电力系统移频电磁暂态仿真原理及应用综述

高效、精确的电磁暂态仿真是支撑电力系统运行和控制的关键技术.为了解决传统电磁暂态仿真中速度和精度之间的矛盾,提出了移频电磁暂态仿真方法.文中对移频电磁暂态仿真理论的关键技术进行梳理并对其中存在的部分问题进行分析.首先,介绍移频电磁暂态仿真的原理.然后,依次对移频电磁暂态仿真中的3个关键点进行分析,包括复数信号的构造方法...     

MMC-MTDC系统的电磁-机电暂态建模与实时仿真分析

提出了基于希尔伯特变换的移频建模方法,并建立了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)系统的电磁-机电暂态移频相量模型,进一步地在实时仿真器上实现了电磁-机电暂态分区并行计算。相较于传统电磁-机电暂态联合仿真方法,该建模方法与仿真平台的电磁-机电暂态仿真适用性强,接口简单实用。分别建立了模块化多电平换流器单端系统、±200 kV五端柔性直流输电系统接入IEEE 39节点交流系统的移频相量模型,并且完成了电磁-机电暂态分区并行实时仿真测试。通过对多种暂态现象的模拟及其与电磁暂态模型结果的对比,验证了所提电磁-机电暂态移频相量建模与实时仿真的准确性、有效性和灵活性。     

基于序分量移频变换的三相交流系统宽频域电磁暂态仿真EI北大核心CSCD

随着电网暂态过程复杂度逐步提升,传统交流系统机电暂态仿真和电磁暂态仿真程序逐渐无法满足仿真精度和效率需求。该文在移频分析基础上,提出一种面向三相对称交流电网的序分量移频仿真方法。且特别提出了在节点分析框架下的CP-SCSFA模型,结合相/序分量移频分析模型,实现了三相对称交流系统的序分量移频分析仿真。通过IEEE39节点算例测试表明,所提模型和算法支持具备较宽的仿真步长选择范围,较传统电磁暂态仿真、传统移频仿真和机电暂态仿真具备显著的仿真精度和效率优势。     

相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态建模与仿真

同步电机是电力系统中重要的发电设备，其暂态模型是否准确直接影响系统仿真精度。为满足电力系统低频-高频不同速率暂态过程准确、快速仿真的需求，提出了相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态仿真模型。首先，基于希尔伯特变换与坐标变换，采用解析信号重构了同步电机方程。引入移频变换，建立了离散化的诺顿电路等效暂态仿真模型。模型具有直接的机网接口。进一步通过添加额外的虚拟绕组并提出虚拟绕组参数设置方法，使电机模型导纳矩阵为恒导纳矩阵，避免了每个时间步长需更新系统导纳矩阵的问题。所提出的电机模型通过设置不同的时间步长、移动频率、虚拟绕组参数，能够同时实现准确的高频暂态过程仿真和高效的低频暂态过程仿真。最终，通过与传统电磁暂态仿真模型的对比，验证了所提出相域模型的准确性与高效性。     

含VSC-HVDC交直流系统多尺度暂态建模与仿真研究

为满足对交直流系统电磁–机电暂态特性准确、快速和灵活仿真的需要,提出基于移频分析等方法的含柔性高压直流(voltage source converter-based high voltage directcurrent,VSC-HVDC)输电交直流电力系统多尺度暂态模型。移频分析法采用希尔伯特变换,通过移除或保留交流信号基频载波实现慢–快变化暂态的模拟。该文建立了VSC移频相量模型,推导出VSC移频域与其控制系统dq域的转换关系,选择性插入?模型获得直流输电线多尺度暂态模型,进而构建了全系统多尺度暂态模型。该模型通过设置仿真参数(如时间步长)能够满足不同时间、不同电网位置电磁或机电暂态仿真的需求。仿真结果表明,所提模型不仅准确描述了VSC-HVDC多尺度暂态过程,节省了计算时间,而且增强了交直流系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统多尺度暂态建模与仿真研究（英文）

针对基于电压源转换器的高压直流(high voltage direct current based voltage source converter,VSC-HVDC)输电系统,该文提出电磁暂态–机电暂态多尺度建模方法并验证多尺度仿真算法的准确、快速和灵活性。该模型采用频移分析(shifted-frequency analysis,SFA)等多尺度建模方法。首先推导移频(shifted frequency,SF)域和dq域之间的解析变换关系,并提出用于系统特性分析的VSC移频多尺度模型;其次,选择性插入π模型获得直流输电线的多尺度暂态模型;最后,通过调整仿真参数,如仿真时间步长和移动频率,使得建立的模型能够灵活仿真具有多个时间尺度和不同网络位置的各种暂态。采用两端和五端VSC-HVDC输电系统作为算例,仿真结果对比表明,提出的模型和算法能够精确模拟高频暂态,快速仿真慢变化暂态,降低计算成本。此外,多尺度模型还可提高VSC-HVDC输电系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。     

直流配电系统动态相量-电磁暂态混合仿真与误差机理分析EI北大核心CSCD

为了高效地实现多端直流配电系统的准确动态仿真,在动态相量–电磁暂态混合仿真框架下,文章首先分析应用于直流配电系统时所涉及的子系统建模、接口机制和数据交互时序等执行要素。然后以混合仿真误差产生机理为切入点,以电磁暂态子系统为主要关注对象,详细分析简单阻感支路和复杂系统两种情况下混合仿真的误差传递过程,并推导了数值稳定的必要条件。其次,以串行时序为例,设计直流配电系统动态相量–电磁暂态混合仿真算法的主流程,并提出动态相量提取修正、直流量特征纹波添加等精度提升方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建多端直流配电系统同构串行混合仿真平台,通过对比全电磁暂态仿真,验证混合仿真的高效性及精度提升方法的有效性。     

谐振接地系统暂态选线启动条件研究

介绍了HHT时频分析法并将其应用于系统母线暂态故障特征量的提取,提出了一种采用HHT时频分析法的谐振接地系统暂态选线启动判据。采用MATLAB的SPS工具箱搭建仿真模型,通过对系统在四种典型及多种不同接地故障条件下的仿真分析,验证了所提算法的准确性优于传统判据。     

矢量匹配法在频变传输线暂态模拟中的应用

随着电力系统、高速与微波电路中工作频率的不断提高和传输速度的逐渐增大,电磁暂态的仿真计算要求考虑传输线的频变特性。描述了矢量匹配法的基本特性及其应用的具体步骤,并立足于已有的频变传输线模型,在复频域应用矢量匹配法对特性导纳和传播系数进行了拟合,建立了一个通用的频变传输线等效模型。通过具体算例,与电磁暂态计算程序EMTP(Electro Magnetic Transients Program)计算结果相比较,验证了其有效性。     

基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并网运行时在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡问题,提出了一种基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略。首先,基于状态反馈理论,分析了所提控制方法的物理意义,即该策略是通过在常规VSG有功控制环中加入角频率和电磁功率的高频分量来增强系统暂态阻尼。然后,基于所提的控制方法,建立了系统的有功控制环闭环小信号模型,并通过对系统特征根的根轨迹进行分析揭示了所提控制方法对VSG有功功率振荡抑制的影响。并给出了各状态反馈参数的设计准则,指导了反馈系数的设计。所提控制策略能有效抑制有功指令突变和电网频率突变时VSG输出有功功率振荡,并且不会影响系统的稳态特性。最后,通过仿真和实验对比分析,表明所提控制方法具有更好的有功功率振荡抑制效果,并且能消除稳态偏差,且适用于不同电网强度。     

基于TI控制器UCC28950的全桥移相ZVS变换器设计

采用TI移相控制器UCC28950设计了全桥移相变换器,实现了其超前桥臂、滞后臂的零电压开关,其系统具有结构简单、占空比丢失较小、软开关较容易实现等特点。首先全面分析了全桥移相的工作原理,讨论实现软开关的必要条件,计算了主要器件参数,然后利用PSIM仿真软件对电路进行仿真,最后通过实际搭建的5k W大功率AC/DC开关电源进行测试,验证了此方法设计的合理性。     

基于TI控制器UCC28950的ZVS全桥移相变换器设计

采用TI移相控制器UCC28950设计了全桥移相变换器,实现了其超前桥臂、滞后臂的零电压开关,其系统具有结构简单、占空比丢失较小、软开关较容易实现等特点。首先全面分析了全桥移相的工作原理,讨论实现软开关的必要条件,计算了主要器件参数,然后利用PSIM仿真软件对电路进行仿真,最后通过实际搭建的5kW大功率AC/DC开关电源进行测试,验证了本方法设计的合理性。     

新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究

文章采用新型软开关电路拓扑，结合应用移相控制软开关技术和电流峰值控制技术，研制出一种新型软开关弧焊逆变器。仿真和实验结果表明，所研制的弧焊逆变器能够实现全范围的软开关，并且具有良好的限流和自校正能力，可以有效的解决功率变压器的偏磁问题。     

组合变流器相移SVM技术的研究

结合SVM(空间矢量调制)技术和组合相移PWM技术的优点，提出了组合相移SVM技术；这种技术的器件开关频率低，动态响应好，开关负荷均衡；相对于相移SPWM技术，在采用不连续开关调制的情况下可将开关损耗降低33%，电压利用率提高15%，易于数字实现。相同频率调制比和幅度调制比的情况下，对调制波信号的不同采样点分布可以得到不同的SVM波形。组合变流器相移SVM技术的调制方法，就是将各变流器单元的采样时间错开，使得各变流器单元使用相同的SVM算法，相邻变流器单元间的采样时间相差2π/(KN)的角度。文中从磁链的角度对相移SVM技术做出了定性分析。利用Matlab，实现了组合相移SVM变流器的仿真，并对相移SVM技术与常规SVM技术、相移SPWM技术进行了比较分析。以上分析得到了实验验证。     

模块组合多电平变换器的脉冲调制方案对比

主要分析了模块组合多电平变换器的拓扑结构和工作原理,根据实际需要分析了模块组合多电平变换器各功率模块的SPWM脉冲的时序,基于现有的MMC样机和控制系统提出了两种SPWM脉冲调制方案,即载波移相方案和脉冲移相方案.本文详细分析了两种脉冲调制方案的原理,并进行了基于QuartusⅡ软件的仿真和样机实验研究.实验结果表明:...     

一种新型的载波相移SPWM电流型电力有源滤波器

基于载波组合相移技术的电流型电力有源滤波器，在较低的开关频率下实现了等效的高频载波效果。文章通过仿真和实验，验证了这种技术在电力有源滤波器中应用的实用性和可行性。     

零电压开关移相全桥可调电流源

采用移相全桥控制策略,介绍了峰值功率为1 kVA,输出电流在0.2～1A之间连续可调电流源的工作原理和参数设计.其中增加辅助谐振电感使得滞后桥臂实现了ZVS,主变压器原边并联了电容以降低副边整流管电压应力.实验结果表明,输出电流调节范围宽,运行稳定可靠.     

小功率车载逆变电源的设计

介绍了一个小功率车载逆变电源。主电路采用DC／DC变换器和DC／AC逆变器两级结构,逆变器部分选择移相控制方式,移相控制信号用单片机软件产生,样机的驱动和输出电压波形表明完全实现了移相控制,具有电路简单、体积小、重量轻、使用方便等优点。     

改进的同相层叠型SPWM控制级联多电平逆变器

载波移相(CPS)控制策略常用于级联型多电平逆变器,它可自然实现各级联单元输出功率平衡。但是,从输出线电压频谱分布来看,CPS控制没有同相层叠型(PD)控制好。因为将CPS直接应用于级联型多电平逆变器时,各级联单元不能自然实现输出功率均衡。受CPS控制三角载波位置关系的启发,提出一种改进PD控制。将PD的三角载波进行重构,不仅可保留输出线电压波形质量最优,同时还能自然实现各级联单元输出功率均衡。