基于MMC的柔性直流输电电容电压波动抑制方法

经过分析模块化多电平换流器上下桥臂电流成分以及子模块电容电压波动特性,计算桥臂子模块电容2倍频电流,提出了一种抑制柔性直流输电电容电压波动的方法。该方法通过向桥臂中注入2倍频电流来抑制电容电压波动。设计了2倍频谐波注入控制器,通过控制桥臂中2倍频环流的大小来达到最优化减小子模块电容电压波动。通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零和注入二次谐波情况下的电容电压波动大小,并对电容电压波动进行了谐波分析,验证了所提出方法的正确有效性。     

基于连续模型的MMC环流谐振分析

模块化多电平变换器(MMC)未来在中高压能源转换领域潜力巨大。桥臂环流的存在是MMC区别于其它多电平变换器的重要特点,子模块电容和桥臂电感参数设计不合理会导致变换器发生环流谐振。首先,依据MMC连续模型,由桥臂电流和正弦调制的相互作用推导出子模块电容电压的解析表达式,子模块电容电压存在不同频率的交流波动分量进而导致桥臂电流中出现不同频率的交流环流;然后,通过分析不同环流谐振频率之间的关系得到避免2倍频环流谐振的元件参数设计依据。最后,利用Matlab/Simulink搭建MMC时域仿真模型验证了理论分析的正确性。     

模块化多电平换流器功率模块电容对换流器调制度的影响

目前,国内外对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的运行特性的研究主要集中在换流器环流产生机理及其抑制、换流器输出电压及电流谐波特性等方面的分析,未对换流器功率模块电容对换流器调制度的影响进行过多研究。文中从换流器的基本原理出发,详细分析了功率模块电容对换流器调制度的影响,分析表明换流器桥臂中的n次谐波电流会在功率模块电容上产生n-1、n、n+1次电流谐波,进而在功率模块电容上产生n-1、n、n+1次电压波动,并通过开关函数的耦合作用使换流器的输出电压中包含n-2、n-1、n、n+1、n+2次电压谐波,换流器桥臂中的直流电流分量、基波电流分量及2次环流均会通过功率模块电容的影响在换流器的输出电压中产生基波电压分量。在PSCAD/EMTDC中搭建了云南异步联网鲁西柔性直流单元仿真模型,通过对该模型进行仿真研究,验证了文中推导及分析的正确性。     

桥臂交替导通多电平换流器电容电压平衡控制

重点研究了桥臂交替导通多电平换流器(AAMC)的电容电压平衡控制.首先阐述了AAMC的运行特性和工作原理;其次基于子模块充放电的基本原则,提出了适用于AAMC的改进最近电平调制策略,根据桥臂电流方向和子模块电容排序结果确定子模块的投切状态;并通过引入最大电压波动系数优化选择子模块投切时机,降低了开关频率并减少了损耗.在PSCAD/EMTDC中搭建了每桥臂10个子模块的模型,时域仿真结果表明,所提出的平衡控制策略能够满足电容电压均衡.     

模块化多电平换流器交流侧快速自励充电策略

为把模块化多电平换流器的数百乃至上千个子模块电容充电至额定电压,提出一种快速的、利用交流电源自身充电的自励充电方法。即根据桥臂电流幅值大小确定切除子模块的时间和数目,减少切除子模块的次数,避免桥臂电流较小、子模块电压上升缓慢的问题。剩余子模块继续充电,不断反复至某个子模块电压上升到额定电压,切除该子模块,并投入余下的电压最高的子模块充电。同时结合一种控制桥臂电流的方法投入或切除子模块,使桥臂电流幅值满足要求,直至让每个模块都充电至额定电压。工程验证结果表明,上述方法能够快速、安全地把换流器的每个子模块充电至其额定电压,利用桥臂电流幅值作为控制标准是有效和实用的。     

基于模态划分的分布式储能型MMC时域解析模型

分布式储能型模块化多电平换流器系统电气量谐波含量高、波动大,影响储能电池使用寿命,甚至危害系统安全稳定运行。为直观反映系统运行规律、分析影响电容电压和电池电流波动因素,建立了一种基于模态划分的分布式储能型模块化多电平换流器时域解析模型。将开关函数、平均值法和元件伏安特性相结合,耦合子模块不同工作状态和模式,列写并推导时域解析表达式。通过分析显函数的时域解析表达式,反映子模块内部电气量的波动特征和影响因素。最后,理论计算和PSCAD/EMTDC中的仿真结果对比表明,所提出的基于模态划分的分布式储能型模块化多电平换流器时域解析模型具有较高的计算精度。此外还验证了电容电压和电池电流波动大小与电容容值、储能电感值、环流幅值相位角、电池充放电功率、调制比等参数的关系。     

不平衡网压下MMC子模块电压波动抑制策略

针对不平衡网压下模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压波动问题,提出一种注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制策略。首先通过注入共模电压使系统工作在较高调制比状态,然后根据半桥子模块MMC的数学模型推导出注入共模电压后的桥臂功率解析式,从而减小桥臂功率波动,实现注入共模电压与环流的MMC子模块电压波动抑制。最后通过搭建的17电平MMC实验平台对所提策略进行有效验证,实验结果显示该策略可有效减少子模块电容电压波动幅值。     

特定次谐波注入抑制模块化多电平换流器电容电压波动

模块化多电平换流器（MMC）电容电压波动抑制有助于降低电容器体积/重量,降低换流阀设备投入成本。推导了换流阀子模块电容电压波动分量及影响因素,分析了二倍频环流注入、三次谐波注入对子模块电容电压波动及换流阀的影响,提出的特定次谐波注入方法,可显著降低换流阀子模块电容电压波动,且桥臂电流峰值和有效值控制在允许范围内。以张北柔直工程参数为例,通过PSCAD仿真比较了环流抑制为零、二倍频环流注入、特定次谐波注入情况下的电容电压波动、桥臂电流有效值和桥臂电流峰值,验证了所提方法的正确性和有效性。     

模块化多电平换流器主回路参数设计

模块化多电平换流器(MMC)将在电力系统中得到越来越广泛的应用,其主回路参数的设计直接影响系统的投资和运行性能。因此研究了MMC主回路中几种重要元件的参数设计问题,包括连接变压器、桥臂电抗器、子模块电容器、IGBT模块等。基于MMC的基本等值电路,提出了连接变压器阀侧空载额定电压的确定方法,论证了阀侧空载额定线电压的取值范围为直流侧电压的(1.00~1.05)/2倍;引入等容量放电时间常数的概念,发现电容电压波动率与等容量放电时间常数之间的关系基本不随具体工程而变,即具有跨工程的普遍适用性,因而可以一般性地给出子模块的电容参数,还分析了以往工程的对应参数,给出了等容量放电时间常数为40 ms的推荐值;基于MMC的解析数学模型考察了4种极端工况下子模块功率器件所承受的电压和电流水平,发现子模块功率器件的负载水平会随运行工况的改变而发生巨大变化;引入二倍频环流谐振角频率和相单元串联谐振角频率的概念,提出了桥臂电抗器参数的取值原则,并分析了以往工程的对应参数,给出了桥臂电抗器参数普遍适用的推荐值为相单元串联谐振角频率取电网工频角频率。     

基于MMC的海上风电场柔性直流输电变流器仿真

针对海上风电场柔性直流输电变流器所采用的拓扑结构及控制方式进行了详细研究,主电路采用一种新型模块化级联多电平变流器结构,建立该结构的等效数学模型;根据变流器各相桥臂子模块电容电压对其进行排序,再结合桥臂电流方向及排序结果确定各模块状态,从而保证同一桥臂内各模块电容电压瞬时值相等;控制系统采用双闭环矢量控制方式,两端变流...     

可控串补装置的动态建模及数字仿真研究

可控串补（TCSC）动态建模是暂态特性分析和控制策略研究的基础。该文用逻辑开关函数法建立了能系统描述TCSC变拓扑电路暂态全过程的解析数学模型，分析了电容电压暂态特征分量的作用及特点，并通过数字仿真研究了不同同步信号下TCSC的暂态响应过程，揭示了电容电压同步下产生超调振荡主要是由ω0分量的暂态过程引起的，并提出以电容电压基波分量作同步信号。仿真结果表明，TCSC的容性调节过程快速且无超调。     

基于电容电压同步下TCSC暂态特性的数学描述

当选择电容电压作为同步信号时 ,可控串被 (TCSC)的暂态过程会出现明显的超调和振荡 ,对于这一现象 ,前人还从未给出相应的机理解释。该文以晶闸管导通角为建模对象 ,采用拓扑建模法建立了能描述电容电压同步下TCSC暂态特性变化规律的二阶差分数学模型。借助该模型可分析影响暂态过程的相关因素 ,进而从本质上揭示了电容电压同步下TCSC的暂态机理。数字仿真结果验证了所建模型的正确性。     

模块化多电平变流器HVDC输电系统控制策略

建立模块化多电平变流器（modular multilevel converters,MMCl的电磁暂态数学模型以及采用MMC为变流器的高压直流输电系统（high voltage direct current,HVDC）直流侧电压的动态数学模型。在此基础上,分析HVDC系统的直流侧电压动态特性,给出HVDC控制器参数协调设计原则和算法。最后,基于PscAD／EMTDc的数字仿真结果证明了所提出的HVDC控制系统参数协调设计原则和算法的正确性。     

电压源换流器高压直流输电系统的精确线性化变结构控制器设计

建立电压源换流器高压直流输电系统在同步旋转dq坐标系下的暂态非线性数学模型。为实现对这个非线性系统的控制器的直接设计,采用状态反馈精确线性化的方法,将非线性的数学模型转化成线性的形式。然后,运用变结构的控制方法,设计整流侧和逆变侧的控制器,从而实现直流侧电压恒定和有功、无功功率的独立解耦控制。最后,建立Matlab的仿真模型进行仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的暂态控制性能和较强的鲁棒性。     

电容分压型电子电压互感器的特性研究

分析和建立电容分压型电子电压互感器(EVT)的传递函数模型,重点分析了EVT的频率特性和滞留电荷的暂态特性,建立了滞留电荷暂态数学模型,对影响频率特性和暂态特性的参数进行了数学分析。仿真分析表明EVT的频率特性和暂态响应过程与高、低压电容和积分器参数有关。可知:减小积分电容或减小积分反馈电阻时可减小频带宽度;减小采样电阻或高压臂电容可增加频带宽度;减小低压电容或采样电阻可缩短滞留电荷造成的暂态过程,减小暂态误差。     

考虑暂态电压安全的STATCOM安装地点选择和容量优化

建立考虑多故障暂态电压安全的静止同步补偿器(STATCOM)安装地点和容量优化的数学模型。通过特定故障后系统母线电压恢复到0.75 pu以上的时间确定敏感母线,综合考虑敏感母线和系统区域平衡确定STATCOM的安装地点。STATCOM容量优化模型以多台STATCOM容量之和最小为目标,以故障切除后1 s母线电压恢复值不低于0.75 pu作为系统暂态电压安全约束,通过计算节点电压分别对于各台STATCOM容量的轨迹灵敏度,将暂态电压安全约束转化为关于STATCOM容量的线性不等式约束,进而采用线性规划方法可解出满足多个故障下系统暂态电压安全要求的STATCOM容量。最后,通过IEEE9节点和39节点系统的仿真计算验证了所提出STATCOM安装地点和容量优化方法的正确性。     

六相永磁直线同步电机电磁特性分析及数学模型建立

为深入研究新型永磁直线同步电机(PMLSM)的性能,实现电机结构设计与控制优化,对其电磁特性及数学模型的建立展开了研究。针对暂态时间、饱和特性及不对称性等电磁特性进行分析,然后建立了abc坐标系和dq0坐标系下电机数学模型,由此阐述电机电磁耦合关系,继而建立了等效电路,并对瞬态工作特性进行计算。最后,通过电压测试值和瞬态推力有限元值与解析计算值进行对比,其结果吻合度较高,验证了数学模型的正确性。     

用拓扑能量函数法评估多机系统的暂态稳定域

本文论述了基于网络结构保持的拓扑能量函数法评估多机系统暂态稳定域的数学模型与算法。主要论点是发电机用E_q′模型代替经典的E′模型,它对于首次摇摆稳定分析更为实用。同时在系统模型中计入了负载的电压特性,并有效地判定系统的暂态能量,运用位能边界曲面方法决定稳定域。用16机51结点简化的华东系统对上述方法的有效性进行了研究,仿真结果验证了所提论点的正确性。     

光学电子式电压互感器暂态特性及其测试技术研究

光学电子式电压互感器的暂态特性需要深入研究以保证继电保护等自动化设备的正确运行,并促进新的保护原理的应用。在理论分析光学电压互感器数学传感模型的基础上建立了一套暂态仿真系统,探究了在一次侧不同相角下的短路和带滞留电荷重合闸暂态过程中,影响光学电压互感器暂态特性的相关因素及影响度。建立了一套光学电压互感器暂态特性测试系统,研制了测试系统硬件平台和功能软件,对实际的光学电压互感器产品进行了暂态测试,为光学电压互感器的工程应用提供了一套实用的检测手段。     

配电系统综合自动化的研究与设计

针对目前我国的配电网绝大多数为树状结构的架空线可靠性差、送电距离过长、损耗严重、电压质量差的问题,提出了断路器优化定位的数学模型,并应用遗传算法解决非线性优化问题,构造了遗传算法所需要的适应度函数。对基于CAN总线通信方式的配电自动化进行了系统研究,设计了配电自动化系统的整体方案,包括系统设计、功能设计、软件设计和硬件配置等。