直流系统控制方式对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响

使用电力系统暂态安全评估工具TSAT基于南方电网2005年规划数据研究了直流控制方式和低压限流器参数对大扰动后交直流混合系统电压和功率恢复的影响.结果表明,常规的整流侧定电流、逆变侧定直流电压控制比整流侧定功率、逆变侧定熄弧角控制有利于大扰动后交流换流母线电压的恢复;为缓解大扰动后有功功率和无功功率失衡的问题,低压限流器参数的大小应取折中值.     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

多端柔性直流输电系统交流侧故障穿越功率协调控制

在多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal DC transmission,VSC-MTDC)系统交流侧发生故障导致电网电压暂降时,为了维持该侧公共连接点(point of common coupling,PCC)电压水平,设计了故障期间各换流器的有功功率和无功功率协调控制策略。在电网故障期间,故障侧换流器由有功电流控制优先切换到无功电流控制优先,根据电网跌落深度发出相应的无功功率,当增发的无功功率未导致交流侧过流时,剩余的电流容量用于维持故障前的有功传输水平。而当增发的无功功率导致交流侧过流时,提出了通过改变交流系统故障对应的换流器的有功功率来避免交流侧过流。同时提出将基于下垂控制的功率控制策略转换为以输出电压为指令的控制策略,当交流系统故障对应的换流器有功功率改变时,有功功率失去平衡,直流电压因电容充电/放电而升高/跌落,此时其余侧换流器在不需要站间通讯的情况下自动随着直流电压的变化而调整自身的有功功率指令,达到自适应调节、自动分配功率的目的,实现自律分散控制。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔性直流输电仿真模型,验证了该文所设计控制策略的有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

多端柔性直流输电系统交流故障穿越仿真研究

针对多端柔性直流输电系统交流侧发生故障,直流系统与电网公共连接点电压也随之跌落的问题,文中提出了一种交流故障穿越技术来维持公共连接点电压稳定。根据公共连接点电压跌落程度增发相应的无功功率从而维持公共连接点的电压稳定,保证系统的有功功率传输。当公共连接点电压跌落程度较大时,增发的无功功率导致交流系统过电流,提出通过降低故障端的有功功率参考值,从而减小交流侧电流幅值,避免过电流的产生。同时,针对有功功率的减小将使系统的不平衡功率进一步增大导致直流电压发生较大波动的现象,通过定直流电压换流站根据直流电压的变化来消纳系统的不平衡功率,从而达到维持多端柔性直流输电系统直流电压稳定的目的。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

柔性直流输电系统的振荡模式分析

针对柔性直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统的稳定性问题,分别在电压源型换流站(voltage source converter,VSC)采用不同控制策略时建立了两端VSC-HVDC详细的状态空间模型,全面分析了VSC-HVDC的振荡模式。在不考虑锁相环的情况下采用特征值法计算系统23阶状态矩阵的特征值和阻尼比,基于模态频率和参与因子分析,甄别出VSC-HVDC的主要振荡模式。结果表明,该系统主要包含直流侧的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)模式、q轴电流的SSO模式和定有功功率换流站交流侧d轴电流的超同步振荡模式。当换流站有功功率类控制为定有功功率时,考虑到VSC-HVDC的振荡模式最少、阻尼比最大,定交流电压控制要优于定无功功率控制;当换流站定直流电压控制时,定交流电压控制与定无功功率控制对振荡模式的影响基本相同;VSC-HVDC大部分振荡模式主要与定直流电压控制环节和定有功功率控制换流站的状态变量相关,主要受该侧换流站控制环节的影响。     

间接电流控制可调功率因数电流型PWM变流器

电流型PWM变流器（PWM-CSC）因其良好的功率因数和直流电流源特性，可望在某些场合取代产生大量谐波的二极管或晶闸管相控整流装置，但是，PWM-CSC本身的强耦合非线性特性，使得变流器常采用复杂的直接电流控制策略，实现功率因数可调和能量回馈非常困难。提出一种基于dq坐标系的间接电流控制方法，该方法将变流器的直流输出作为网侧电流有功分量的给定值，通过此给定值和tgj的乘积调节无功电流的大小，然后利用PWM-CSC交流侧电流的离散方程，求出当前变流器的控制量，间接控制变流器的网侧电流，从而控制了变流器的有功功率和无功功率，实现了变流器的可调功率因数和能量回馈。论文最后对变流器的稳定运行范围进行了讨论，得出变流器提供的无功功率受有功功率限制的结论。     

基于CPS-SPWM级联型DSTATCOM直流侧稳态分析及电容容量设计

基于四象限双H桥变流器级联型的主电路结构以及CPS-SPWM的调制策略,在建立SPWM-H桥变流器数学模型的基础上,详细分析了对应于三相不对称畸变补偿电流分量(无功、负序及谐波电流)时DSTATCOM各级联功率单元H桥逆变器直流侧电流变化规律,以及基于单位功率因数的H桥整流器直流侧电流变化规律,并据此建立了功率单元直流侧各电流数学模型.结论显示,稳态条件下,直流整流侧电流包含2次交流分量和直流分量irdc-.而直流逆变侧电流不仅包含与无功和负序补偿电流分量对应的2次交流分量,以及等于irdc-对应于整流器与逆变器之间有功功率传递的直流分量,还包含与谐波补偿分量对应的4,6,…偶次交流分量.最后,根据所建立的直流侧电容电压、电流数学模型,结合电容电压控制的稳态和动态性能指标要求,给出了直流电容容量的设计方法.仿真结果表明,基于该主电路拓扑及电容参数设计方法的DSTATCOM,其直流电压稳定、均衡控制简单可靠、动态响应速度快,对非线性、不平衡冲击性负荷的补偿效果较好.     

基于故障分量补偿的VSC_HVDC系统优化控制

为提高基于电压源换流器的高压直流输电系统的故障穿越能力及故障后对交流系统电压的快速支撑作用,在分析VSC_HVDC交流系统侧发生故障时系统暂态特性的基础上,提出基于故障分量补偿的优化控制策略。其中包括：正负序分量独立控制的双序电流内环控制器用于消除不对称故障引起的功率脉动;基于直流电压越限值补偿的有功功率控制器用于抑制故障期间的直流电压大幅波动;根据系统故障时故障电流的无功特性,由VSC外环无功功率控制器增大注入交流系统的无功电流指令,为交流系统提供快速的电压支撑。基于PSCAD/EMTDC环境的仿真结果证明,提出的优化控制策略在VSC_HVDC交流系统故障时能够有效地消除直流系统的二次脉动、抑制直流电压的骤变及提高交流系统的电压稳定性。     

考虑无功功率协调控制的并行直流系统紧急功率支援

直流系统紧急功率支援需要考虑无功功率协调控制以提高系统电压稳定水平。文中分析推导了直流系统有功功率输送和无功功率消耗的比例关系,研究了多直流系统相互间紧急功率支援时导致的换流站近区暂态电压跌落问题,提出了紧急投入备用无功功率、充分利用故障直流无功功率补偿能力和交直流系统间功率分配的协调控制等策略,以实现无功功率的合理分...     

三电平脉冲宽度调制整流器定频直接功率控制

在传统的直接功率控制和电压定向控制的基础上,给出了三电平脉冲宽度调制整流器的数学模型,提出了一种固定开关频率的三电平脉冲宽度调制整流器直接功率控制方法。该控制结构为直流电压外环、功率控制内环,实现了有功功率和无功功率的动态解耦,且采用空间电压矢量调制,开关频率固定,简化了滤波器的设计。仿真结果表明,该控制方法能保证中点电位平衡、网侧电流谐波小,具有良好的动、静态性能,实现了单位功率因数运行。     

采用滑模变结构直接功率控制的回馈级联型逆变器设计与验证

回馈逆变器因可实现能量的双向流动而广泛运用于负载需要4象限运行的场合。为此,对回馈级联型逆变器(EFCI)进行了深入研究。对回馈级联型逆变器H桥整流部分,实现了滑模变结构直接功率控制(SMVR-DPC),除了可实现H桥有功、无功和直流电压控制外,还可减小逆变器输入电流中的谐波,该方法控制简单,具有很好的动态品质和鲁棒性以及小的总谐波畸变率(THD)。对回馈级联型逆变器H桥逆变部分,为了提高直流电压利用率并减小逆变器输出电流中的谐波,对其在60°坐标系中基于3电平逆变器的简化空间矢量调制进行了研究,该简化空间矢量调制的矢量选取与作用时间计算非常简单。最后,仿真与实验结果验证了所提方法的正确性。     

紧急直流功率支援时的无功功率配合研究

紧急直流功率支援能够提高单回直流双极闭锁后系统的稳定性,而换流站无功功率容量的不足往往会导致直流功率无法提升至指定功率值,大大减弱紧急直流功率支援的效果。为此,对直流换流器无功功率消耗进行分析,提出3种紧急直流功率支援期间的无功功率补偿方式,即:分段切除故障直流换流站内滤波器;加装静止无功补偿器;改进直流整流站附近的发电机励磁控制。仿真结果表明这3种措施均能在直流暂时过负荷期间弥补直流输送功率的缺额,提高系统的稳定性。分段切除故障直流换流站内的滤波器仅对故障直流换流站附近的其他直流线路功率有一定影响,且容易导致故障直流换流站过电压;静止无功补偿器及整流站附近发电机励磁控制均可减少紧急直流功率支援后的切机量,但发电机励磁控制效果更佳。     

一种基于内模控制的光伏逆变器功率控制策略

为改善微电网电能质量,解决微电网独立控制有功和无功控制问题,分析了两电平三相三线制电压源逆变器的控制方案,建立数学模型,运用瞬时功率理论推导出参考电流计算公式,提出由内外两层组成的串级控制策略。内层控制器采用内模一阶过程控制技术调节q轴和d轴的交流电流实现电流控制,外层控制器采用内模二阶过程的前馈控制策略实现直流母线电压控制。通过仿真验证,该控制策略可以有效的进行微电网逆变器有功和无功控制,实现逆变器跟随电网电压跌落自动调节直流侧电压功能,为改善微电网电能质量控制研究提供了一种新方法。     

混合型多电平变流器桥臂电容电压平衡的原理与控制

混合式多电平变流器(HMC)能够实现有功无功独立控制,在直流侧发生故障时,交流侧电流仍然可控,这对于构成直流电网有重要意义。文中研究了HMC的电压合成方法以及在静止同步补偿器(STATCOM)模式下和高压直流(HVDC)模式下的能量平衡原理。基于能量平衡的原理,提出了STATCOM模式下和HVDC模式下桥臂电容稳压控制方法,并提出了HVDC模式下桥臂电容稳压的具体实现方法。为了验证所提出的能量平衡原理及控制策略,根据仿真算例所提供的参数,搭建了端对端直流输电的PSCAD仿真模型,对HMC的启动充电、解锁、有功渐变和直流故障过程进行了仿真。仿真结果显示,HMC能够实现有功无功独立控制,能够隔离直流侧故障,所提出的能量平衡原理与控制方法能够实现桥臂电容的稳压控制。     

具有快速跟踪能力的电压型PWM整流器直接功率控制

在现行电压型PWM整流器的直接功率控制策略中,利用开关表同时对有功功率和无功功率进行调节,对无功功率的调节能力强于对有功功率的调节.则导致了在暂态和抗扰过程中有功功率、直流电压出现较大的波动,系统跟踪给定速度慢,对负载运行不利.对此,提出了根据有功功率瞬时值与给定有功功率的差值设定无功功率给定值的新策略.该新策略有效地抑制了直接功率、直流电压的波动,加快了有功功率、直流电压的跟踪速度,提高了系统的抗扰能力.仿真结果证明了该新策略的可行性.     

并联型有源电力滤波器软起动控制研究

针对有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)起动时补偿后的电网电流过冲,提出了一种控制瞬时有功电流直流分量的新型起动控制方法.该方法在起动时将瞬时有功电流的直流分量进行相应的缩小,然后逐步增大该分量,直至增加到100%,再通过直流侧电压的比例积分控制,将直流侧电压稳定地控制在参考值附近.这样通过对直流侧电压上升速度和参考值的控制,抑制了起动时补偿后电网电流的过冲,也有利于各种保护功能动作.仿真和实验结果证实了该方法的可行性.     

高压直流输电系统低功率运行的无功控制策略

当高压直流输电系统低功率运行时,受换流站接入点谐波性能和交流滤波器设备性能限制,投入的交流滤波器提供的无功功率在满足站内无功消耗外可能仍有大量剩余,导致大量剩余无功送入交流系统,使得换流站及附近厂站的电压容易偏高,继而影响到电网的安全稳定运行。文中提出一种充分利用换流器自身无功调节能力的换流站无功控制策略,该策略在有功输送不受影响的前提下,以直流电压为控制量,以换流站无功交换量为反馈量,通过改变直流电压参考值来对换流器的无功消耗进行定量控制,可有效抑制换流站过剩无功对交流系统电压的影响。该无功控制策略解决了现有直流工程中低功率无功优化功能由于开环控制无法对无功功率进行精确控制的问题。PSCAD/EMTDC和实时数字仿真器(RTDS)中的仿真结果验证了该方法的正确性和鲁棒性。     

基于SVG功率因数调节的光伏电站集中孤岛检测法

传统的主/被动式孤岛保护法应用于光伏电站孤岛检测时存在孤岛检测死区。文中首先分析孤岛前后电压和频率的变化情况,以及传统主动孤岛检测法应用于光伏电站时的失效机理,提出基于静止无功发生器(SVG)的集中防孤岛保护策略。根据光伏电站集中无功补偿的结构特点,在光伏电站低有功功率输出可能与本地负载功率匹配时,控制SVG输出的无功功率使得功率因数小幅波动,导致光伏电站系统输出的无功功率与本地负载消耗的无功功率不能匹配,以此来集中检测光伏电站的孤岛。理论分析和仿真验证结果证明该方法可以无死区检测孤岛。