方向元件在光伏电站送出线路中的适应性分析

由于电力电子器件的脆弱性和并网逆变器的可控性,光伏电站改变了送出线路的故障电流特征,导致基于常规同步机电源故障特征设计的各类方向元件存在适应性问题。考虑到不同控制目标和故障类型,推导了送出线路光伏电站侧故障电流相量表达式。基于此,给出了不同控制目标下正、负序突变量阻抗角表达式和相量故障分量的相位关系。进而深入分析了有功、无功参考值、控制目标、电压不平衡度等因素对序故障分量方向元件和相量故障分量方向元件动作性能的影响。在PSCAD/EMTDC中搭建光伏电站仿真平台,测试并验证各类因素对方向元件的影响以及传统方向元件适应性问题。     

含模型不确定性的上三角非线性系统的全局镇定

本文针对一类具有模型不确定性的上三角非线性系统,利用嵌套饱和函数方法研究其全局镇定问题.首先,对系统中存在的未知幂指数、未知控制参数和不确定性非线性函数施加适当假设,并基于Lyapunov稳定性定理利用已知的参数设计局部镇定控制器.然后,将设计的控制器与饱和函数结合得到饱和控制器.通过适当选取饱和度,可以证明只要不确定参数在限定的范围内,该控制器都能够使得闭环系统全局渐近稳定.最后,选取不同的系统幂指数搭建数值仿真算例.在相同的控制器作用下,系统状态和控制轨迹渐近收敛至原点,从而验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.     

有源电力滤波器改进无差拍-重复控制策略

首先推导了三相有源电力滤波器(APF)的连续时间数学模型和离散数学模型,介绍了APF的整体控制结构。对传统无差拍控制进行深入分析,发现考虑AD采样和DSP数字计算延时后,传统无差拍控制并不能真正实现控制上的无差拍,控制精度不高。为此,提出一种改进无差拍控制,两个闭环极点均位于原点,理论上可以实现真正的无差拍控制。为了提高改进无差拍控制的抗扰动性能和对电感参数变化的鲁棒性,提出一种改进无差拍-重复控制策略。该策略能有效消除AD采样误差、死区时间、电感参数偏移对控制性能的影响,具有良好的谐波补偿效果。实验结果验证了该策略的正确性和有效性。     

增强序分量选相元件适应性的光伏并网逆变器序阻抗角重构方案

光伏电源的拓扑结构和控制方法与同步发电机有着显著差异,故其故障特性相较同步发电机产生了实质性的改变,恶化了传统序分量选相元件的动作性能。推导了将抑制负序电流作为控制目标时光伏电源的序阻抗表达式,详细分析了序分量选相元件受光伏电源影响的机理。提出了一种新型光伏电源控制方案,通过重构光伏并网逆变器的序阻抗角来模拟同步发电机的故障特性,从而辅助序分量选相元件正确判断故障类别。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了所提控制方案的有效性和可靠性。     

基于电源电流和负载电流检测的前馈加反馈的三相四线制APF控制策略

三相四线制有源电力滤波器(APF)可以补偿非线性负载产生的各次谐波、三相不平衡电流、零序电流及无功电流。提出一种新型谐波电流检测法,可以检测三相四线制系统各次谐波的正、负、零序分量及无功分量。提出一种同时检测负载电流和电源电流的前馈加反馈控制策略,检测负载电流进行前馈控制,检测电源电流进行反馈控制,既保证了谐波补偿效果又具有良好的动态性能,可以用于快速变化的非线性负载的谐波补偿。由于各次谐波分量在其相应的同步旋转坐标系下为直流量,反馈控制采用多个同步旋转坐标系下的积分控制,可以实现几乎100%补偿各次谐波分量。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于补偿系数的有源配电网自适应电流差动保护

分布式电源的大规模接入使传统辐射型配电网的拓扑结构和故障特性发生了实质性的改变,给有源配电网的继电保护带来了严峻的挑战。为此研究了不同类型分布式电源的故障电流特征,深入分析了常规电流差动保护在幅相平面上的动作特性,归纳出几种常见的故障情形,并以此为基础提出了一种新型电流差动保护。该方案采用改造后的sigmoid函数构建补偿系数,可以根据两侧电流的幅值比决定补偿的程度,从而自适应的调整测量电流的幅值和相位。与常规差动保护相比,该方案能够适应有源配电网不同场景下的保护需求且具有更高的灵敏度。PSCAD/EMTDC平台的仿真实验验证了该保护方案的有效性和可靠性。     

电动汽车充电站谐波治理方案

电动汽车充电设备运行过程会产生谐波电流,引起电网的电能质量问题。传统的无源滤波器滤波性能受系统阻抗影响,且可能存在无源滤波器与系统阻抗并联谐振的问题,对此采用有源电力滤波器(APF)对电动汽车充电站的谐波进行治理。传统PI控制器无法实现交流信号的无静差控制,故采用无差拍控制策略实现指令电流的精确跟踪。针对无差拍控制延后一拍引起的稳定性问题,引入增益系数以保证控制系统的稳定性。为实现谐波的精确补偿,对指令电流进行了预测。实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC模型预测控制

推导了向无源网络供电的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统整流侧和逆变侧的离散数学模型。针对传统的基于PI调节器的双闭环控制策略存在控制结构复杂、PI参数较多且整定困难和难以实现多目标优化控制等缺点,根据系统离散数学模型,提出基于模型预测控制的VSCHVDC系统整流侧直接功率控制和逆变侧直接交流电压控制策略。详细描述了所提控制策略的实现过程,提出权重系数的选取方法,并结合仿真实例进行详细说明及验证,克服了权重系数选择的主观性和盲目性。在PSCAD/EMTDC中搭建了向无源网络供电的VSC-HVDC系统,对整流侧无功指令突增、直流电压指令突增以及逆变侧空载、带线性负载、带非线性负载、负载突变、交流电压抬升、模型参数出现偏差和逆变侧交流故障等情况进行了仿真研究。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的稳态性能和动态性能,且模型参数鲁棒性较好,能在各种情况下向无源网络提供高品质电能。     

模型预测控制在MMC-HVDC中的应用

针对不对称交流电网下模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传统不平衡控制策略存在的诸多缺点,提出两种改进的不平衡控制方法:电流环模型预测控制方法和模型预测直接功率控制方法。两种方法分别实现了对MMC交流侧电流的控制和对MMC交流侧有功和无功功率的直接控制。详细描述了两种控制方法的控制原理及设计过程,与传统的双矢量控制策略从控制结构复杂度、稳态性能和动态性能等方面进行了对比分析。将模型预测直接功率控制与功率补偿策略相结合,以分别实现不对称电网下抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动3种控制目标。在PSCAD/EMTDC中搭建了5电平MMC-HVDC模型,验证了该文所提两种控制方法的正确性和有效性。     

向无源网络供电的MMC-HVDC逆变站高性能控制策略

向无源网络供电的逆变站通常采用电压外环、电流内环的控制方法,存在控制结构复杂、4个比例—积分调节器参数调整困难、负载扰动下动态响应较慢、向非线性负载及不对称负载供电时电压质量较差等缺点。为此,首先建立了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统逆变侧静止坐标系下的暂态数学模型,并推导其离散数学模型,进而据此设计了逆变站模型预测直接电压控制(MPDVC)策略。为减少MPDVC的计算量,将无差拍控制和模型预测控制相结合提出无差拍MPDVC,并定性分析了两种控制策略的等价关系。在PSCAD/EMTDC中搭建21电平MMC-HVDC仿真模型,在各种工况下对无差拍MPDVC进行了仿真验证,并与电压外环、电流内环的控制方法进行仿真对比。仿真结果表明,无差拍MPDVC在各种工况下均能向无源网络提供较高电压质量的电能,具有良好的稳态性能和动态性能,控制性能明显优于电压外环、电流内环的控制方法。