包含VDCCOL的VSC-HVDC改进控制策略

在交流系统故障或者甩负荷等暂态过程中,由于有功功率不平衡,电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）输电系统直流侧会出现过电压或者欠电压现象,危及换流阀、直流电容器和直流电缆等设备的安全。为了限制暂态过程中直流电压波动幅度,提出了一种改进的控制策略,即在外环有功功率控制器中增加了一个依赖于直流电压的电流指令限制单元（VDCCOL）,它通过内环电流控制器有功电流指令的变化来反映直流电压的变化。当直流电压异常时,VDCCOL根据预设的特性迅速修正外环功率控制器输出的有功电流指令值,减缓有功功率的不平衡,从而达到限制直流过电压/欠电压的发展、保护设备安全运行和避免频繁切机等目的。仿真研究表明,文中提出的控制策略能有效地抑制故障条件下直流电压波动幅度,提高系统的运行特性。     

基于VSC的多端直流输电系统的控制策略

在换流器控制器设计中,采用基于输入输出反馈线性化策略的双闭环控制器结构和直流电压前馈补偿环节,既实现有功和无功的解耦控制,又改善了换流器交流侧的输出电压和电流波形.在多端系统稳定控制中,提出了多点直流电压控制策略,它提高了多端系统的功率平衡能力和运行的可靠性与经济性.文章对1个5端的电压源型直流输电( voltages...     

不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越控制

并网逆变器在传统低电压穿越控制中存在有功功率指令不明确,易受直流电压外环控制参数影响的问题。此外两级式光伏并网系统中前级DC-DC变换器根据直流母线电压波动情况被动调整光伏输出功率,导致光伏侧动态响应速度较慢。提出了一种结合超级电容的两级式光伏并网系统不对称故障低电压穿越控制策略,该策略重点关注低电压穿越期间光伏侧的输出特性,可根据逆变器的输出能力计算其可输出的最大有功功率,利用直流母线两端的超级电容变换器稳定母线电压,光伏升压变换器用于控制光伏功率出力以快速与逆变器有功功率出力匹配。仿真结果表明,在不对称故障下,所提方法可在稳定直流母线电压的同时,实现光伏侧输出功率的快速调节。     

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题。为解决这些问题,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了"防火墙"的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

已有的平衡控制策略无法同时兼顾直流侧电压稳定和并网有功无2倍工频波动,为此提出一种适用于永磁直驱风机的改进低电压穿越协调控制策略。该策略基于功率平衡思想,电网电压不对称故障期间,利用机侧变流器追踪并网输出有功,确保直流侧两端的功率流动基本平衡;通过在直流侧增加前馈控制环节,在消除并网有功2倍工频波动分量的同时,可维持直流侧端电压稳定;通过修正网侧变流器的参考电流指令,可使网侧电流维持在额定值附近。基于Matlab/Simulink搭建了永磁直驱风电仿真系统,验证了其有效性。在电网单相、两相短路故障时,该策略均可在抑制直流侧电压和并网有功波动的同时,有效地限制网侧电流幅值,更好地支持系统低电压穿越。     

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。     

用于大规模集中式风电并网的VSC-HVDC频率控制方法

针对大规模集中式风电并网过程中送端系统频率波动以及电能输送损耗严重等问题,提出一种基于电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的大规模风电并网系统频率稳定控制方法。VSC送端换流器通过调节脉宽调制(PWM)移相角来控制交流侧电压相位大小,以达到控制线路有功功率传输的目的,从而保证风电并网系统有功功率的平衡及系统频率的稳定,同时通过调节PWM调制比来调节交流电压,使系统电压维持稳定;受端换流器控制直流侧电压的稳定,以保证VSC-HVDC系统的正常运行。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的频率稳定性。     

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。     

新能源混合储能提高高电压穿越能力研究

风电、光伏等新能源通常难以满足电压骤升时故障穿越性能要求,即不具备高电压穿越（high voltage ride through,HVRT）能力。本文采用由蓄电池与超级电容组成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）来提高新能源HVRT能力。在蓄电池换流器控制系统中采用无功优先控制策略,输出无功功率平抑母线电压波动。在超级电容换流器控制系统中采用功率前馈控制策略,利用其快速充放电特性,实现新能源HVRT过程中快速吸收直流侧不平衡能量,并研究蓄电池与超级电容在HVRT过程中协调控制策略。针对传统新能源储能HVRT以牺牲有功为代价提高无功输出问题,本文提出一种根据HVRT电压升高幅度估算无功电流参考值方法,在保证有功输出不变前提下提高新能源HVRT能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,本文方案可以使含有HESS的新能源系统具备HVRT能力。     

Enhancement of voltage quality in a passive network supplied by a VSC-HVDC transmission under disturbances

When a VSC-HVDC transmission is connected to a passive network, the receiving AC system is weak and is subject to power quality problems such as voltage sag and swell. Dynamic performance of voltage control would affect the voltage quality in the receiving AC system directly. The direct voltage control (DVC) method is simple but fails to quickly eliminate voltage fluctuation caused by load current change. One solution is to add a feed-forward controller to the DVC. The inverter nonlinearities, however, degrade the performance of the feed-forward controller. This paper presents a modified direct voltage control to enhance control dynamics in the receiving AC system by overcoming the effect of inverter nonlinearities. In the proposed control scheme, the influence of inverter nonlinearities on the performance of the feed-forward controller is first discussed. A compensation method for nonlinearities of the inverter is then designed in the d–q rotating axis. Moreover, to overcome parameter sensitivity of the feed-forward controller, a feed-back loop with a PI controller is implemented. Simulation results from PSCAD/EMTDC showed that the VSC-HVDC system using the proposed control scheme, as compared to that with the conventional control methods, has a better capability to mitigate voltage fluctuation during system disturbances.     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

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。     

基于前馈控制的有源电力滤波器研制

提出了一种有源电力滤波器的前馈控制策略。基于开关平均模型设计了前馈控制器和电流控制器,并利用功率模型对电压控制器进行了设计。由于电网电压在系统启动时会产生很大冲击电流,通过引入前馈控制有效地降低了作为扰动的电网电压和直流电压对被控电流的影响,提高了系统的动态性能,同时利用直流电压控制环直接获取电流参考信号对电网电流进行控制,简化了控制算法。所提方法无需检测负载电流和逆变器输出电流,且无需锁相环电路,降低了成本。利用模拟器件实现控制电路并进行了实验研究,实验结果证明了所提方法的可行性。     

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)电磁暂态模型,提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系,得出结论：在正序旋转坐标下正序分量为直流量,负序分量是频率为100 Hz的交流量;而在负序旋转坐标下负序分量为直流量,正序分量是频率为100 Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路,建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题,设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠,所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。     

低惯量直流微电网并网变换器的预测电流分区补偿控制策略

低惯性直流微电网在负荷频繁投切、新能源出力波动等情况下易发生直流母线电容两侧功率不匹配的问题.通过分析直流微电网接口并网变换器输入、输出侧功率失衡机理,依据母线电压变化水平计算母线电压恢复至指令值所需能量和单位采样周期内母线电容能量变化信息,得到线性处理后的母线电容瞬时输出功率、母线电压波动等效负荷信息,最终确定电流指令补偿全值.同时考虑到电压外环的影响,提出一种电流指令快速分区补偿策略,通过调节系数实现分区的平滑过渡,并通过模型预测电流控制实现电流指令的快速跟踪,提升并网变换器的补偿响应速度,抑制母线电压波动.最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性与可行性.     

基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计

为了检测和分析风电场中风速等一系列可变因素对VSC-HVDC系统的影响,从而优化大型海上风电场结构,提出了一种新型的VSC-HVDC模型——无开关VSC-HVDC相量模型,可以通过调制量来反馈控制系统。在此基础上,结合各种策略的优缺点,选择一种有效地控制策略进行控制器的设计,以实现系统的控制。分析电网侧交流电流和直流电压的所需控制策略,优选出了dq电流控制和PI电压控制作为最佳控制策略,通过对内环外环控制器的参数计算和调节来达到设计要求。Matlab搭建出的模型仿真结果表明,建立的无开关VSC-HVDC相量模型控制策略的选用和控制器的参数设计具有适用性和合理性。     

变速恒频风机双PWM变换器协调控制策略研究

为解决变速恒频风机运行中转子侧功率变化频繁,直流母线电压波动剧烈的问题,对双PWM变换器控制策略进行了研究。结合双馈电机的特点,得出了母线负载电流的计算方法,并分析了负载电流前馈策略的不足。提出了一种基于动态功率前馈的新型协调控制策略,特点在于选择控制电压节点作为前馈补偿点,避免了电流环的迟延,并且将双馈电机动态信息整合进入网侧变换器的控制当中。最后建立双PWM励磁的风电机组模型进行仿真验证,结果表明新策略极大改善了直流母线动态特性,因此降低了对变换器中电解电容容量的要求,提高了机组的可靠性。     

单相LCL滤波器并网逆变器双闭环控制的研究

介绍了带电网电压前馈的电网电流外环、电容电流内环的双闭环控制策略。在滤波参数设计的基础上搭建了仿真模型,分析了控制器参数对动态性能的影响。基于理论分析,给出一种快速设计控制器的方法。仿真结果表明,该方案不仅能有效控制逆变器入网电流,而且抗电网电压扰动能力强。