SVG机间谐波交互对子模块直流电压的影响分析与抑制方法

为确保风电区域网内动态无功合理分布和电压达标,大量静止无功发生器(static var generator,SVG)被接入风场和风场汇流站,但由于SVG机间交互作用导致的设备负交互问题也开始显现。针对此类问题,首先分析H桥级联型SVG双机拓扑结构,针对双机载波异步条件下产生的机间高次谐波电压差进行数学推导,研究高次谐波环流对SVG内H桥子模块电容直流电压动态稳定性的影响。通过对各H桥子模块电容吸收有功功率差异的推导分析,发现非特征谐波与H桥子模块直流电压失衡之间的内在联系,指出当谐波环流导致非特征次谐波越限时,将会引发各H桥模块直流电压不平衡,并且提出一种直流电压均衡控制策略来解决SVG直流电压失衡的问题,实现各H桥子模块直流电压稳定,最后通过仿真验证了理论分析和所提控制策略的正确性。     

基于谐振调节器的永磁同步电机电流谐波抑制方法EI北大核心CSCD

当永磁同步电机在转子磁场定向控制方法下运行时,由于电机齿槽以及逆变器死区效应等非理想因素的影响,d、q轴电流中会包含谐波。为了抑制电流谐波,该文采用在电流控制环上并联谐振调节器的方法对特定的谐波进行抑制。谐振调节器在给定的谐振频率下有无穷大的增益,因此可以对该频率的谐波进行完全抑制,但是当输入为阶跃信号时,电流响应会出现超调。为了消除超调,同时提高电流的动态响应速度,采用一种前馈控制方法,同时考虑数字控制延时的影响,达到了电流响应没有超调,快速跟踪的效果。为验证该文提出的方法,进行了仿真分析,并在1.25 kW永磁同步电机实验平台进行了实验,验证了该文方法对电流谐波抑制及动态响应速度的提升作用。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略EI北大核心CSCD

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制EI北大核心CSCD

为了抑制永磁同步电机电流谐波并提高系统鲁棒性,提出一种新型准谐振自抗扰控制(quasi-resonant active disturbance rejection control,QRADRC)方法。该方法改进传统扩张状态观测器(extended state observer,ESO)结构,在其扰动估计回路中增加并联准谐振环节,由此构建的新型准谐振扩张状态观测器(quasi-resonant extended state observer,QRESO)作用于线性自抗扰电流环。新型QRESO中的基本ESO用以估计直流扰动,引入的准谐振环节用以估计交流扰动,从而使新型QRADRC既可有效抑制电机参数摄动带来的直流扰动,又能够极大提高电流谐波交流扰动的抑制能力。该文对该型QRADRC的谐波抑制能力和抗干扰能力进行理论分析、仿真和实验验证。结果表明,与传统的比例积分(proportional integration,PI)、比例积分谐振(proportional integration resonance,PIR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)3种方法相比,新型QRADRC方法显著降低了相电流5、7次谐波和转矩电流6次谐波,并且具有面向时变电机参数更强的鲁棒性。     

LCC-HVDC换流站交流侧非特征次谐波产生机理与抑制方法研究

±800 kV特高压直流输电换流站通常采用双12脉动换流的方式,理想运行工况下交流侧只含有12k±1次特征次谐波,但是近年来通过对特高压换流站的电能质量测试发现实际运行中交流侧非特征次谐波含量也较为明显。文章以宜宾—金华特高压直流输电金华换流站为例,采用分段时域法分析了换流变阻抗不平衡、晶闸管触发角偏差等因素对非特征次谐波的影响,并提出了一种级联H桥拓扑结构的有源滤波器（active power filter,APF）用于非特征次谐波的抑制,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了±800 kV特高压直流输电和级联H桥APF的仿真模型,通过与传统无源滤波器滤波效果的对比,验证了级联H桥APF在抑制非特征次谐波上的有效性。     

脉冲直流环节三相逆变器零区效应与补偿EI北大核心CSCD

为解决恒定直流环节三相逆变器中电解电容寿命较短的问题,采用一种基于混合脉宽调制策略的脉冲直流环节三相逆变器拓扑结构,但电解电容的取消会对最终输出电压造成不利影响;通过构建输出电压在三角载波周期内的平均数学模型与偏差电压在调制波周期内的傅里叶解析数学模型,对不同前后级载波频率差异、零区宽度和调制度下输出电压谐波性能、直流电压利用率和直流偏置的变化规律进行深入探究,进而基于时域仿真对输出电压的时变波形进行零区效应量化分析,最终基于输出电压平均数学模型,提出一种调制波分段补偿策略,并通过仿真与样机试验,验证了理论分析的正确性与补偿策略的可行性。     

含滤波器的多换流站谐波阻抗模型与谐波交互影响研究

当多个换流站位于相邻交流电网时,换流站之间电气距离较小,一些特定的交流滤波器组合投切方式可能会引发换流站之间谐波电流的交互影响。基于谐波阻抗方法定义了换流站谐波电流影响系数,用于计算换流站之间谐波电流的交互影响程度。以银川东站与灵州站构成的多换流站系统为例,搭建含有交流滤波器的谐波阻抗模型,针对特征谐波,计算谐波电流影响系数,分析了交流滤波器组合投切对银川东站、灵州站谐波电流交互作用的影响。结果显示11、13次谐波电流的交互影响较小,23、25次谐波电流的交互影响较大,且特定滤波器的投切会造成各换流站交流母线谐波电流的明显变化。最后,建立PSCAD电磁暂态仿真模型,对上述分析结果进行了验证。     

LCC-HVDC换流站交流侧非特征次谐波产生机理与抑制方法研究

±800 kV 特高压直流输电换流站通常采用双 12 脉动换流的方式,理想运行工况下交流侧只含有 12k±1 次特征次谐波,但是近年来通过对特高压换流站的电能质量测试发现实际运行中交流侧非特征次谐波含量也较为明显。文章以宜宾—金华特高压直流输电金华换流站为例,采用分段时域法分析了换流变阻抗不平衡、晶闸管触发角偏差等因素...     

基于有效数据段选取的多谐波源责任划分方法EI北大核心CSCD

针对多谐波源谐波责任划分时存在的可获得测试样本有限的不足,提出一种基于选择有效数据段的多谐波源谐波责任划分方法,在有效数据段内,只有一个谐波源负荷变化而其他谐波源负荷基本保持稳定。采用改进的k-means聚类方法,对要计算谐波贡献的谐波源以外的各谐波源谐波电流进行阶梯式的聚类处理,最终划分成多个有效数据集合。然后利用偏最小二乘法估计各数据集合对应的谐波源谐波责任,并加权求和所有集合的谐波责任作为关注时间段总的谐波责任。该方法克服了传统数据选择法难以获得有效时间段的缺点。为验证方法的有效性,在IEEE 14节点标准配电网络上进行仿真分析,结果表明,所提方法能有效解决数据段选择问题,并且优于传统数据选择方法。     

基于动态采样压缩感知的超谐波监测方法EI北大核心CSCD

随着电力电子器件向着智能高频化发展以及分布式新能源的大规模并网,超谐波引发的电能质量问题日益凸显,然而,由于超谐波信号非平稳、宽频域等特性导致其监测难度相对较大。因此,该文提出一种基于动态采样压缩感知的超谐波监测方法。在采样端,设计动态压缩采样法,对超谐波信号施加柔性时窗,通过引入尺度伸缩因子实现对窗口宽度的反馈型柔性调制。同时,理论证明时窗内超谐波信号的稀疏性,从而突破Nyquist高频采样局限,实现超谐波信号低速动态压缩采样。在重构端,设计变步长稀疏度自估计子空间追踪–动态基追踪(variable step sparsity estimation subspace pursuit-dynamic basis pursuit,VSSESP-DBP)动态重构算法。以变步长稀疏度自估计子空间追踪(variable step sparsity estimation subspace pursuit-dynamic basis pursuit,VSSESP)算法求得初始解,在初始解的基础上,提出动态基追踪(dynamic basis pursuit,DBP)算法,利用信号支撑集的时间相关性,将上一时刻解作为先验信息提升重构信号求解速度,克服了传统算法连续重构时计算复杂度高、实时性差的弊端。最后,采用风电并网模型对超谐波信号实验,测试结果表明,所提方法可实现超谐波的动态监测和精确重构,并且具有信号低采样数据量,重构准确度高和快速性优势。     

非理想电网电压下基于谐波功率注入方法的三相并网型变换器的控制EI北大核心CSCD

在诸如不对称、含有谐波等非理想状况的电网电压下,常规的三相并网型变换器的控制策略将很难取得满意的效果。针对这一问题,基于"电流正弦化且平均单位功率因数为零"及非理想电网电压下的功率流的唯一对应关系,推导出了针对3种控制目标的功率流方程。通过谐波功率注入的方法,可实现3种控制目标的变换器控制。为了提高系统的抵抗模型和参数不确定扰动,设计了线性自抗扰控制器。实验表明所提方法具有结构简单、低谐波等优点。     

主从控制微电网孤岛切换暂态振荡分析与抑制EI北大核心CSCD

针对微电网孤岛切换暂态稳定性问题,提出暂态振荡因素分析方法及其抑制策略。通过分解孤岛切换暂态过程,分析诱发主逆变器不稳定性的因素,构建了由系统级控制层与逆变器控制层组成的双层控制系统。最后,根据主动与被动孤岛切换的特点,分别提出了相应的孤岛切换策略,提升切换过程中暂态稳定性及其恢复速度,实现抑制孤岛切换暂态振荡的目的。仿真结果表明,即使微电网中主逆变器容量比例较低,所提控制策略仍可较好地实现孤岛平滑切换,提高了微电网供电的稳定性与可靠性。     

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。     

张北柔性直流电网盈余功率问题的耗能方法EI北大核心CSCD

张北柔性直流电网工程是世界首个直流电网工程。新能源电场孤岛方式接入直流电网时,由于直流电网故障后电压、电流发展速度和通过交流安控装置切除新能源机组时间匹配困难,特别是在新能源孤岛满功率接入条件下,任何扰动都可能引起直流电网的盈余功率,进而引发直流电网的大面积瘫痪。针对新能源电场孤岛方式接入直流电网的2类盈余功率问题,归纳了6种备选耗能方法。以直流可控耗能电阻、交流耗能避雷器、交流可控耗能电阻为例,对耗能方法展开理论分析,通过张北柔性直流电网工程的电磁暂态仿真验证了理论分析的正确性。结果表明,交流可控耗能电阻方法可较好地解决第1类和第2类盈余功率问题,是张北柔性直流电网工程盈余功率问题较优的解决方案。     

双种群PSO结合MSWF-ESPRIT的间谐波参数分析北大核心CSCD

针对间谐波不易检测的特点,该文提出了一种新的间谐波参数分析方法。首先利用多维纳滤波器的旋转不变技术估计信号参数方法MSWF-ESPRIT(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques based of multiple stage wiener filter)对间谐波信号进行频率估计,然后再利用粒子群算法PSO(particle swarm optimization)结合自适应最小均方LMS(least mean square)算法以两种群协同进化的方式对间谐波信号的幅值与相角进行估计。双种群自适应PSO算法的提出提高了算法的收敛速度与粒子位置向量的准确度,减小了陷入局部极值的概率。仿真结果表明,MSWF-ESPRIT算法在较高信噪比下谱估计结果优于总体最小二乘旋转不变子空间。     

不平衡及谐波电网下基于多模块复数滤波器的电网阻抗检测方法

为保证电网不平衡及电网背景谐波情况下快速获取准确的电网阻抗信息,提出了一种基于多模块复数滤波器MCCF(multiple complex coefficient filters)和非特征次谐波注入的电网阻抗检测方法。所提电网阻抗检测方法使用MCCF实现对公共耦合点电压非特征次谐波分量和电流非特征次谐波分量的准确提取,从而计算得出电网阻抗的阻性分量和感性分量。研究了在电网不平衡及电网背景谐波情况下MCCF提取非特征次谐波的基本原理及设计方法,并从提取精度和动态性能等方面对MCCF的参数进行了优化设计,最后仿真验证了所提电网阻抗检测方法的可行性和有效性。     

一种适用于GaN基电机驱动器的新型死区自适应控制方法EI北大核心CSCD

设置死区时间是为了防止桥臂电路上下管直通问题,保证电机驱动器的可靠性。氮化镓(gallium nitride,GaN)基电机驱动器对死区设置较为敏感,死区时间过长会导致GaN器件反向导通损耗过高及电机驱动器输出波形畸变,过短则会造成输出电容损耗及高电流尖峰。该文对第一及第二死区时间的影响进行分类讨论,分析得出两种死区时间的优化原则,并基于此提出一种新型死区自适应控制方法。这种方法无需添加额外硬件电路,可以在消除输出电容损耗及电流尖峰的同时减小反向导通损耗,提高效率,并有效降低电机驱动器负载电流的总谐波失真,提高电机运行稳定性。仿真和实验验证新型死区自适应控制方法的有效性,且其在重载及高开关频率状态下较传统死区设置方法具有明显优势。     

柔性直流输电系统高频振荡建模分析与抑制策略综述EI北大核心CSCD

柔性直流输电技术凭借其自身的经济性优势在可再生能源大规模外送和跨区输电等方面得到了广泛应用。近年来,在国内外基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中发生了多起高频振荡事件,严重威胁电力系统的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。为深入研究并解决该新型电力系统高频振荡问题,该文首先归纳了国内外实际发生的部分典型高频振荡事件及其危害。在此基础上,从振荡稳定分析、阻抗建模和抑制策略等三方面入手,总结柔性直流输电系统高频振荡的研究现状。最后,针对柔性直流输电系统的高频振荡问题,给出当前研究面临的困难与挑战,并对未来研究方向进行了展望。     

基于交互能源机制的产消者群分布式调度方法研究EI北大核心CSCD

随着分布式发电、分布式储能相关技术的发展与用户用电设备可控性的提高,愈来愈多的传统电力能源消费者开始向具有源荷二重性的"产消者"过渡。针对大规模产消者群集中式调度模式下的模型求解困难与用户隐私问题,采用兼顾控制手段与经济手段的交互能源机制对区域内大规模产消者群进行优化调度,构建了考虑多种产用能单元的大规模产消者群分布式优化调度模型,并基于快速对偶近端梯度法,提出了良好契合分布式调度架构的模型求解流程,分布式迭代的过程中仅需交互能源平台与各产消者进行一对多的引导信号与功率方案的交互,有效保护了用户行为隐私,最后通过大量仿真算例验证了所提方法的快速高精度收敛能力。     

基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化研究EI北大核心CSCD

针对实际特高压换流变压器匝间短路故障时的二次谐波制动判据持续闭锁导致差动保护动作速度较慢的问题,该文详细分析特高压换流变匝间短路故障时的保护动作行为,通过理论分析换流变压器三相的相序差动电流变化量,发现匝间短路故障时具有故障相的相序差动电流变化量幅值为非故障相的两倍且相位差为180°的特定关系,在此基础上,提出相序差动电流开放判据。此外,为防止特殊涌流工况时开放判据误闭锁,增设基于涌流间断偏移特征的识别开放判据,并进一步构造整套基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化方案。通过现场录波及实时数字仿真(real time digital simulation system,RTDS)仿真验证,提出的保护方法在匝间短路故障且二次谐波制动判据误闭锁时具有高快速性,对于暴露问题的实际故障,保护动作时间由56ms缩短为20ms。同时,保护在各类涌流工况时可靠不误动。该保护算法具有计算量小,对数据采样率要求不高的特点。