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。     

计及直流电压控制的MMC换流站阻抗建模及其稳定性分析EI北大核心CSCD

多端柔性直流系统直流母线的动态特性对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流站阻抗特性及系统稳定性存在较大的影响,然而目前大多数针对柔性直流系统稳定性分析的研究,将直流侧简化为直流电压源,导致研究结果在某些工况下缺乏实用性。文章采用多谐波线性化方法,建立考虑直流电压控制的MMC序阻抗模型,说明考虑直流电压控制对准确分析并网系统稳定性问题的必要性,讨论直流电压控制参数的影响因素,探究直流电压控制参数的稳定边界条件,并提出两种基于直流电压控制的MMC阻抗优化方法,实现了并网系统稳定性的有效提升。论文在Matlab/Simulink中搭建考虑直流电压控制的MMC-HVDC并网站仿真模型,对其序阻抗模型、并网稳定性分析及阻抗优化与重塑方法进行验证。     

考虑光伏发电单元孤岛检测影响的直流电网稳定性分析与阻尼控制

直流电网适合大规模光伏发电的集成接入。光伏发电单元在接入直流电网运行时,需要依托孤岛检测方法,使得发电单元可以在异常断开状态下得到保护。然而,前馈孤岛检测方法会向直流电网注入扰动,影响光伏发电单元在并网运行时的性能,甚至加剧由于变换器交互作用造成的振荡失稳问题。对此,建立直流电网中光伏发电单元、交直流互联变换器的小信号阻抗模型,并综合考虑最大功率跟踪控制、前馈孤岛检测方法对光伏Buck变换器端口特性的影响,探究影响直流电网稳定性的因素。然后,在不影响孤岛检测的情况下,提出一种有源阻尼稳定控制方法,在并网运行的光伏发电单元的直流电网侧端口串入虚拟电阻,使发电单元在输出不同功率时均有较好的稳定性。最后,仿真研究验证了分析内容的准确性和所提阻尼方法的有效性。     

基于矩阵的迹的弱电网下永磁直驱风电场直流电压时间尺度小扰动振荡稳定性分析

弱电网下锁相环与直流电压环强交互作用给并网永磁直驱风电场稳定运行带来了安全隐患,以往研究主要采用基于具体仿真算例的模式分析法研究弱电网下风电场系统的锁相环或直流电压环稳定性规律,无法揭示所得稳定规律的内在机理。为此,建立考虑直流电压环和锁相环动态的并网永磁直驱风电场降阶模型,推导出系统状态矩阵的迹的数学表达式,从理论分析的角度揭示了弱电网下永磁直驱风电场的直流电压时间尺度小扰动稳定性规律。分析结果表明在风机控制参数固定不变的条件下,当系统运行参数如线路电抗、风电场无功出力或风机数量增大时矩阵的迹向正方向移动,这表明考虑锁相环动态影响时由直流电压动态主导的永磁直驱风电场系统至少有一个模式的阻尼变弱。     

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。     

弱电网下VSC控制环路对直流电压稳定性的影响分析

为研究弱电网下电压源型变换器(voltage source converter,VSC)控制环路对直流电压控制稳定性的影响,首先建立了弱电网下VSC直流电压时间尺度小信号模型,基于动力学特性分析法用阻尼分量和恢复分量表征VSC直流电压控制的稳定性。然后研究了不同电网强度和不同控制带宽下VSC锁相环和交流电压控制环对阻尼分量和恢复分量的影响规律,揭示了锁相控制与交流电压控制对直流电压稳定性的影响机理。最后,在Matlab/Simulink中搭建详细的时域仿真模型,对稳定性分析结果进行了验证。研究结果表明,弱电网下锁相控制与交流电压控制对直流电压控制起相位滞后的作用,从而产生负的附加阻尼分量,减弱了直流电压控制的稳定性。     

连接弱电网的并网变换器直流电压时间尺度稳定器的设计与分析

随着并网变换器在可再生能源传输中的广泛应用,可再生能源设备控制系统的稳定性问题不断出现,不利于电力系统的稳定运行。本文主要研究连接弱电网的并网变换器直流电压时间尺度稳定器的设计和分析。首先,结合相量图和控制框图说明直流电压时间尺度稳定器的原理。通过伯德图和控制框图说明稳定器内部各环节控制参数的设计原则,结合实例设计稳定器控制参数,并分析不同电网强度下和不同工作点下稳定器对并网变换器的直流电压时间尺度稳定性的影响。分析结果表明稳定器增强了系统阻尼并且提高了系统稳定极限。将稳定器代入详细时域模型中进行仿真,验证了小信号稳定性分析结果的正确性。     

直流电压动态时间尺度下大规模直驱风电场振荡稳定性及参数稳定域分析

针对永磁直驱风机(direct drive permanent magnet synchronousgenerator,PMSG)构成的大规模风电场在直流电压时间尺度下可能出现的小干扰振荡失稳问题,构建考虑永磁风机网侧换流器直流电压外环控制及锁相环控制的动态等值降阶传递函数框图模型,讨论了风机有功出力、控制参数的差异性对单机等值模型建立的影响,并基于劳斯–赫尔维茨判据分别分析了场内风机参数基本一致、参数相差较大时风电场的振荡稳定特性及参数取值稳定域,从机理角度解释了直驱风机直流电压控制外环参数、锁相环参数、风机输出功率及风电场外送线路电抗之间的相互制约关系。最后,通过一个包含60台PMSG的并网风电场算例验证该文理论推导的正确性,并基于参数稳定域讨论了直流电压时间尺度下风电场运行参数及风机控制参数对并网风电场振荡稳定性的影响。     

基于改进等效电路模型的直流微电网大信号稳定性分析

对高阶非线性直流微电网进行简化建模是大信号稳定性分析的有效方法。传统简化模型主要关注LC滤波器和线路阻抗等参数,难以分析换流器控制参数的影响,所建立的判据存在难以准确反映直流微电网稳定域的问题。因此,该文提出直流电压下垂控制换流器的具备完整状态变量集的改进等效电路模型,相比于传统简化模型,能更准确地刻画系统低频响应特性。基于混合势理论推导了直流微电网大信号稳定判据及其稳定域,并结合LaSalle不变集定理得到能量指标,以反映系统稳定性变化趋势。建立的稳定判据可指导控制参数优化,且能拓展到多端直流微电网的大信号稳定性分析。在多场景下仿真验证了所提改进等效电路模型和大信号稳定判据的有效性。     

VSC-MTDC系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

直流电压稳定是多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current transimisson,VSC-MTDC)系统稳定的前提。相比特征值法,采用阻抗稳定判据分析VSC-MTDC系统的直流稳定性问题具有建模过程简单和物理意义清晰等优势。建立了基于通用下垂控制的多端柔性直流输电系统的直流侧小信号阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了传输功率、下垂系数、线路长度、换流站直流电容对系统的稳定性的影响。根据稳定性分析,设计相应的仿真实验,验证了该分析方法的准确性。     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。     

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。     

配备储能装置的分布式光伏系统并网点电压调压策略研究

随着近年来光伏发电的飞速发展,光伏发电在电网中渗透率越来越高,在带来了清洁能源的同时也对电网造成了一定程度的影响。对分布式光伏系统接入配电网时接入前后并网点电压变化机理进行了研究,利用双向DC-DC变换器在光伏并网系统直流侧加装储能装置,在逆变器无功-有功调压方式的基础上提出含储能装置的并网点电压越限调整方案,通过仿真分析可以得出当光伏出力突变或配电网线路负荷变化的情况下,该方案能很好地抑制并网点电压的波动。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

基于特征值指标的光伏并网系统静态电压稳定性

随着可再生能源的持续发展,光伏电站呈规模化并网趋势,但光伏并网的无序化发展会诱发光伏并网系统静态电压失稳风险。基于此,本文首先利用光伏的等效导纳构建了光伏规模化并网系统的等效模型,将光伏并网对静态电压稳定性的影响量化为光伏等效导纳对导纳矩阵特征值的影响,得出导纳矩阵最小特征值减小会恶化光伏并网系统的静态电压稳定性的结论。随后,提出了基于特征值-有功灵敏度的光伏并网系统静态电压稳定性评估指标,并且考虑导纳矩阵与光伏并网系统网络拓扑间的强相关关系,进一步分析了网络拓扑对静态电压稳定性的影响,从交流和直流两个角度提出了能够提升静态电压稳定性的光伏并网方案,得出合理改变输电网络拓扑能够提升光伏并网系统静态电压稳定性的结论。最后,基于14节点系统算例验证了本文提出的特征值指标和光伏并网方案利于保障光伏规模化并网系统的静态电压稳定性,推动光伏有序并网。     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。