三相电力电子负载谐波分析与抑制

三相电力电子负载在系统不平衡或模拟不平衡负载、非线性负载的工况下,直流母线会包含丰富的谐波电压,这些谐波分量通过PWM调制过程和电压外环控制器会引入到并网指令电流中,导致馈网电流质量的下降。针对这一问题,根据瞬时功率理论,建立了三相电力电子负载功率平衡方程,推导出三相电力电子负载在不同工况下直流母线谐波电压的表达式,揭示了负载模拟变换器和并网变换器对直流母线电压的影响机理,并提出一种基于滞环控制的直流电压控制方案,以抑制直流母线谐波电压对并网输出电流的影响,改善馈网电流的质量。仿真和实验都验证了理论分析的准确性以及谐波抑制方法的有效性和可靠性。     

基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统分析

为了克服柔性中压直流配电网工频方案中变压器体积大、重量大、噪音大、控制不够灵活等问题,提出一种基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统。该系统中直流配电母线不仅包括中压直流母线,还包括低压直流母线;中低压直流母线之间通过直流变压器进行连接;低压直流母线用于接入各类分布式电源。该系统中高频链直流变压器的使用不仅实现了不同电压等级直流母线间的电压变换、能量管理,还可以有效提高系统功率密度。介绍了中压柔性直流配电系统架构,给出了高频链直流变压器以及其它典型换流器的设计和分析,并对直流配电系统的工作模式和控制器进行了设计。最后,搭建了仿真平台,验证了系统的有效性。     

直流微网中母线电压对直流负载影响

在直流微网中,由于没有无功功率的流动,电压成为反映系统功率平衡的唯一指标,当设备投入和从母线上切除时,直流母线电压会有波动和小范围的突变,母线电压的变化会对直流负载有很大的影响,为了使此时挂接在直流微网上的直流设备仍能正常工作,必须尽量消除直流母线电压的扰动对直流负载输出端的影响.采用能量守恒法建立DC/DC的小信号模型,用前馈加反馈的控制策略来消除直流母线电压波动对输出负载的影响.通过仿真对控制策略进行了模拟,并通过实验近似对理论进行了验证.实验结果表明控制方法可以近似消除母线电压对直流负载的影响.     

直流微电网周期波动对光伏系统输出功率的影响及其抑制

分析了单相交流逆变负载对直流母线电压的影响及波动电压的表达式。进一步分析了直流母线电压波动对直流微电网中光伏发电系统输出功率的影响并推导了光伏电池输出电压、电流及输出功率的表达式,进而揭示出了由于直流母线电压的波动影响造成光伏电池无法持续处于最大功率输出点,间接降低了光伏发电系统的发电效率。提出了基于直流母线电压波动前馈的光伏发电系统电流闭环控制策略,有效抑制了直流母线电压波动对光伏电池输出功率的影响。仿真和实验结果验证了理论分析结果与所提方法的正确性和可行性。     

基于功率前馈的直流母线电压控制方法研究

传统背靠背双PWM换流系统中,当电网电压或负载状态突变时,直流母线电压波动幅度较大,若控制不当,将严重威胁系统的安全可靠运行。根据瞬时有功功率平衡关系,提出了一种功率前馈的抑制直流母线电压波动控制方法。通过建立负载状态前馈通道,将负载瞬时有功功率直接前馈到网侧瞬时有功功率控制环节,有效抑制了直流母线电压的波动,提高了系统的动态性能。搭建了Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,对有、无功率前馈控制的直流母线电压波动情况进行了对比,结果表明,功率前馈控制策略可有效抑制直流母线电压波动。     

一种适用于多电压等级直流配电网的分散式双向电压支撑控制方法

新能源发电、储能系统、直流负载接入直流配电网,可减少DC/AC转换环节,简化控制,提高系统运行效率,故近些年来直流配电网受到了广泛关注.采用电力电子装置构建多电压等级直流配电网,具有更加灵活的拓扑结构、更加多变的运行形式及更高的供电可靠性,但同时给配电网的稳定高效运行带来了诸多挑战.针对多电压等级直流配电网中子网互联的双向DC/DC变换器,基于变换器两端口电压,提出了一种分散式归一化电压平方差控制方法,结合储能变换器的功率-电压平方下垂控制,实现不同电压等级母线电压控制归一化视角下相等,为各电压等级母线提供不间断的电压支撑,并可使系统在储能切入/切出、电压等级拓展、接入中压直流配电网等多种运行模式间灵活切换.对所提控制方法的可行性与稳定性进行了分析,并基于MATLAB/Simulink对其有效性进行了仿真验证.     

基于变下垂系数的直流配电网自适应虚拟惯性控制

直流配电网采用电压下垂控制具有较好的稳定性,但对高频随机功率波动的调节能力较差。文中研究了适用于直流配电网电压下垂控制的虚拟惯性控制方法,以兼顾调压器的快速性和稳定性,改善直流配电网电压质量。所述控制策略在功率波动瞬间通过调压器下垂特性曲线的摆动,快速释放或吸收能量,相当于在直流侧虚拟出比实际电容大得多的虚拟电容,提高了系统惯性,有效抑制了直流电压波动。同时,理论分析了在不同运行情况下该控制策略所能提供的具体的虚拟惯性裕度,在此范围内根据电压大小自适应地调节下垂系数,提供大小可变的惯性支持,从而使系统获得最佳动态响应。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了四端风储直流配电网系统并进行仿真验证,结果表明所述控制策略能够起到改善系统暂态响应、提高直流母线电压质量,以及平滑与交流主网交换功率的作用。     

考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流

在直流固态断路器的实际应用中发现,其通态压降将对低压直流配电网的系统潮流产生不可忽略的影响。因此,文中对考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流(OPF)问题进行研究,建立了只包含连续变量的直流固态断路器稳态模型,从而可以方便地使用现有方法对该问题进行求解。通过RT-Lab仿真实验和对不同电压等级直流配电网的潮流分析可知,对于低压直流配电网而言,直流固态断路器的通态压降不可忽略,否则将导致较大的电压、功率计算误差,严重时将影响系统运行安全。此外,基于RT-Lab仿真平台,分别在考虑和不考虑断路器通态压降的情况下,对低压直流配电网OPF指令的控制效果给予验证。仿真结果表明,在低压直流配电网OPF中,考虑直流固态断路器的通态压降是必要的,并且所得到的指令可较为可靠地控制系统状态使其维持在可行域范围内。     

辐射型直流配电网母线电压跌落峰值的定量计算方法

区别于交流配电网,直流配电网中电源具有低惯性特性,当配电网负载突变时,直流母线电压波动较大,母线电压质量面临巨大挑战。在解决直流配电网惯性低的问题上,可采用超级电容增加物理惯性或者采用虚拟电容（需要变流器配置冗余容量提供）增加虚拟惯性,配置的电容越大,供电质量越高,但成本也会越高。然而,目前关于电容对电压跌落幅度抑制作用的研究以定性分析为主,缺乏定量计算。为此,该文对辐射型直流配电网中直流母线电压在负载突增下的暂态响应进行分析,求得母线电压跌落峰值与联络变流器直流侧电容值之间的数学关系,为系统惯性参数设计提供理论支持。由于获得的数学关系式比较复杂,为方便工程应用,设计简化方法,得到近似的代数关系。最后,利用仿真和实验对电压跌落峰值计算方法进行了验证,仿真与实验结果验证该文所提计算方法的正确性。     

柔性直流配电网的N-1安全域

为完整刻画柔性直流配电网在满足N-1安全准则前提下的最大允许运行范围,提出了柔性直流配电网的N-1安全域模型与解析化求解方法.首先讨论了柔性直流配电网的典型接线模式与N-1事件前后的稳态特性;在此基础上建立了柔性直流配电网的N-1安全域模型,分析了其与交流配电网安全域模型的区别及其能适用于柔性直流配电网的原因;然后通过DistFlow支路潮流线性化并配合下垂节点的处理,实现了模型的解析化求解;最后通过算例验证了模型与求解方法的有效性.结果 表明:所提模型与求解方法可用于获得柔性直流配电网在主从控制、电压裕度控制、下垂控制下的安全域解析表达式;不同控制策略下安全域大小的规律是电压裕度控制下小于主从控制下,下垂控制下小于等于主从控制下.     

中低压直流配电网母线电压稳定控制

为了抑制直流配电网内间歇性电源输出功率以及负荷扰动对直流母线电压的冲击,设计一种基于降阶扩张状态观测器的线性自抗扰控制方法,实现直流母线电压的稳定控制.在不增加负荷电流传感器的情况下,实现直流电压控制单元对扰动的快速响应与跟踪,有效提高控制系统的抗扰动性和稳定性.在理论和仿真分析的基础上,将所提控制算法嵌入自主开发的A...     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。     

虚拟直流发电机励磁补偿控制策略

虚拟直流发电机(VDCG)功率协调控制策略将直流电机算法嵌入到DC/DC变换器控制回路中,使其模拟直流发电机运行特性,提升直流微网直流母线电压的动态稳定性。该控制通过功率分配环实现不同容量储能装置间的功率协调分配,但已有的VDCG功率协调控制策略均采用固定励磁磁通作为虚拟电机励磁系数,当再生能源输出功率发生波动或负载发生投切时,直流母线电压会产生稳态电压偏移。为消除母线电压偏移,在详细分析VDCG功率协调控制工作机理的基础上,提出虚拟直流发电机励磁补偿控制策略,通过实时补偿VDCG励磁,消除母线电压偏移,稳定直流母线电压。构建储能装置双机并联光储直流微网仿真及实验平台,分别在再生能源功率波动和负载投切情况下对传统固定励磁磁通功率协调VDCG控制及所提VDCG励磁补偿控制策略进行对比仿真及实验验证,证明所提控制策略的正确性。     

基于源-荷功率动态匹配的海上平台电力系统静态电压稳定分析

对海上平台电力系统进行静态电压稳定分析是保证其安全性、可靠性的前提.针对海上平台电力系统多平衡节点特征,基于透平发电机组和旋转负荷群的源-荷特性建立计及源-荷功率动态匹配特性的扩展连续潮流模型;针对海上平台电力系统的机组小容量特征和旋转负荷的生产要求,基于机组出力和节点电压的限值确立静态电压稳定分析边界约束;推导扩展连续潮流增广雅可比矩阵,提出基于牛顿-拉夫逊法的静态电压稳定分析方法.对某海上平台电力系统的静态电压稳定分析结果表明,与传统牛顿-拉夫逊法相比,所提方法不仅能找出随负荷增加的电压薄弱节点,且能给出各机组适应负荷增加的出力值.     

基于母线电压分层的直流微网系统协调控制

在直流微网系统中,各分布式单元通常以分散的方式接入直流母线,而分布式电源和负荷易受到外界环境影响,从而影响直流微网母线电压稳定性.因此设计一种基于母线电压分层的直流微网系统协调控制策略,构建以光伏发电为主的直流微网系统结构,将母线电压划分为5个层级,针对不同层级对应的运行模式,研究分布式单元运行方式及其控制策略,最后通...     

A simple approach to voltage stability assessment in radialnetworks

Analytical approach to voltage collapse proximity determination is proposed for radial networks. Under corresponding assumptions, a radial network with arbitrary bus loads is transformed into a two bus equivalent. The voltage phasors at the generator bus and at the last load bus of the radial network are transformed to form the voltage phasors of the two bus equivalent. The latter are further used for assessment of voltage collapse proximity. Exact stability limit relations for a two bus system derived from Jacobian matrix can be exploited. Moreover, an analytical expression is derived for calculation of active and reactive power reserve margins for a radial network equivalent. The proposed procedure has been tested for practical examples of radial networks with inductive and capacitive loads     

基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制

为了确保配网故障时直流微电网群的稳定运行,本文根据子微网的运行工况,将微网划分不同的运行模式,提出一种基于储能自适应下垂控制的协调控制策略来确保母线电压稳定。该策略通过微网中央控制器实时检测公共直流母线电压波动控制各子微网间并联或独立运行,从而来维持各子微网直流母线电压稳定。同时,采用自适应下垂控制协调并联运行的子微网中储能单元根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率。利用MATLAB/Simulink搭建直流微电网群仿真模型,仿真结果表明该策略可协调直流微电网群母线电压稳定并可自动分配不同储能单元之间的负荷功率。     

直流配电系统接口换流器虚拟同步发电机自适应惯性控制策略

直流配电网具有低惯性弱阻尼特征,负荷投切、分布式能源出力波动等扰动,会对直流母线电压造成严重影响.类比交流系统中的虚拟同步发电机控制,文章提出了基于电压-电流下垂控制的直流虚拟同步发电机自适应惯性控制策略;建立了直流虚拟同步发电机小信号模型,推导出直流母线电压与直流侧输出电流之间的传递函数;根据直流母线电压暂态振荡特征,设计了自适应虚拟惯性系数策略.仿真结果表明,所提控制方法能够改善系统暂态响应,提高直流配电系统的稳定性.     

交直流配电网交流侧非对称故障情况下直流侧电压波动特性分析与控制

直流配电网以其高效消纳直流电能的优势,成为未来分布式电源并网的重要方式。但是交流配电网发生非对称故障会引起与其互联的直流配电网电压波动,从而危害直流配电系统的正常运行。为此,首先,分析了交流配电网发生单相接地故障情况下有功功率和直流电压波动的特性,推导给出了滤波电感上瞬时有功功率的表达式,并指出了滤波电感上的瞬时有功功率是导致直流电压波动的重要原因。其次,提出了一种改进锁相环对正序电压的相位进行跟踪,所提方法仅对传统锁相环的补偿器进行重新设计,原理清晰,易于实现。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了典型的双端交直流配电系统仿真模型,验证了理论分析正确性及所提控制方法的有效性。