柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施

中国鲁西背靠背直流异步联网工程和渝鄂直流背靠背联网工程均发生过高频谐振现象,柔性直流输电系统的链路延时是导致高频谐振现象发生的关键因素.文中针对柔性直流输电系统的中高频谐振问题,基于谐波线性化方法建立了柔性直流输电系统从交流侧端口看过去的等效详细阻抗模型,并分析了模块化多电平换流器(MMC)阻抗在中高频段呈现负阻尼特性的原因.然后,对比分析了在电压前馈环节采用低通滤波器、带阻滤波器和非线性滤波器等控制方式对MMC阻抗特性的改善作用与谐波抑制效果,并提出3种附加阻尼控制器,分析了其对MMC阻抗特性的改善作用.最后,以鲁西背靠背直流异步联网工程广西侧模型为例,通过PSCAD电磁暂态仿真验证了详细阻抗模型的正确性和附加阻尼控制的有效性.     

多端柔直换流站高频谐振及传播机理分析与抑制

针对空载线路投入引起的多端柔性直流(modular multilevel converter multi-terminal direct current, MMC-MTDC)输电系统高频谐振的问题,首先建立了MMC高频简化阻抗模型,基于阻抗分析法分析了空载线路投入引发单个MMC发生高频谐振的电气机理,分析发现由于空载线路投入使得MMC交流侧等效阻抗在高频段呈现负阻尼,继而引发高频谐振。而后针对不同控制方式下的受端换流站进行联合建模,通过对高频谐振能量在站间的传播路径及其对受端MMC运行影响的研究,发现MMC交流侧高频谐振能通过直流线路对其他MMC产生影响,其影响程度与外环控制方式有关。针对高频谐振问题,采用电压前馈增设带阻滤波器的抑制策略,消除了MMC在高频谐振点的负阻尼,完成了对起振MMC的阻抗重塑,有效抑制了MMC高频谐振,并降低了高频谐振能量传播对其余MMC的负面影响。最后利用RT-LAB5600实时在线仿真平台,验证了MMC高频谐振分析方法的正确性与相应抑制方法的有效性。     

集群风场系统链式SVG高频谐振分析与抑制

针对含链式静止无功发生器(static var generator, SVG)的风场区域系统高频谐振问题,首先采用谐波线性化的方法建立包含锁相环、功率外环以及电流内环在内的SVG谐波阻抗模型。利用阻抗分析法对风场区域空载线路投入对SVG稳定性的影响进行分析,揭示风场区域系统高频谐振的发生机理。然后,为抑制系统高频谐振,提出一种基于电压前馈附加带阻滤波器的SVG高频谐振抑制策略。对SVG侧中高频段等效阻抗进行重塑,以保证在该频段系统呈正阻尼状态。并讨论带阻滤波器中心频率和阻尼系数对系统相位裕度的影响。最后利用搭建的含链式SVG风场区域系统仿真模型,验证了理论分析的正确性和所提抑制策略的有效性。     

弱电网下LCL型并网逆变器高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略

并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD)策略可以在不增加额外传感器的前提下,有效抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰。在电网电压畸变的工况下,GCFAD策略往往与电网电压前馈策略同时使用以改善并网电流质量。然而,通过研究发现,传统GCFAD策略等效虚拟阻抗在中低频段的正阻特性会导致并网逆变器输出阻抗在中频段产生一定的相位滞后,从而降低了系统在电网电压畸变且附加电网电压前馈策略的情况下,对电网阻抗变化的鲁棒性。为了解决这一问题,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼(high robustness grid-current-feedback-active-damping,HR-GCFAD)策略,使虚拟阻抗在高频处呈现正阻特性以抑制LCL谐振尖峰,增强了系统的稳定性;在中低频段呈现负阻特性以提高系统中频段输出阻抗相位,进而提高了系统在附加电网电压前馈策略时对电网阻抗变化的鲁棒性。理论分析和实验结果充分验证了所提策略的有效性。     

船舶全电力推进系统恒功率负载有源阻尼控制策略

为解决船舶全电力推进系统中恒功率负载引起LC滤波器谐振的问题,提出一种基于输入电压前馈的Buck变换器有源阻尼控制策略。首先利用小信号模型分析恒功率负载的负阻抗特性及其导致LC滤波器谐振的机理,详细推导恒功率负载与LC滤波器级联的稳定约束条件;进而在电流内环引入基于二阶低通滤波器的输入电压前馈环节,使之产生阻尼电流,用于抵消负阻抗特性对LC谐振的影响;详细分析有源阻尼控制的实现形式,并给出阻尼参数的设计方法;最后,通过伯德图和奈奎斯特图对系统稳定性进行论证。实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

电容电压前馈和陷波滤波器有源阻尼对比研究

针对经LCL滤波器并网的三相变流器系统谐振问题,对比研究了两种抑制谐振的有源阻尼技术。这两种有源阻尼技术分别是由滤波电容电压前馈实现的有源阻尼和由与电流控制器级联的陷波滤波器实现的有源阻尼。基于电网阻抗和变流器导纳分析,完成了对两种有源阻尼控制的设计和建模,并评估了闭环系统的鲁棒性。利用额定容量为2.2 kW 的LCL...     

功率同步控制的模块化多电平换流器阻抗建模及谐振稳定性分析

为了研究模块化多电平换流器(MMC)采用功率同步控制时的阻抗特性和其接入后系统的宽频谐振稳定性,通过谐波状态空间方法,考虑MMC的内部动态特性和完整的控制回路,建立了MMC采用功率同步控制时的等效阻抗模型。分析了功率同步控制中新引入的功率同步环、无功-电压控制及其他主要控制环节对阻抗特性的影响。研究表明采用功率同步控制的MMC在次同步频段和高频段均可能出现负阻尼效应,因而存在引发谐振不稳定的风险。基于PSCAD/EMTDC进行了阻抗扫描和电磁暂态仿真,其仿真结果分别验证了所建立模型和稳定性分析结果的准确性。     

基于C型滤波器的MMC高频振荡抑制及参数设计方法

由于链路延时，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统的高频段规律性出现负阻尼特性，易与交流系统阻抗相互作用，造成高频振荡现象。为完全消除MMC的负阻尼，提出在交流母线处并联C型滤波器的无源抑制方法，通过设计其串联谐振支路在基频处谐振，可减少滤波器的基频有功损耗。此外，提出了基于第1负阻尼频段的参数设计方法，且参数选取时考虑了元件成本。电磁暂态仿真结果表明，所提C型滤波器及其参数设计方法能够大幅减少基频有功损耗，有效抑制MMC高频振荡，且不会影响系统的稳态和暂态特性。     

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(二)：阻尼控制抑制策略

柔性直流输电系统高频振荡容易在交流系统阻抗呈现电容效应的频率范围内发生。首先,针对柔性直流换流站详细模型存在阶数很高的问题,在忽略外环、环流抑制控制器(circulating current suppression controller,CCSC)、电容电压等较小影响环节的基础上,建立换流站的简化模型,分析简化模型与详细模型阻抗特性的误差及其适应频率范围;其次,为抑制系统的高频振荡,从控制系统电压前馈和虚拟串联阻抗有源阻尼控制2个方面开展换流站高频阻尼特性提升方案研究,提出采用取整函数的非线性电压前馈策略;再次,以抑制高频振荡和不引起额外频段振荡为约束条件,基于换流站简化模型,解析有源控制器关键参数选择表达式,研究关键参数对换流站阻抗的影响;最后,采用电磁暂态仿真,从高频振荡抑制、电压前馈环节、暂态穿越特性等方面验证所提高频性能提升方案的正确性和有效性。     

电压前馈环节对MMC交流侧阻抗的影响研究

阻抗分析法被广泛应用于研究柔性直流系统的稳定性问题,而模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型是该分析法的理论基础。这里基于多谐波线性化理论,建立了考虑电压前馈的MMC交流侧阻抗详细模型,研究发现电压前馈导致MMC交流侧阻抗在高频段存在剧烈波动现象;建立了适用于分析MMC高频段特性的阻抗简化模型,基于该模型分析了电压前馈导致高频段阻抗存在剧烈波动的机理;研究了电压前馈环节对MMC-高压直流(HVDC)系统稳定性的影响,分析结果表明:电压前馈环节大幅削弱了系统稳定性,易引发系统发生高频振荡。最后实验验证了所建阻抗模型的准确性及相关理论分析的正确性。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略

针对柔性直流输电工程中出现的中高频振荡问题,现有解决方法是在电压前馈通道中增设滤波器以抑制高频振荡,但增加了中频振荡的风险。以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,提出了一种通过调整控制链路延时以避免中、高频振荡的方法。首先,基于多谐波线性化原理建立了MMC换流站阻抗模型,详细分析控制链路延时、电网电压前馈策略对MMC换流站阻抗特性以及对系统稳定性的影响;然后,探讨通过调整控制链路延时以避免中高频振荡的可行性,并给出了控制链路延时的选择方法;最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提方法可实现渝侧、鄂侧系统中高频振荡抑制,同时对系统动态特性影响较小。     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier, CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

Investigation and Improvement of Transient Response of DVR at Medium Voltage Level

An area of interest for dynamic voltage restorer (DVR) research is the damping of transient oscillations initiated at the start and at the recovery instant from a voltage sag. Nonlinear loads, with harmonic currents close to the DVR filter resonance frequency, can also excite the resonance oscillations. To compensate voltage sags and dampen high-frequency oscillations simultaneously, an investigation of the transient response of DVR is first carried out. Possible control schemes and their effects on the oscillation attenuation are also studied. Such studied control schemes include the commonly used single voltage loop control, voltage feedback plus reference feedforward control, and double-loop control with an outer voltage loop and an inner current loop. Subsequently, an effective and simple resonance damping method is proposed by employing a closed-loop control with an embedded two-step Posicast controller. The proposed control methods have been extensively tested on a 10-kV DVR system. It is shown that the proposed damping methods improve both the transient and steady-state performance of the DVR.     

弱电网下LCLCL型并联逆变器并网系统的电流优化控制

针对LCL型滤波器存在的缺陷,采用基于电容电流比例反馈的LCLCL型滤波器,在保留传统滤波器高频谐波衰减能力的前提下,实现了在系统开关频率处对谐波的陷波作用。建立了弱电网下两台并联逆变器并网系统的诺顿等效模型,分析了电网阻抗在逆变器与电网之间的耦合作用;考虑电网阻抗影响的电网电压前馈控制会引入一条额外的并网电流正反馈回路,降低系统的相位裕度;通过采用谐振前馈控制,可实现前馈控制与电流控制在基波频率的中高频段处解耦,提高系统的稳定性,优化并网电流的品质。最后通过Matlab/Simulink的仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。