MMC子模块故障下能量再平衡控制与安全运行域分析

模块化多电平换流器(MMC)在柔性直流输电领域得到了广泛的应用。在高压大功率场合,MMC的子模块数量庞大,子模块故障是一种常见的故障类型。为了提高可靠性,通常MMC每个桥臂上均设置一定数量的冗余子模块。然而,当MMC发生不对称子模块故障时,直流电流中会出现基频波动,影响MMC的运行性能。针对上、下桥臂同时存在故障子模块的工况,分析了MMC桥臂间能量平衡的条件。据此,提出了一种能量再平衡控制策略,以抑制直流电流中的基频波动。与传统控制策略相比,在额定冗余运行域内,所提控制策略无需提高子模块电容电压。分析了采用所提控制策略时MMC的最大安全运行域,结果表明所提控制策略能扩展MMC的安全运行域,进一步提高其可靠性。±350 k V/1 000 MW的MMC硬件在环实验结果验证了所提能量再平衡控制策略的有效性以及安全运行域分析的正确性。     

基于桥臂能量预测的模块化多电平换流器子模块故障优化容错控制策略

子模块故障是模块化多电平换流器(MMC)常见的一种故障类型,将故障子模块旁路后,MMC将处于桥臂不对称运行状态。为使MMC系统在子模块旁路后依然能维持稳定运行,提出一种基于桥臂能量预测的MMC子模块故障容错控制策略。首先对各时刻桥臂子模块储存的能量进行动态预测,进而求得各时刻子模块电容电压的预测值,在不用附加环流抑制控制器情况下,实现对环流中不对称基频和二倍频谐波分量的有效抑制。该策略简化了系统控制的复杂度,既适用于桥臂子模块数不对称的运行状态也适用于正常运行状态。厦门柔性直流示范工程的电磁暂态仿真结果验证了所提出的容错优化控制策略的正确性。     

模块化多电平变换器容错运行环流抑制策略

模块化多电平变换器(MMC)采用热备用的容错控制方案时,可实现系统的容错运行。当子模块发生故障时,系统直接旁路故障子模块,变换器运行在上、下桥臂不对称状态。为分析这种状态下MMC系统的工作性能,推导了MMC容错运行工作模式的数学模型,详细分析了桥臂电流以及子模块电容电压的波动情况。分析结果表明:MMC上、下桥臂不对称运行时,故障相间桥臂环流中的基频成分增加,该部分环流会流入直流侧;改变子模块的平均开关频率可抑制不对称运行所引起的环流。在PSCAD/EMTDC中搭建了31电平的MMC模型(其中含6个热备用模块)并进行了仿真,仿真结果验证了所推导结论的正确性。     

MMC子模块故障后线电压恢复容错控制策略

模块化多电平换流器(MMC)桥臂无冗余子模块(SM)时,SM故障将导致故障相电压输出能力降低,进而导致MMC输出线电压不平衡。为恢复故障后无冗余MMC输出线电压特性,提高非故障桥臂SM利用率,文中基于中性点转移(NT)与直流分量注入(DCCI)控制,提出应用于无冗余MMC的SM故障容错控制策略。该容错策略通过NT控制,调整三相电压相角,确保输出线电压平衡。此外,文中提出三段式最优DCCI幅值计算方法。与现有方法相比,最优幅值DCCI能进一步提升非故障桥臂SM利用率,提高输出线电压幅值。基于PSCAD/EMTDC平台搭建三相MMC仿真模型,仿真结果验证了所提容错控制策略的有效性。     

模块化多电平换流器故障容错控制策略

模块化多电平换流器型轻型直流输电系统,其拓扑结构中各桥臂级联了大量子模块,系统运行时容易出现可靠性问题。针对桥臂冗余子模块耗尽的情况,基于桥臂能量均衡和最近电平调制提出一种桥臂子模块对称切除及系统运行于不对称状态的控制方法,保证了系统不间断安全稳定运行。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了21电平两端有源的模块化多电平换流器型轻型直流输电系统模型。仿真结果验证了所提出的故障容错控制策略的正确性和有效性。     

新型模块化多电平变流器容错运行策略

为了解决模块化多电平变流器(MMC)在部分子模块故障时,因系统处于不对称运行状态而造成输出电流畸变、电容电压纹波较大、直流电流波动过大等问题,提高系统容错运行能力,本文提出了一种新型MMC容错运行策略,针对不同范围的调制比,对调制波进行相应调整。同时在载波移相调制基础上,提出一种利用当前关断模块替换故障模块导通的调制策略,并给出相应的优化方法,来增大桥臂正常模块平均导通时间,维持桥臂能量不变,减小桥臂间的不对称性。在MATLAB/Simulink上进行了仿真和实验验证。结果表明,本文提出的容错运行策略能够改善MMC故障运行时的输出波形,减小畸变率,提高了MMC的故障穿越能力,有利于MMC系统的稳定可靠运行。     

模块化多电平换流器子模块故障特性分析与解耦控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)在子模块故障时桥臂子模块可投入运行数目不相等的情况,建立基于开关函数的桥臂不对称运行数学模型。基于此数学模型,揭示了上、下桥臂子模块开关函数不一致是导致不对称运行的根本原因。通过借助补偿阻抗以抵消上、下桥臂子模块故障数目不相等导致的不对称分量,将子模块故障下桥臂不对称状态转化为准对称运行状态,进而建立该条件下桥臂交流电流、直流电流和交流环流耦合等效电路,并研究等效电路各次电流之间耦合关系对桥臂内部运行特性的影响。分析结果表明,桥臂电流将出现基频环流分量,交流电流也会引入因不对称导致的直流电流分量和二倍频电流分量。最后通过建立桥臂电流解耦控制模型,构建不同频率下桥臂电流与电压的映射关系,提出具有子模块故障容错能力的桥臂电流控制策略。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

故障子模块切除后MMC运行特性分析和直流电流波动抑制

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的桥臂由大量子模块构成,器件故障的可能性很高。切除故障子模块后三相桥臂将处于不对称运行状态,交流相电流在故障相上下桥臂无法平均分配,导致直流电流波动。为此,首先建立子模块故障下MMC等值电路,然后推导分析了桥臂电流和直流电流波动分量和谐波构成。设计了一种新的抑制直流电流波动的控制策略。该策略的核心思想是在故障桥臂电压参考波上附加补偿电压分量。最后通过电磁暂态仿真验证了该方法的有效性与可行性。仿真结果表明:基频和二次谐波是直流电流波动分量的主导成分;应用本策略后,测试算例中直流电流波动分量被抑制到1%以下;电容电压动态修正环节可有效保证子模块投切计算数量与实际需求量一致。     

MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制

当模块化多电平换流器柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)输电系统子模块发生故障时,上、下桥臂处于不对称运行状态,此时会导致上、下桥臂子模块输出电压之和不均衡,造成换流器内部环流不仅含有二倍频负序分量,还增加了基频分量,导致直流侧电流波动。基于MMC桥臂子模块不对称运行时平均开关函数,阐述了上下桥臂子模块数目不对称运行时子模块数量不对称所在相上、下桥臂子模块输出电压之和,以及桥臂电流基频分量与桥臂正常运行子模块数量、环流直流分量和二倍频分量之间的关系。提出一种MMC-HVDC系统冗余容错模型预测控制策略,在实现交流电流跟踪、子模块电容电压均衡的同时,可以实现故障时对环流基频和二倍频成分的抑制,使正常运行子模块电压维持在给定值附近,维持直流侧电流稳定。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

MMC桥臂不对称运行特性分析及子模块故障下的控制策略

子模块故障是模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的一种常见故障类型,故障子模块被旁路后,MMC将处于桥臂不对称运行状态。为确保MMC在该状态下的稳定运行,对MMC桥臂不对称运行特性进行了详细的理论分析,提出了一套完整的子模块故障下的控制策略,包括基于电容比较的故障子模块定位方法及基于准比例谐振控制器的基频环流抑制方法;并在PSCAD/EMTDC软件环境下搭建了21电平MMC-HVDC仿真系统,对理论分析及子模块故障下的控制策略进行了仿真验证。结果表明:在不对称运行状态下,交流相电流基频分量在上下桥臂中不再平均分配,并且环流中将出现不对称的基频分量及三倍频分量,原有二倍频分量也略有增加;在提出的故障控制策略下,子模块定位方法能在一个周期内同时定位到多个故障子模块,同时基频环流抑制方法能对不对称运行状态下环流的附加分量进行有效抑制。仿真结果与理论分析的结果相符,验证了理论分析的正确性及所提出的故障控制策略的有效性。     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

电解铝整流系统建模与稳流协调控制策略

介绍了大功率直流电解铝供电系统结构,建立了包括电解槽负载模型、饱和电抗器（ＳＲ）模型以及有载调压变压器（OLTC）的整流系统模型,提出了稳流协调控制策略：OLTC可对系列电流进行离散性的粗调,SR可在一定范围内实现对系列电流的连续性微调,两者结合能有效地解决机组投入与退出、阳极效应发生等大扰动下的稳流精确控制问题。基于电磁暂态分析软件包（ＥＭＴＤＣ）搭建了6机组整流系统,对网侧电压波动、负荷波动等工况进行了仿真分析,仿真结果表明：所提协调控制策略能保持直流系统处于最佳的运行状态,可实现电解铝生产过程中电流的平稳。     

多ARM协同架构的智能合并单元设计

为降低合并单元设备成本、增强其智能化和通用化特性,利用多ARM（高级精简指令集处理器）并行处理的优势来构建智能合并单元。采用灵活的模块化方式来进行总体架构的设计,通过光纤接口方式与其他智能电子设备建立基于快速以太网的双向通信,遵循IEC 61850通信标准进行采样值报文和GOOSE报文的高速网络化传输。结合数据处理和报文传输的要求,详细阐述了采样控制和开入开出控制等核心部分的软件处理流程。采样值及GOOSE传输等相关测试结果表明,该智能合并单元工作可靠而稳定,可满足智能变电站中合并单元在实时性强、可靠性高、通信流量大等方面的要求。     

基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算

扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算法。仿真结果表明EKF法可以有效克服SOC初始值不准确所造成的估算误差,动态卡尔曼增益修正系数可以进一步减小由于观测方程误差造成的SOC估算误差,使估算误差保持在5%之内。     

碱法提取煤矸石中氧化铝试验条件优化

工业固体废物煤矸石中存在有价值的氧化铝，如能将其替代铝土矿提取氧化铝，则将变废为宝。然而，煤矸石中的铝、硅主要以高岭土形式存在，活性很低，因此需要通过高温破坏煤矸石中高岭土结构，才能将其中的氧化铝转化为可溶于碳酸钠溶液的铝酸钙。为了使煤矸石中的氧化铝尽可能多地溶出，采用正交试验方法分别对采用石灰烧结法提取煤矸石氧化铝的活化和溶出条件进行了优化。试验结果表明：采用石灰烧结法提取煤矸石氧化铝，最佳条件下煤矸石中氧化铝溶出率可高达89.5%，试验所确定的最佳条件可供工业试验参考。     

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。     

关于“十三五”配电网发展的思考

配电网直接面向电力用户,是保障电力“落得下、用得上”的关键环节,也是改善民生的重要基础设施。面对“十三五”期间配电网发展“高质量、智能化”的需求,在梳理总结当前存在问题的基础上,从经济社会发展、高供电可靠性要求、分布式能源与多元化负荷接入、外部建设环境变化等角度阐述了配电网发展面临的挑战与机遇,提出了未来配电网发展面临的关键问题,并从规划建设角度提出了应对措施与建议。     

DZM与FM系列铅酸蓄电池在制造过程中的比较

根据多年的实际工作经验,从基本原理、客户要求及电池使用的角度出发,通过不同生产及工艺条件下反应生成物的不同,对DZM与FM系列铅酸蓄电池在生产制造过程中的不同进行了阐述。     

基于NW小世界的量子进化算法在无功优化中的研究

针对量子进化算法的早熟问题,提出了一种适于电力系统无功优化的NW（newman-watts）小世界量子进化算法。该算法引入了NW小世界网络模型,以一种新颖的随机加边方式动态改变种群个体的邻域拓扑结构,从而保证了整个优化过程中的种群多样性,提高了算法的全局搜索能力。应用该算法对IEEE-14节点和IEEE-57节点系统进行无功优化的仿真分析,结果表明,NW小世界量子进化算法在电网无功优化计算中具有较强的全局寻优能力和较高的收敛精度。     

新能源发展关键问题研究

2006年以来,中国新能源发展取得了巨大成就,但也面临新能源发展与电网发展不协调、局部地区风电消纳困难、新能源补贴拖欠等问题。“十三五”是中国新能源发展的关键时期,复制现有技术、依靠政府不断扩大补贴规模的新能源发展模式已难以为继。新能源发展需要处理好新能源经济激励政策调整、新能源与其他电源以及电网的统一规划、大型新能源基地市场消纳三大关键问题。