提高交流系统侧的可靠性。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

光伏发电系统多模式接入直流微电网及控制方法

对接入直流微电网的光伏发电系统提出三种工作模式,即最大功率点跟踪控制模式、恒压模式和恒功率模式。在最大功率点跟踪控制模式时,采用一种变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪。在恒压模式时,采用PI控制实现恒压控制。在恒功率模式时,采用PI控制实现恒功率控制。当判断出不能实现恒压或恒功率控制时,切换到最大功率点跟踪控制模式,并通知能量管理器,能量管理器通过储能装置调度或负荷调度来镇定直流母线电压。从而使光伏发电系统对能量管理器来说是一个受限的可控源,有助于直流微电网的稳定运行。对所提出的多种工作模式及控制方法进行了仿真,结果表明,所提方法能使光伏发电系统运行于多种工作模式,并能实现相应的控制目标及模式切换,使光伏发电系统变为一个受限的可控源。     

考虑天气不确定性的光伏电站置信容量评估

光伏发电由于具有间歇性和波动性,一般认为只有能量价值而没有容量价值,但在光伏电站并网后电力系统的发电可靠性会有所提升,这表明光伏发电也具有一定的容量价值,如何衡量其置信容量是大规模光伏电站接入电网时需要考虑的问题之一。文中提出了一种评估光伏电站置信容量的计算方法。首先,根据1年中天气情况建立考虑不同天气概率、最大辐射强度、云遮蔽以及温度波动的年光伏电站输出功率波动模型;其次,采用了基于序贯蒙特卡洛仿真的电力系统发电可靠性计算方法,在此基础上应用弦截法进行光伏电站置信容量的迭代求解,并将数理统计中的检验2个大子样均值相等——u检验的假设检验方法引入到迭代求解的收敛性判据之中;最后,应用可靠性标准算例的仿真计算,证明了所述方法的正确性和有效性。     

一种新型光储系统的电路结构及其控制方法

现有的集中式光储一体化系统为提高输出电流,一般将多个光伏组件并联,但这种结构在局部阴影下能量利用效率较低;而将每个光伏组件经过DC/DC变换器接入直流母线的方案虽能提高光伏利用率,但变换器的容量和成本较高。为此提出一种新型光储一体化系统的电路结构及其控制方法:首先将光伏组件和DC/DC变换器的输出端串联后接入直流母线,实现所有光伏组件的最大功率跟踪控制,与现有方案相比大幅降低了DC/DC变换器的电压等级和成本;继而设计适用于该光储一体化系统的能量管理策略,在保证蓄电池荷电状态不超过允许范围的前提下,可实现整个光储一体化系统并网功率的分时恒定。最后,在RT-LAB半实物仿真平台上验证所提系统结构和控制策略的有效性。     

户用太阳能光伏发电系统的设计与研究

光伏发电系统是太阳能利用的发展趋势。简析了户用太阳能光伏发电系统的组成基础上,阐述了对最大功率点跟踪（MPPT）的控制方法,分析了作为系统核心部分的直流变换环节和逆变器的工作原理,给出了直流变换环节的控制方程以及逆变器环节的控制电路组成图,并采用Matlab对系统进行了仿真研究。     

模块化光伏并网系统欧洲效率优化控制方法

提出一种模块化逆变器组成的光伏并网系统欧洲效率优化控制方法,各并网逆变模块共直流交流母线并联运行。分析直流母线电压变化趋势与发电功率的内在关系,在逆变模块中采用两个不同限幅值的直流母线电压调节器,根据系统发电功率的变化,自然启用相应的电压调节器,确保各逆变模块优先运行在设定的最高效率点,而当系统发电功率较大时逆变模块再转向满载运行,从而优化系统欧洲效率,且无需增加硬件成本。详细分析系统的工作原理,给出控制方法的实现方式和关键参数的设计准则。搭建实验原理样机,进行动稳态实验和效率测试。实验结果表明,系统欧洲效率提高了0.43%,验证了控制方法的有效性。     

光伏减载驱动新能源同步机参与电力系统调频的研究

大规模新能源发电并网降低了系统惯性和一次调频能力。新能源同步机(MGP)可以提供无延时的、真实的旋转惯量。介绍了新能源经MGP并网的系统结构和惯量水平,计算了MGP对初始频率变化率(ROCOF)的抑制作用。然后基于光伏(PV)驱动MGP并网的直流电压反馈控制策略,提出了一种定减载率控制算法,并引入频率反馈环,形成PV调用有功储备驱动MGP参与电力系统调频的综合控制策略。通过3机9节点仿真系统对减载控制算法进行验证,并进一步对比了源、网两端功率波动下PV采用不同方式并网参与系统一次调频的效果。结果表明,在综合控制策略下PV经MGP并网能为系统提供更强的频率支撑。     

光储联合发电系统调度优化控制策略

传统储能控制的调节速度较慢,难以满足高比例新能源接入电网后的精准控制,提出将调度周期内误差率引入储能系统优化控制策略,利用误差率在电流闭环控制前加入反馈误差环节,对储能电池的DC/DC双向控制器进行优化控制。以光储联合发电系统的有功出力与计划有功出力均方根误差最小为目标,模型中考虑了储能电池荷电状态和联合发电系统允许偏差的限制条件。给出了双向DC/DC变换器中BUCK/BOOST电路的传递函数,然后给出了光储联合发电系统并网运行时PQ控制策略,采用有功功率和无功功率解耦控制。基于MATLAB/Simulink仿真平台,建立了光储联合发电系统的仿真系统,通过仿真结果分析,验证了提出控制策略的有效性。     

采用同步电机对系统提升新能源电网低电压穿越能力的仿真与试验

由于新能源并网变流器耐流能力不足,在电网发生故障时容易出现大规模脱网,造成新能源电力系统低电压穿越(LVRT)能力下降,进而危及电力系统的稳定运行。提出一种新能源同步电机对(MGP)系统用于提升新能源发电系统LVRT能力。首先给出了MGP系统的数学模型和控制方法,然后从机械运动方程入手分析MGP系统的故障隔离机理,并对直流电压反馈控制在电压跌落过程中的调控机理进行了详细阐述。进一步以光伏(PV)发电系统为例,通过仿真分析了采用MGP系统对低电压穿越能力的提升及无功支撑作用。最后对所提并网方案的低电压穿越效果进行试验研究,验证了光伏逆变器采用直流电压反馈控制后MGP系统可以有效提高光伏低电压穿越能力。     

并网逆变器新型控制策略的研究

随着电力电子技术的进步,将光伏电池发出的直流电经过逆变并入电网的技术逐渐成熟。在光伏发电系统中,逆变器是其中的关键部分,而并网技术则成为把太阳能转化为电能进行合理利用的核心技术。从逆变器的并网控制方法入手,阐述了多种并网技术。并对其中的PI控制进行了仿真研究,为了实现电流的无静差控制,且获得更精确的控制效果,选用一种变参数比例谐振控制策略,并进行了MATLAB仿真,验证了设计的可行性。