基于多频段动态相量法的MMC换流器建模方法

大规模交直流电网中,为了提高仿真速度,换流器通常采用外特性建模。动态相量法和频率偏移法是两种常用的外特性建模方法。传统的动态相量法能够增大仿真步长,但由于存在较大的谐波截断误差导致精度较差。频率偏移法仅用于以工频为主导频率的窄带信号,当信号含有较高频率成份时,无法适用。该文应用提出的多频段动态相量法,进行模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的外特性建模,实现仿真精度和速度的兼顾。该文首先建立MMC的开关函数模型,给出开关函数的高阶解析式,以此为基础,建立MMC换流器多频段动态相量频段耦合模型。然后,面向CPU的多核芯特点,分析MMC的运行特性,建立MMC多频段动态相量频段解耦模型,实现频段间的并行大步长仿真。最后通过仿真算例,与MMC详细模型进行对比,验证模型的有效性。     

一种基于多频段动态相量的LCC换流器电磁暂态建模方法研究

为了提高仿真速度,在大规模交直流电网仿真中通常忽略换流器内部电力电子开关动作细节,重点关注换流器外部特性,动态相量法和频率偏移法常用来对换流器外特性进行建模。动态相量法通对信号进行时变傅里叶频率分解和移频变换,降低信号频率,能够增大仿真步长,但由于存在谐波截断误差,导致模型精度较低。频率偏移法一般适用于窄带信号,用于宽频域仿真时,无法采用大步长提高仿真速度。为了解决仿真精度和速度的矛盾。基于此该文建立换相换流器(line-commuted converter,LCC)的多频段动态相量模型,实现提高精度和增大仿真步长的目的。首先引入能够反映交流系统不对称的换流器改进开关函数模型,在此基础上,以六脉动为例推导LCC多频段动态相量耦合模型。然后,根据LCC的运行特性对上述模型进行频段解耦,得到多频段解耦模型,使其可应用于多核CPU的并行仿真。最后通过算例,验证该文多频段LCC动态相量模型的有效性。     

适用于频变输电线的动态相量谐波分析建模与仿真

通常采用窗口快速傅里叶变换(WFFT)对电力电子化配电网中快速变化时域波形进行谐波分析,但WFFT易出现误差从而无法准确获得谐波暂态特性.为此,该文提出一种可用于配电网谐波暂态分析的频变输电线动态相量(DP)模型.采用矢量匹配法对模域频变输电线模型中特征导纳和传播系数进行有理函数拟合,在频变输电线状态空间方程表示基础上建立其DP模型,同时对输电线末端晶闸管控制电抗器(TCR)建立DP模型,将TCR与电网间谐波动态耦合描述为以各阶相量为状态量的解析式.基于Matlab对简单测试系统的DP模型进行计算,能够直接分析系统中各节点电压和支路电流的谐波暂态特性,还可获取瞬时电能质量参数.基于EMTP搭建的仿真系统暂稳态结果验证了DP模型的有效性和准确性.     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。     

考虑多频率谐波动态的模块化多电平换流器建模及耦合特性分析

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)复杂的电力电子化特征,使其与交直流电网间存在不易描述的多频率耦合现象。基于谐波状态空间原理建立起MMC主电路和包括电流矢量与环流抑制等在内的控制系统的小信号模型,通过二者的接口关系整合出MMC系统模型,其涵盖了多频率谐波的动态特性。以该模型为基础,提出MMC系统谐波传递函数计算方法,并根据谐波传递函数矩阵给出交、直流电流及MMC内部环流的谐波耦合阻抗全局关系,进一步分析了扰动谐波与这3组不同电流谐波分量的频率耦合特性。最后,通过电磁暂态仿真模型与文中建立的小信号模型进行不同工况下的仿真与计算的对比,验证了小信号建模的有效性和谐波耦合特性分析的正确性。     

定功率控制下柔性直流输电系统交流侧导纳矩阵建模及频率耦合抑制策略研究EI北大核心CSCD

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)交流侧导纳建模是研究谐振现象的理论基础。现有研究在导纳建模过程中多将换流器视为单输入单输出系统,未考虑频率耦合效应的作用,或认为在中高频段内频率耦合效应对导纳特性影响不大,这可能影响基于导纳模型进行稳定性分析的结果准确性。该文考虑MMC控制回路及桥臂动态过程的频率耦合效应。首先,基于多谐波线性化方法建立MMC从交流侧端口看过去的宽频段内频率耦合导纳矩阵模型。接着,定义频率耦合系数,分析MMC参数对耦合效应的影响,并提出一种基于功率环对称控制的频率耦合抑制策略。最后,以鲁西背靠背异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD/EMTDC仿真验证导纳矩阵建模的正确性和频率耦合抑制策略的有效性。     

家用电器非线性负荷的动态自适应谐波建模

为有效评估家用电器非线性负荷所产生的谐波,建立可随供电电压波动的动态自适应谐波耦合导纳矩阵模型。首先基于实测电压和电流数据,利用偏最小二乘法对家用非线性负荷的谐波耦合导纳矩阵模型参数进行求解,可有效克服数据之间的多重共线性问题,所建立的模型可体现各次谐波电压和谐波电流之间的耦合作用。进而,基于递推偏最小二乘法,提出模型参数自适应更新方法,使得模型可跟随负荷供电电压的波动而自适应调整,将负荷随供电电压波动的谐波特性准确表征出来。将该方法应用于多个典型家用非线性负荷的谐波建模,并与现有的典型谐波模型进行对比。实验结果表明,动态自适应谐波耦合矩阵模型的建模精度明显高于现有的典型谐波模型,具有更好的动态特性,并将其应用于低压配电系统准确评估谐波发射水平。     

基于实测方法的变压器谐波模型建立

本文提出一种基于实测方法的变压器谐波模型建立方法,综合考虑了谐波工况对变压器短路阻抗参数、铁心非线性的影响。通过变压器的谐波短路试验,拟合出绕组在0～2450Hz范围内的阻抗频变表达式,运用串联Foster电路加以实现。通过变压器的谐波开路试验,研究谐波电压的频率、相位、峰值等因素对变压器励磁特性的影响,提出基于"最大磁链法"的励磁支路简化建模方法。利用实验室小功率变压器对该建模方法进行了验证,结果表明,所得到的模型既能表征谐波工况下绕组的频变特性,又能表征铁心的非线性特性,同时在计算变压器损耗、励磁电流时具有准确性高的特点,满足工程实际应用的需求。     

考虑谐波特性的简化TCSC动态相量法模型

对TCSC进行精确、快速仿真和有效控制，使用基于时变傅里叶级数的动态相量法进行建模。为提高模型精度在推导过程中考虑了电容电压的谐波特性，同时有效解决了动态相量法本身固有的状态空间方程阶数随着计及频率成分增加而迅速增长的问题，使得TCSC的动态特性最终由一个两阶的状态空间方程描述。仿真结果表明，该模型在整个容性工作区域都有较高的精度，即使在接近谐振点的区域，误差也低于1%。通过与时域模型的比较，验证了所提出模型的精确性、有效性和快速性。     

考虑频率耦合效应的虚拟同步发电机序阻抗建模

中低压配电网的线路阻抗呈现时变特征,使得基于虚拟同步发电机VSG (virtual synchronous generator)算法的分布式发电单元和电网阻抗产生交互作用,出现系统失稳。阻抗模型是一种基于外特性的建模方法,是研究分布式发电系统稳定性的有效手段之一。考虑到VSG系统存在着频率耦合特性,首先阐述了VSG系统的频率耦合原因,采用谐波线性化的方法建立包含功率外环和频率耦合效应的完整VSG序阻抗模型。再从阻抗测量和并网交互两个角度分析了频率耦合效应对VSG输出阻抗特性的影响。仿真结果验证了模型的准确性和适应性,表明所建立的阻抗模型能准确反映VSG的二倍频频率耦合特征。     

基于改进Morletd1波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义。一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想。提出一种基于改进Morletd、波变换的相量及功率测量新算法。改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性。MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度。能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet小波频率窗口外信号分量（谐波、间谐波）的干扰,且无需同步采样。     

基于改进Morlet小波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义.一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想.提出一种基于改进Morlet小波变换的相量及功率测量新算法.改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性.MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度,能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet 小波频率窗口外信号分量(谐波、间谐波)的干扰,且无需同步采样.     

基于频域动态模型的间谐波相量测量方法

由于大量电力电子设备的存在,电网中可能存在不同频率的间谐波,并对设备安全构成直接的影响。为提高间谐波测量的准确度,提出基于频域动态模型的间谐波相量测量方法。该方法运用泰勒级数表述频偏特性,对间谐波进行建模,再采用补零运算对信号进行傅里叶变换,并利用幅值最大值及其相邻的若干个估计值联合来对间谐波相量估计值进行修正。分别应用间谐波理想信号以及加入不同谐波和噪声的信号来检验算法的性能。仿真结果表明:与传统傅里叶算法相比,该算法能在动态条件下,消除或减小频率偏移所引起的测量误差,并大幅减少了系统动态特性所引起测量结果的波动。     

计及电抗器支路电阻的TCSC动态相量法模型

为研究含TCSC的电力系统的稳定性和动态特性及设计TCSC的实用化控制策略,提出了计及电抗器支路电阻影响并结合动态相量法的TCSC建模方法。动态相量模型是随时间缓慢变化的非线性、大信号模型,适合暂态过程快速而又精确地仿真,但传统动态相量法存在状态空间方程阶数随着计及频率成分增加而迅速增长的问题。故在分析模型的状态变量特性,忽略快速变量的动态变化过程后,由动态相量与傅立叶系数间的关系建立了计及电抗器支路电阻影响的TCSC动态相量法模型。仿真算例验证了所提出模型的精确性和有效性。     

高压直流输电动态相量模型的改进

动态相量已经被引入到HVDC建模中,其用开关函数来表示阀的开关状态,具有较好的精度。基于HVDC次同步振荡分析的需要,考虑晶闸管的死区特性和触发方式的影响,对HVDC的动态相量模型提出了改进,并在电磁暂态仿真平台上建立了改进后的HVDC动态相量模型。然后基于HVDC的基准系统,在统一的电磁暂态仿真平台下与HVDC的电磁暂态模型进行了仿真比较,对比不同频率扰动下交直流系统相关状态变量的时间响应曲线,较为严谨地验证了改进的HVDC动态相量模型在不同频段的适用性。     

MMC改进动态相量模型建模与仿真研究

提出了模块化多电平换流器改进动态相量模型的建模方法,并在理论上证明了改进动态相量方法与传统动态相量方法的统一性。该方法可避免积分与卷积运算,使MMC动态相量模型推导的工作量大大减小。所建模型将8阶MMC改进动态相量模型模块、交流接口模块、直流接口模块、MMC控制模块和二次环流抑制模块分开建模,当外接电路不同时,只需修改接口模块电气参数与控制模块中的控制策略即可,方便MMC与外电路连接形成多端网络。最后在稳态运行和换流站交流侧发生三相接地短路故障情况下,对比了Matlab平台建立的MMC动态相量模型与PSCAD平台建立的MMC电磁暂态模型的仿真结果,验证了所提方法的正确性。改进动态相量模型方法在获得较高精度的同时,可以大大加快仿真速度,节省仿真时间,使得该模型有望在大规模柔性直流电网建模仿真研究中得到更广泛的应用。     

计及频率偏移的动态谐波相量测量算法

考虑信号的动态特性,建立基于泰勒级数的谐波相量模型;考虑频率偏移对泰勒估计精度的影响,提出计及频率偏移的动态谐波相量测量算法。算法首先通过动态相量测量来准确获取基波相量的频率信息,再根据基波频率偏移量计算得到各次谐波的频率偏移量,最后据此查表获得各次谐波的系数修正矩阵,并修正离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的初始估计值来获得谐波相量的精确估计。通过理想信号及实测数据来检验算法的性能,仿真结果表明,相较于传统傅里叶算法,在增加有限计算量的前提下,本算法能在频率偏移、线性变化及低频振荡等动态情况下获得更准确的谐波相量估计。而相对于传统的加窗插值算法,因其算法复杂度大为降低,因而其更容易在实时系统中实施。     

考虑交直流谐波耦合的并网逆变器建模与分析

可再生能源的大规模开发利用使得逆变器在电网中的比例越来越高,逆变器与电网间谐波交互作用也愈加频繁和复杂。针对传统的建模方法无法体现逆变器与电网间谐波交互耦合的问题,文中基于谐波状态空间(HSS)理论对三相并网逆变器进行建模,该模型将交直流侧的多个频次谐波考虑在内,具有较高的精度。基于HSS模型推导出输入到输出的谐波传递函数矩阵,建立逆变器交直流谐波耦合导纳幅值图,探究交直流谐波耦合关系。然后,提出了一种适用于闭环控制系统的三相并网逆变器小信号HSS建模方法,通过计算特征值对系统稳定性进行评估以及对振荡频率进行预测。最后与MATLAB/Simulink仿真结果进行对比,验证了所建立HSS模型的准确性和系统稳定性分析的正确性。     

中压应用场景下模块化多电平换流器直流侧谐波等值电路建模研究

本文首先建立了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的时域平均模型.接着,为获取中压应用场景下MMC平均开关函数的谐波特性,建立了平均开关函数的动态相量模型.基于MMC的时域平均模型和平均开关函数动态相量模型,推导得到MMC的直流侧谐波等值电路.等值电路由直流侧等效谐波电流源和等效谐波阻抗组成,其中等效谐波电流源不仅能反映MMC交流侧谐波电流对直流侧谐波电流的传递作用,还能反映直流侧特征谐波电流特性.最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了MMC直流侧等值电路的正确性.     

静止无功发生器谐波模型及其对谐振影响分析

静止无功发生器(static var generator,SVG)因响应速度快和调节范围广等优点被广泛应用于光伏场站,从而满足系统动态无功补偿等需求。然而现有研究缺乏SVG与光伏场站及电网谐波交互作用的分析,往往忽略其对光伏场站谐波谐振问题的影响。针对这一问题,基于多频谐波响应建立一种新型谐波耦合阻抗形式的SVG模型,该模型能够充分揭示系统中的频率耦合效应,可用于定量分析SVG对光伏场站谐波谐振的影响。最后,通过对实际光伏场站的时域仿真,验证所提谐波阻抗模型的正确性及频率耦合在谐波谐振分析中的重要性。