三相VSG系统的高性能非线性控制策略

为了提高电压跌落发生器在逆变侧模拟电网跌落故障时整流侧的响应速度,提出一种基于非线性控制的高性能控制策略。通过将引入的相对阶为2的能量函数与无功电流分量作为输出,在没有简化模型的基础上实现对三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器这一欠驱动系统的完全精确反馈线性化,避免了系统的零动态响应。在能量函数的基础上增加一个反馈调节控制,提高控制系统抵抗模型参数不确定性时的鲁棒性。此外,针对电压跌落发生器(voltage sag generator,VSG)的逆变侧,根据三相电压矢量关系图,设计一种简单实现平衡跌落与部分不平衡跌落故障的开环控制器。仿真对比及实验结果表明,所提控制策略能够提高VSG系统在电压跌落时的动态响应速度,保证直流母线电压的快速稳定调节,同时使网侧单位功率因数运行,具有显著的优越性。     

一种新的无源性电压跌落发生器设计与实现

为了提高电压跌落发生器前级变流器模拟电网跌落故障时的稳定性及抗扰动性,提出了由直流电压外环加后级变流器微分电流前馈与无源性控制相结合的前级PWM变流器控制策略。以系统能量平衡为设计准则,建立PWM变流器能量函数,根据VSG控制目标,设计变流器无源控制率,微分电流前馈提高前级PWM变流器抵抗模拟不同类型电压跌落时的抗扰动性能。实验结果表明,控制策略能够提高VSG系统在电压对称和不对称跌落时的动态响应速度和抗干扰能力。     

新能源发电低电压穿越的VSG实验平台研制

针对低电压穿越(LVRT)试验所需电压跌落发生器(VSG),提出一种基于LabVIEW上位机控制的变压器形式VSG设计方法。重点分析了所研制VSG实验平台的设计原理,通过LabVIEW设计上位机与本地VSG控制器进行通信控制,VSG控制器采用STM32F103作为主控芯片构建控制系统。VSG主体结构主要包括抽头变压器、继电器与限流电阻。研制的实验平台可实现上位机安全可靠操作VSG,能精确设置电压跌落持续时间,模拟不同跌落深度的电网故障电压,满足LVRT试验要求。实验结果表明所研制VSG实验平台的有效性与可靠性。     

LCC-MMC型混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

整流侧采用电网换相型换流器,逆变侧采用模块化多电平换流器的混合直流输电系统可以解决传统直流输电逆变侧换相失败问题。针对混合直流输电系统送端交流故障引起的直流功率传输中断问题,提出一种基于降低逆变侧桥臂电压交直流分量的故障穿越控制策略。在分析送端交流故障特性的基础上,设计了根据整流侧交流母线电压跌落程度确定逆变侧子模块减投个数的方法,依靠对逆变侧直流电压的降低值进行定量分析来维持送端交流故障后直流系统的功率传输能力。在计及换流器有功、无功约束的条件下,设计了整定逆变站直流调压限值的方法。采用同步调控换流器桥臂电压交直流分量的方法降低逆变侧直流电压,能够满足系统对调制比的要求,使逆变侧交流出口电压不发生畸变,且适用于送端交流母线电压跌落较大的情况。最后,通过对不同严重程度的送端交流故障进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。     

不对称电压跌落下虚拟同步机改进低电压穿越控制策略

虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator, VSG)是提高以新能源为主体的新型电力系统稳定性的有效途径。应用于逆变型新能源(Inverter-Interfaced Renewable Generation, IIRG)并网的虚拟同步机在不对称电压跌落情况下可能丧失VSG特性,并因低压穿越能力不足或电压电流越限而导致切机,危害电力系统安全稳定运行。对此,提出了一种新型VSG控制策略。该方法在不对称电压跌落情况下,既能持续提供系统惯性和阻尼,又能提供主动电压支撑,有效提高VSG低压穿越能力,并保证扰动下的系统稳定性。首先,分析了传统VSG在不平衡电压跌落情况下的响应特性。然后,提出了一种基于平衡电流的改进VSG控制结构,将传统VSG单电流环控制改为双电流环控制,维持VSG在电压跌落条件下的惯性阻尼特性,并实现对正负序分量的精准控制。接着,基于改进的双电流环控制拓扑,在逆变器安全运行条件下,对正负序参考电流整定方法进行优化,以实现VSG主动电压支撑和电流限幅。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提控制策略在多种系统运行条件下的响应特性及有效性。     

适用于风力发电的一种低成本VSG实现方法

新的电网导则要求风力发电系统具有一定的低压度过能力(LVRT),采用一种低成本的电压跌落发生器(VSG)方案,可以方便地模拟电网电压跌落.以单片机作为控制器,以晶闸管作为交流开关,以MOC3062作为晶闸管驱动器,构成变压器形式的单相VSG,省去了同步电路,因而结构和控制简单,可扩展性强,成本低,可靠性高,能够实现大功率等级.仿真和实验结果表明电压衔接良好,波形畸变小,可以满足风电测试的需求.     

风力发电用电压跌落发生器研究综述

为测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。鉴于此,对国内外现有风力发电用电压跌落发生器(VSG)的研究进行了详细的总结,论述了3种形式的VSG实现方法,阻抗形式VSG通过在主电路中并联或串联阻抗模拟电压跌落,变压器形式VSG以变压器组合或中心抽头变压器切换方式模拟电压跌落,电力电子变换形式VSG使用半导体功率器件模拟各种电压跌落类型,功能强大;并对各种方法的工作原理和实现方法进行了分析,对各自的优缺点进行了对比。变压器形式VSG具有结构简单、可靠性高和成本较低的优势,目前使用较多,电力电子变换形式的VSG因其体积小、便于携带和强大的功能,将会得到越来越多的应用。     

直驱风电系统变流器建模和跌落特性仿真

为增强直驱型变速恒频风电系统的低电压穿越能力,采取了变流器直流侧增加卸荷负载以在故障时消耗掉直流侧多余的能量,使风电机组的正常运行基本不受电压跌落影响的应对措施。通过对发电机侧变流器、电网侧变流器和直流侧卸荷负载工作原理的详细分析,变流器采用背靠背双PWM结构,实现了变流器的整体建模。基于Matlab7.3/simulink6.5构建了变流器的仿真模型,对电网电压跌落时系统的跌落特性进行了变流器模型及其分析正确性的仿真验证,结果表明,采用直流侧卸荷负载可有效提高直驱系统的故障穿越能力,具有较快的动态响应速度。     

基于滑模控制的双馈风电机组网侧变流器低电压穿越控制策略

电网电压跌落会引起双馈电机(doubly fed induction generators,DFIG)直流电容两侧功率的不平衡,造成直流电压的波动甚至过电压,严重影响DFIG的安全运行。本文根据DFIG网侧变换器(grid side converter, GSC)和直流侧电容的数学模型,提出了一种基于滑模变结构控制的GSC控制策略。该控制策略采用电压(功率)单环控制代替传统的双闭环级联控制,简化了控制器的设计,提高了系统的响应性能。根据电网故障时直流电容和GSC的功率流动特点,以抑制直流电压波动为目的,提出一种考虑GSC进线电抗器功率波动的改进控制策略。仿真结果表明,该控制策略不仅具有良好的动态响应性能,而且能够有效抑制直流电压波动,提高了电网故障时DFIG的不间断运行能力。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

一种新的电压凹陷检测及补偿控制策略研究

分析电压凹陷特点及低通滤波环节对电压凹陷检测的影响,提出一种新的电压凹陷补偿方法,该方法实现简单,可以很快地检测到电压凹陷发生的时间和幅值,通过仿真分析可以看到该方法检测快速准确.有利于工程中实现电压凹陷检测和补偿.     

火电机组辅机变频调速系统低电压穿越测试

为了准确分析火电机组变频调速系统的低电压穿越能力,避免火电机组一类辅机（如给煤机、给粉机、空气预热器等）变频调速系统发生短时（小于5 s）电压暂降或中断供电造成设备损坏、机组停机或机组输出功率大量下降,提出了2种利用电压暂降发生器对火电机组辅机变频调速系统进行低电压穿越测试的原理和方法,通过对比分析研究,为变频调速系统改造前的低电压穿越能力实测和改造后的验收试验提供了理论参考,实践结果证明了该方案的可行性和正确性。     

电容式电压互感器电压暂降测量误差分析及校正

电压暂降是影响现代电网最为突出的电能质量问题之一,在进行大范围高压系统电压暂降监测时,必须考虑到含储能元件的电容式电压互感器（capacitor voltage transformer,CVT）所造成的不利影响。根据CVT结构推导了其测量电压暂降的误差并指出了影响该误差的内外部因素,而后构建了仿真模型,详细研究了暂降初相角、残余电压、CVT参数及负荷对电压暂降持续时间、暂降幅值以及相位跳变等特征量的影响及敏感度,最后提出一种基于虚拟阻抗补偿的CVT电压暂降测量误差校正方法,消除了电压暂降不确定性造成的测量误差多样性问题,仿真结果表明该方法的有效性,为普遍采用CVT的高压系统电压暂降准确测量提供了可行的校正方案。     

供电电压凹陷域的分析

首先对电压凹陷和电压短时中断各特征量及可能的影响因素进行了分析。在此基础上,对临界距离法和故障点法这两种凹陷域的评估方法做了比较和扩充。以IEEERBTS-6可靠性测试系统为例,分别用这两种方法加以计算,并提出将两种方法相结合的思想。最后,讨论了凹陷域的影响因素。     

一种新型具有暂升和暂降补偿功能的宽范围动态电压校正器

研究了一种新型的宽范围动态电压校正变换器,详细地分析了其工作原理、关键参数设计和控制方案。该动态电压校正器通过对直流母线电压控制拓宽电网电压暂降的校正范围并实现对电网电压暂升的校正。通过采用三电平半桥逆变以及合理设计输出滤波器参数,保证了输出电压波形质量。通过合理的控制参数设计,输出电压具有较好的稳态精度和快速的动态响应。样机实验验证了该动态电压调节器方案的可行性和理论分析的正确性。     

动态电压恢复器试验方法研究

电压暂降是发生概率最高的电能质量问题,动态电压恢复器(DVR)是解决电压暂降最直接有效的方法之一。DVR装置拓扑、电压暂降检测方法和补偿策略等得到了广泛研究,而试验方法却鲜有提及。在此分析了DVR装置拓扑结构,指出针对配电系统DVR适用拓扑——无串联变压器三单相桥DVR,提出了一种DVR装置低成本的全工况模拟试验方法,通过仿真和试验测试,验证了此试验方法的有效性和实用性。     

电力系统中的电压瞬间跌落

电力市场的发展把电压瞬间跌落作为电能质量的重要指标提出更加严格的限制。给出了电压瞬间跌落的基本概念、描述特征及其统计计算的基本方法,分析了电压瞬间跌落的概率分布、对电力系统和电力用户的巨大危害,最后提出限制和减少电压瞬间跌落的措施。     

动态电压恢复器电压跌落检测

动态电压恢复器中常用d-q变换法实时检测电压跌落,但是它的检测精度和实时性易受到三相不平衡情况下负序分量和低通滤波器的影响。提出一种改进的检测方法,首先对三相电压进行微分运算,构造线性方程组实现电网电压中的正、负序分量分离,再对正序分量进行d-q变换,消除负序分量的干扰,最后使用高截止频率低通滤波器滤除其他频次干扰,减少系统延时。理论分析和仿真试验都验证了其可行性。     

用于光伏低电压穿越测试的电压跌落发生器设计与试验

针对光伏低电压穿越测试,提出一种能适应多种电网电压等级的电压跌落发生器通用设计方案。依据国家标准GB/T 19964—2012中规定的低电压穿越曲线要求,阐述了典型阻抗形式电压跌落发生器的工作原理;提出一种该电压跌落发生器中限流电抗器和接地电抗器的拓扑结构及电气参数设计方法;给出一个电压等级为10kV,且可以5%步长实现从0%至100%电网额定电压的全范围20种电压跌落深度的电压跌落发生器设计实例。最后,针对一台500kW光伏并网逆变器,进行了多种深度尤其是零电压穿越的单相和三相跌落试验,试验结果证明了该方案的有效性。     

动态电压恢复器控制策略的研究

介绍了动态电压恢复器的基本结构和工作原理。在此基础上,使用三相瞬时无功由检测算法和前馈控制加反馈控制的混合控制策略来控制动态电压恢复器,并进行了系统的仿真。仿真结果验证了检测算法和控制策略对动态电压恢复器补偿电压跌落具有良好补偿特性,达到了保护负荷,治理电压跌落的目的。