直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

船舶供电变流器柔性并/离网控制及输出电压谐波抑制策略

首先提出根据船舶供电变流器并/离网状态反馈分别进行电流控制、电压控制的模式切换控制方法,实现了离网模式下输出电压快速响应以及并网模式下与电网交互功率的可控转移;其次基于调幅、调频的预同步控制以及电压电流双闭环控制共用比例积分调节器,保证了控制模式切换时积分量的平滑过渡,实现了供电变流器柔性并/离网;然后引入基于多重降阶广义积分器(ROGI)并联的方法实现对输出电压不平衡以及5次和7次谐波的抑制,通过在离散域直接设计ROGI控制参数,避免了数字化过程导致控制器性能偏差;最后搭建了某型船舶直流组网电力推进系统供电变流器的实验平台对所提控制方法的正确性和有效性进行了验证.     

不平衡负载下离网型NPC三电平变流器控制策略研究

本文主要研究不平衡负载下NPC三电平变流器控制策略,首先建立离网数学模型,通过对正负序解耦控制实现变流器在不平衡负载下输出电压的三相平衡,之后完成基于中间相调制波分解的调制策略,在独立控制变流器输出零序电压的基础上实现了直流母线电压中点平衡控制,保证两种目标协调解耦控制。最后搭建NPC三电平变流器离网不平衡负载实验平台,验证了协调控制策略的有效性。     

基于柔性变电站的双向DC/AC变换器关键控制技术综述

基于交直流混合配电技术的柔性变电站是未来配电网发展的一大趋势,柔性变电站因其具备中/低压、交/直流多端接口、具有潮流柔性管控、多形态能源接入、故障限流和隔离等多种功能而受到广泛关注.双向DC/AC变换器是柔性变电站的重要组成部分,可实现低压交直流端口间能量的双向流动.为使双向DC/AC变换器在柔性变电站环境中安全可靠运行,研究双向DC/AC变换器控制策略成为迫切的需求.以张北交直流配电网及柔性变电站示范工程为实例,根据双向DC/AC变换器不同控制目标,从谐波补偿、不平衡电压抑制、多机并联等关键控制技术进行综述,并对基于柔性变电站双向DC/AC变换器控制技术的发展趋势进行探讨,为建设柔性变电站工程提供参考.     

直流微电网并离网切换母线电压平滑控制技术研究

直流微电网通常通过DC/AC变流器并联到交流微电网,形成直流微电网与交流微电网并列运行模式,此时直流母线电压的稳定控制由DC/AC变流器稳定控制实现,当DC/AC出现故障退出或者发生交流电网故障时,将导致直流微电网失去电压平衡单元,在直流微电网并离网转换期间会出现供电中断以及母线电压偏差较大等问题,提出了一种直流母线电压控制方式切换过程中电压平滑稳定控制方法,该方法无须通信和集中控制器即可实现直流微电网在并离网转换过程中对直流母线电压的平滑稳定控制。实验验证得出该方法具有很好的控制效果,对今后工程实践中直流母线电压在并离网转换期间的电压稳定控制提供了很好的技术基础支撑。     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

直流微电网电压平衡器的控制策略

提出了一种适用于直流微电网负荷不平衡的电压平衡器控制方法,为直流微电网系统用户端提供稳定可靠的直流供电。根据电压平衡器主电路拓扑结构,通过状态空间平均法对其建立小信号模型,在电路模型分析的基础上引入PWM控制技术,采用 PI环节实现输出电压的平衡控制,保证平衡器输出端的稳定,抑制负荷扰动对直流输出电压的影响。利用MATLAB仿真软件搭建了15 kW的实验样机,并在负荷变动的情况下对电压平衡器进行仿真验证。仿真结果表明了理论的正确性及所提出控制策略的有效性。     

无通信互联线储能系统的直流母线协调控制策略

针对无通信互联线的储能系统如何在不增加系统成本和复杂度的前提下维持直流母线功率平衡及电压稳定,提出了一种直流母线协调控制策略,DC/AC变流器采用定直流电压或定交流电压控制,两台DC/DC变换器采用包含电池充放电控制的改进型二阶直流电压偏差控制。通过对系统典型工况的分析,说明了系统中各个装置是如何协调工作的。搭建了微网实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证,实验结果证明了该控制策略的有效性和实用性。     

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。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

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。     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。     

环状柔直工程直流极闭锁判据及措施量计算方法

以往常规直流与柔性直流工程的结构均为端对端或多端辐射,对应的稳定控制系统采用换流变电气量和直流极非正常停运信号作为极闭锁的判据,但该方法不适合环状结构的柔性直流输电工程应用,无法可靠地识别换流器闭锁故障。文中根据张北柔直输电工程稳定控制系统研制经验,提出一种新的适用于稳定控制的直流极闭锁判据改进方法。该判据在直流轻载时将直流控制保护的特征信号作为主要判断对象,在直流极运行功率超过10%额定功率时则将直流控制保护的特征信号结合换流变电气量作为主要判断对象,改进后的判据同样适用于特高压直流输电工程与多端环网柔性直流输电工程。同时,文中提出张北柔直输电工程稳控措施量计算方法,为后续柔性直流输电工程、特高压直流输电工程应用提供了参考。理论分析及实时数字仿真系统(RTDS)实验验证了判据的可靠性。     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。     

向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略

考虑孤岛电网存在有源电网状态和无源电网状态之间的状态变化,文中提出了向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略,以实现在孤岛电网状态变化时保证对其可靠供电。从柔性直流的控制原理出发,分析了有源电网和无源电网下柔性直流逆变站控制方式的差别。当孤岛电网从有源电网变为无源电网,向其供电的柔性直流逆变换流站控制方式切换时,文中从稳定交流电压和快速恢复有功平衡考虑,提出了相角跟随和有功功率优先2个控制策略,以保证切换时刻孤岛电网和直流系统的各电气量波动最小。建立柔性直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,仿真验证了文中控制策略的有效性,在孤岛状态变化时可实现持续可靠供电。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一。综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调。自平衡工况下,通过合理切换双极MMC的控制方式,可在维持交流电压稳定的同时提高非故障极MMC输出功率,使其自主平衡孤岛系统功率缺额;非自平衡工况下,设计了风电场精确提升其输出功率的控制策略,通过换流站与风电场间的协调配合维持孤岛系统的功率平衡。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了所提策略的有效性。