基于D分割法的LCC-HVDC系统控制器参数整定方法

高压直流输电系统的控制器参数对系统稳定性及动态响应性能具有重要影响。提出了一种基于D分割法的基于电网换相换流器的高压直流输电（LCC-HVDC）系统控制器参数整定方法。首先,基于某实际工程的运行参数建立了单极全压运行方式下的LCC-HVDC系统等值小干扰动态模型;然后,基于该模型的拉普拉斯变换获得系统定电流控制及定电压控制回路的传递函数;继而,采用D分割法分别对定电流控制器及定电压控制器的比例-积分参数进行整定,获得了同时满足增益裕度、相位裕度及带宽限制要求的控制器参数整定域,并将不同功率传输水平下的参数整定域进行叠加,获得了多工况通用控制器参数域。仿真结果验证了小干扰动态模型的准确性及所提控制器参数整定方法的有效性。     

综合时域和频域性能要求的高压直流控制参数整定方法

针对目前采用电网换相换流器的高压直流输电工程的比例-积分（proportional integral,PI）控制器参数整定方法中,均使用缺少理论依据的试凑法的局限性,提出了一种高压直流输电系统PI控制器参数整定方法。通过建立高压直流输电系统的线性化状态空间模型,进而得出含有PI控制器参数变量的系统线性化传递函数表达式;接着,利用所求表达式分别求出PI控制器参数对系统时域性能和频域性能的影响结果,得出仅考虑系统时域性能指标或频域性能指标的控制参数整定范围;然后,利用这两个结果得出系统“时域-频域性能指标对应关系”;最后,利用这一关系制定出了适用于高压直流输电系统控制参数整定的稳定裕度。     

LCC-HVDC系统直流控制回路小干扰稳定性分析

文中针对整流侧采用定直流电流控制策略、逆变侧采用定直流电压控制策略的电网换相换流器高压直流输电系统,基于状态空间模型的Laplace变换建立了线性化直流控制回路的传递函数模型;采用增益裕度、相位裕度和灵敏度函数最大峰值指标,定量评估了直流控制回路带宽、逆变侧锁相环带宽和逆变侧交流电网强度对各直流控制回路小干扰稳定性的影响;揭示了不同系统参数下各直流控制回路稳定裕度的具体变化规律.仿真结果验证了线性化传递函数模型及理论分析结果的正确性.     

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流（HVDC）逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCC-HVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。     

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。     

VSC-HVDC PI参数的系统级优化研究

以海上风电厂为代表的柔性直流输电系统近年来得到了大力发展。柔性直流输电系统包含整流侧和逆变侧以及直流输电线路,控制器参数的确定对整个系统都有很大影响,现阶段整流侧和逆变侧控制系统参数都是单独整定,因此无法得到系统级的最优参数。在直流输电线路等效模型基础上,建立了系统传递函数,根据时间乘绝对误差积分(ITAE)准则,利用粒子群算法进行了多目标下的系统级参数优化。仿真结果验证了系统传递函数以及优化算法的有效性和正确性。     

逆变站稳定性影响分析及控制参数优化整定

VSC-HVDC(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。柔性直流输电系统逆变站的控制参数对系统的控制器设计和稳定性分析都具有重要作用。通过建立VSC-HVDC单端系统小信号等效模型,分析逆变站的控制参数对系统小干扰稳定性的影响。利用PSCAD/EMTDC搭建VSC系统的仿真模型进行仿真验证,仿真结果验证了小信号模型的正确性,并根据逆变站稳定性分析提出了一套参数整定方法。     

改善HVDC动态特性的非线性附加控制

为进一步改善高压直流输电系统的性能,用状态反馈精确线性化方法设计了整流侧定直流电流、逆变侧定交流电压的非线性附加控制器,只需少量局部反馈信号便可获得良好的调节性能。数字仿真结果表明,该控制器能改善交直流系统的动态特性。     

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。     

混合直流输电改善动态特性的功率附加控制

为进一步改善混合直流输电系统的动态性能,在建立混合直流输电系统模型的基础上,提出一种附加在系统逆变侧上的功率控制器。利用系统送受端角频率差作为控制器输入,经过PI环节以补偿系统受扰动后的功率波动。PSCAD/EMTDC中仿真结果表明,功率附加控制器的控制方式较传统d-q矢量控制更好地改善了混合直流系统的动态特性,提高系统的稳定性。     

计及闭环策略的并网逆变器集群阻抗特性比较分析

以逆变器集群为接口的新能源大规模接入改变了电网的动态特性,次/超同步振荡现象频发,制约了新能源的并网消纳。为深入研究该类型振荡的抑制方法,以单台并网逆变器输出阻抗为最小建模单元,引入谐波线性法推导了PI控制和准PR控制策略下逆变器闭环系统的序阻抗模型,在此基础上建立考虑多台逆变器并联运行的等效阻抗模型。通过对比两种闭环控制策略下逆变器集群输出阻抗的低频段动态特性和接入弱电网后的系统稳定性,在电流内环具有相同稳定裕度的情况下,相较于PI控制,逆变器集群采用准PR控制时互联系统稳定裕度更大,可以降低系统发生次/超同步振荡风险。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建逆变器集群并网仿真模型,模拟了不同强弱电网环境下的并网稳定与失稳现象,从而验证理论分析结果。     

弱电网下基于D分割法的逆变器PI参数设计及稳定域分析

随着新能源装机容量和渗透率的增加,电网逐渐呈现出较大等效电网阻抗的弱电网特性,此时常规强电网下设计的并网逆变器比例-积分(PI)参数往往会引起系统谐振等不稳定问题。针对弱电网下如何优化设计并网逆变器PI参数的问题,常规方法往往需要近似处理或反复试凑,而且无法结合多个性能指标进行参数整定。因此,文中基于D分割法得到了弱电网下的并网逆变器同时满足相角裕度、幅值裕度、电流环带宽和短路比等多性能指标下的PI参数稳定域,并通过图形可视化地表现出来,从而快速、准确地获取弱电网下的PI参数,避免了反复试凑。最后,得出了弱电网下的并网逆变器即使将锁相环带宽设置得很低,其PI参数也需要合理进行设计和选取才能使其稳定、高效运行的结论,并基于30 k W实验平台验证了该设计方法和结论的正确性。     

基于模最优与对称最优的轻型直流PI参数整定

轻型直流输电(VSC-HVDC)控制系统的PI参数会对其运行性能产生较大影响,因此需要选择合适的控制参数以适应多种运行条件。针对VSC-HVDC普遍采用的直接电流控制,提出了一种模最优与对称最优相结合的参数整定方法。利用具有快速响应和简便性的模最优法,整定内环控制PI参数,使得控制单元具有快速的电流响应和鲁棒性。利用可以保证最大相角裕度的对称最优法,整定外环控制PI参数,达到较好的稳定性和抗干扰性能。最后,基于PSCAD/ EMTDC建立相应的数学模型,仿真结果证明PI调节器可以使实际值迅速跟踪参考值的变化,验证了方法的正确性和有效性。     

基于整数阶PI无源控制的Boost变换器研究

为了解决在负载扰动和系统阻尼变化的条件下,Boost变换器存在电感电流超调量大的问题,采用整数阶PI无源控制策略进一步提高系统的动态稳定性.首先,将整数阶PI控制方法引入到传统的无源控制器,有效地提高了系统的控制性能.其次,采用Cohen-Coon法整定最优整数阶PI控制参数,从而达到降低电流纹波的目的.仿真结果表明,...     

基于内模控制器的永磁同步发电机并网控制系统研究

研究了一种应用新型PI调节器参数整定方法的永磁同步发电机并网系统,将内模控制器原理应用于电机的矢量控制并网环节,并进行了等效简化,减少了调节器参数整定数量,降低了参数整定环节的难度,从而达到优良的控制性能。同时,给出了对应的参数整定公式,并在MATLAB/Simulink软件中搭建基于内模控制器的PMSG并网控制系统模型,通过仿真实验验证了PMSG具有较强的动态响应能力和抗扰能力,同时电网侧电压和电流能够保持较高正弦度。     

弱电网条件下提升LCL型逆变器稳定性的控制策略

弱电网条件下,由于逆变器并网阻抗与电网阻抗之间不匹配程度增加,导致并网逆变器可能失稳.为提高逆变器的稳定性,提出一种可提高系统相角裕度的新型控制方式.根据逆变器的分层控制结构,分别在控制层的电流内环引入带有延时补偿的有限集模型预测控制,在电压外环引入逆模型前馈控制,通过这2种控制的引入降低了系统控制环路的阶数,提高逆变...     

基于PID负荷频率控制的电力系统时滞相关鲁棒稳定性分析

基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法讨论了单区域电力系统负荷频率控制问题。建立了考虑通信时滞环节的系统模型,并将基于PID控制器的系统转换为具有反馈控制的闭环系统,构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,并应用逆凸不等式方法处理泛函导数中的积分项,推导出系统矩阵中含有PID参数的鲁棒稳定性判据。并结合数值实例分析了系统在不同时滞类型的情况下,PI控制增益与系统时滞稳定裕度之间的关系,仿真结果表明了文中方法的有效性和相比已有方法的优越性。     

考虑最少线路切换数量的电压稳定性增强优化方法

为提升电力系统的电压稳定性,提出一种基于输电线路切换的电压稳定性增强控制模型,该模型以最少的切换输电线路数量为目标来满足电力系统负荷裕度的提升需求。为灵活构建线路切换数学模型,提出基于支路追加法将线路切换融入原问题模型中。为降低模型求解难度,提出一种阶段式求解策略：基于负荷裕度对线路参数的灵敏度快速预筛选出可以提高系统负荷裕度的候选切换集,降低0-1整数变量的搜索范围;基于外逼近和松弛策略将原问题分解为2个子问题进行迭代求解,进一步提高模型的求解速度和精度。IEEE 118节点和IEEE 662节点系统仿真结果验证了所提模型与方法的有效性。     

直流输电比例-积分控制器的参数优化

提出了用于直流控制器比例一积分(proportional plus integral,PI)参数寻优的一种系统化方法。首先根据Bode图求出满足系统稳定性要求的PI参数范围;再对该参数范围按一定步长进行划分,得到有限组PI参数以构成PI参数寻优的样本集;对应每一个样本参数仿真计算控制器的阶跃响应, 并按时间乘绝对误差积分(integral of time multiplied by the absolute value of error,ITAE)准则计算目标函数值;取对应 ITAE目标函数值最小的样本参数为最优PI参数。找到的最优PI参数在工程上可近似认为是全局最优的。根据该方法设计了葛洲坝-南桥直流输电工程中的PI控制器,并通过仿真验证了其有效性。     

基于电网拓扑优化的电压稳定预防控制方法

电压稳定是电力系统安全稳定运行的重要内容之一,然而某些故障或扰动的发生可能导致系统的负荷裕度大幅度降低,甚至造成电压失稳。为增强系统的电压稳定性,提出采用改变母线运行方式的方法优化电网拓扑结构,从而提高电力系统的负荷裕度,确保基态系统和预想事故下的电压稳定性。提出了计及预想事故的电压稳定预防控制模型,并发展了一套阶段式的母线运行方式优化求解方法。首先利用线路参数的灵敏度指标对母线运行方案进行预筛选,快速筛选出可以提高负荷裕度的备选方案集,以减小计算规模;随后在此集合上基于look-ahead裕度指标对运行方案排序,并以连续潮流法的分析结果确定有效母线运行方案;最后,通过IEEE 118和1648节点系统的仿真结果验证了所提方法的有效性。