电网不平衡电压下基于PCHD模型的MMC-HVDC无源控制策略

文中针对模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电(High-voltage direct current)系统的变流站级控制,提出一种电网不平衡电压下基于端口受控耗散哈密尔顿(Port-controlled Hamiltonian with Dissipation,PCHD)模型的无源策略(Passivity-based Control,PBC)。文中针对系统的数学模型,通过功率表达式,得出三种控制目标,针对每种控制目标得出相应的电流参考量;通过基于PCHD模型的无源控制理论,推导出系统能量函数和相应的无源控制器;针对三相不平衡电网中产生的负序分量的情况,文中系统加入正负序分离思想,进一步提高了系统的控制精度;通过Matlab/Simulink仿真平台,搭建了不平衡电网电压下的MMC-HVDC系统,并在三种控制目标下验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。     

不平衡电网电压条件下MMC控制策略综述

模块化多电平换流器(MMC)中负序电流的有效抑制对提高电能传输质量和系统稳定性具有重要意义。随着电网中出现不平衡故障的概率与日俱增,平衡网压下MMC的控制策略已不再适用。为此,从MMC内、外特性的影响因素出发,对国内外的研究现状进行归纳总结,并基于现有研究展望未来。首先,从外特性角度分析三个控制目标下不同控制策略的异同点,再进一步阐述引入多变量控制参数k后各电气量的变化趋势,并指出这些方法存在的局限性;其次,从内特性角度梳理环流注入、三次谐波注入对桥臂电流、电容电压的影响,并对相关研究的共性问题进行分析;最后,综合国内外对相关问题的分析与思考,提出该领域目前所面临的挑战,对未来需要深入探究的方向做出了展望。     

电网电压不平衡条件下MMC的基于Lyapunov函数非线性控制策略

当电网电压发生不平衡时,采用模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)实现的高压直流输电系统会发生交流侧电流不对称、有功/无功功率产生二次脉动等问题。为了解决这些问题,根据MMC的拓扑结构建立了电网不平衡条件下MMC的数学模型,在此基础上建立MMC的Lyapunov模型,制定出了基于Lyapunov函数的非线性控制理论的控制策略,并讨论了关于控制不精确问题及参数选择范围。通过在Matlab/Simulink平台上对所提出的Lyapunov函数控制策略与传统PI控制方法的控制效果进行了对比,表明了所提出的控制方法的有效性和优越性,并在硬件平台上做了进一步实验验证。     

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器（modular multilevel converter, MMC）投入到固态变压器（solid state transformer,SST）系统中时通常采用比例积分微分（proportional integral derivative,PID）控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。     

不平衡电网下基于无源控制的MMC-UPQC电能质量综合治理研究

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)可用于高电压下电压电流的电能质量综合治理,但当电网电压不平衡时,电流电压相位和幅值发生变化,给综合治理带来困难.将无源控制方法应用...     

不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。     

电网不平衡时电压源换流器高压直流输电统一控制策略

针对电网不平衡时电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的直流电压2倍频波动及交流系统低频谐波问题,建立基于正向dq坐标系的正负序VSC-HVDC动态模型,研究其运行特性,并提出一种新型统一矢量控制策略。该策略外环基于谐振积分器及谐振滤波器方案实现直流系统2倍频波动抑制,降低不平衡运行对电网电流的低频谐波影响;内环为两相静止坐标下的正负序矢量电流统一控制,避免因相序分解可能引起换流站交流侧电压含奇次低频谐波分量的问题。PSCAD/EMTDC仿真研究表明:统一矢量控制不仅能抑制直流系统2倍频波动,而且降低了交流电网低频谐波水平,增强了VSC-HVDC的不平衡运行能力。     

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)易受电压负序分量的影响,需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题,保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型,做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解,将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式,确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过能量整形的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率,消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性,减小参数不确定对控制效果的影响,提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

基于内模控制的MMC-HVDC海上风电场不对称电网下的保护策略

为解决基于MMC-HVDC的海上风电场在不对称电网故障下普遍存在的低电压穿越问题,提出了一种基于PI电压外环和内模电流内环的新型控制策略及辅助保护方案。首先分析了不对称电网故障下MMC换流器运行特性,在αβ两相静止坐标系下建立了三相不对称电网下MMC换流器的数学模型。然后以抑制负序电流为控制目标在αβ两相静止坐标系下基于内模控制器设计了系统控制策略,同时针对两相故障时由于MMC限流所导致的母线电压抬升问题,提出了基于直流泄放回路的系统辅助保护方案。最后在Matlab/Simulink仿真平台上对单相接地和两相接地短路两种不平衡故障工况下的控制系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,所提的控制策略和辅助保护方案可以保证基于MMC-HVDC的海上风电场在电网不对称故障下实现低电压穿越运行,有效地提高了海上风电场的低电压穿越能力。     

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。     

不对称电网电压下双馈风力发电机的控制方法

分析了不对称电网电压下双馈风力发电机的运行特性,进而提出一种基于多频点比例积分谐振控制器的矢量控制方法,通过定子侧功率的单闭环结构,实现不对称电网电压下的双馈电机控制.相比于传统的正负序双dq域控制,所提方法既不需要负序dq域控制器,也不需要转子电流内环,控制结构简单.同时,该方法只需对一个简单参数(λ∈[0,2])进行调整,即可实现不对称电网电压下双馈风电系统的多种不同控制目标.基于MATLAB/Simulink平台搭建了1.5 MW双馈风电仿真平台,仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性.     

电网不平衡时电流限制的风电并网变流器功率/电流灵活控制

在不平衡电网电压下,针对并网变流器输出功率波动、电流畸变以及过电流的问题,提出一种考虑限流的功率/电流灵活控制方案。首先分析了瞬时功率控制及电流平衡控制在同时兼顾功率及电流方面的局限性,并通过计算这两种控制策略下的并网电流值,设计了峰值电流控制方案。同时,基于瞬时功率控制及电流平衡控制下电流参考值间的本质联系,根据引入的权重系数来调节并网电流中的低次谐波含量,进而实现了并网功率及电流灵活控制。该控制方案无需检测谐波分量,控制结构简单,易于实现。仿真结果验证了控制方案不仅可以保证电流在安全的运行范围内,还能实现功率及电流的灵活控制。     

不平衡电网电压下抑制MMC子模块过电压的调制比设计方法

模块化多电平换流器(MMC)在调制比为1.414的稳态运行条件下,子模块电容电压波动的基频分量将被抑制到0;但在电网电压不平衡时基频分量会变大,导致子模块电容电压波动显著增加。为抑制电网电压不平衡时的电容电压波动,基于桥臂功率分析了稳态和电网电压不平衡条件下子模块的电压波动特性,提出了一种适用于混合型MMC的调制比设计方法,该方法以桥臂瞬时功率的基频分量为抑制目标,综合考虑了不平衡电网电压下的三相子模块电压波动特性,通过改变直流电压指令值从而改变运行调制比,避免了故障时子模块发生过电压的情况。在PSCAD中搭建混合型MMC模型,通过对3种电网电压不平衡工况进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。     

网压不平衡下柔直换流端能量平衡研究

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的柔性直流输电系统近年来受到广泛的关注。针对电网电压不平衡下MMC运行情况进行研究,提出了一种能量均衡控制策略,以改善模块化多电平变换器在不平衡网压条件下的换流器内部能量平衡。该策略通过分析桥臂能量与各电气信号耦合关系,在0?β坐标系下建立桥臂能量数学模型,前馈补偿的加入提高了MMC在交流电网不对称故障和突发电压不平衡情况下的抗干扰能力。通过优化换流器内部电流分量进行桥臂能量平衡控制,实现网压不平衡下交流侧电流与换流器内部能量协同控制。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了双端MMC仿真模型。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于二次谐波环流注入方法的混合MMC电容电压平衡控制策略

当高压直流输电系统直流侧电压降低时,混合模块化多电平变换器(MMC)将工作在过调制状态,面临电容电压不平衡的问题.分析过调制状态下混合MMC中半桥与全桥子模块电容充放电过程与能量变化,提出一种简化的二次谐波环流参考幅值的生成方法.采用二次谐波环流注入方法避免混合MMC中半桥与全桥子模块电容电压不平衡的发生,实现半桥与全桥子模块电容在一个周期内的充放电平衡,使混合MMC在直流电压降低时继续传输有功功率.仿真与实验结果表明,所提出的二次谐波环流注入方法能够有效实现混合MMC在过调制状态下的电容电压平衡.