抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

电气化铁路车网耦合系统低频振荡分析

针对国内电气化铁路频繁发生低频振荡现象并造成了机车牵引闭锁、供电系统保护跳闸等事故,该文围绕机车-供电网(车网)低频振荡的产生机理、影响因素进行理论分析。将电压源型变流器频域阻抗建模方法和低频振荡发生的具体工况相结合,建立了dq轴下车网阻抗模型。利用主导极点,分析了机车数量、电压环、电流环对车网系统低频振荡现象的影响规律,并结合电压环、电流环对机车阻抗特性的影响,总结了低频振荡发生时机车阻抗在低频段的变化规律,给出了调节控制参数抑制低频振荡的最优顺序。最后,利用时域仿真模型和小功率车网实验平台验证了参数对低频振荡的影响规律,有效说明了所得结论的正确性。     

基于阻抗模型的并网变流器低频振荡机理研究

近年来世界范围内发生了多起新能源并网低频振荡现象。为揭示低频振荡机理,以弱电网条件下并网变流器为研究对象,根据阻抗理论,分别建立了dq坐标系下并网变流器常用的2种控制方式单电流环控制和电压电流双环控制的小信号阻抗模型,在此基础上给出了2种控制模式下的并网变流器低频导纳特性,分析了电流环与电压环PI参数对并网变流器低频振荡特性的影响,得到影响低频振荡的主要因素;对多台变流器分布式并联运行振荡特性进行分析,给出了弱电网与并网变流器以及并网变流器之间的交互特性。最后通过仿真和实验验证了所得结论的正确性,能够实现并网电流低频振荡现象可受控的复现与抑制。     

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。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

三相变流器并网系统的广义阻抗及稳定判据

三相变流器的输出阻抗矩阵特性对系统的稳定性有重要影响。无论在静止坐标系还是dq坐标系下,由于锁相环或电网等原因,变流器和电网的阻抗矩阵难以同时对角化解耦。耦合项的存在导致基于阻抗的变流器并网系统小干扰稳定性分析方法十分复杂或存在较大误差。为此,该文基于特征方程降阶的思路,在一定假设条件下提出可分析变流器系统小干扰稳定性的广义阻抗判据。首先,在极坐标下建立变流器端口和电网端口的小信号阻抗模型,并在此基础上定义了变流器及电网的广义阻抗。其次,利用严格的数学变换得到了反映变流器与电网交互影响的降阶特征方程。研究表明,系统振荡可以看作变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振,广义阻抗判据是传统阻抗判据的扩展,在控制器外环和锁相环动态都可以忽略的前提下广义阻抗判据和正负序阻抗判据等价。最后,数字仿真和基于RT-LAB的硬件在环仿真验证了广义阻抗判据的有效性。     

构网型储能变流器并网系统SISO环路增益建模与重塑控制

储能变流器是连接储能介质与电网的核心装备,当变流器控制参数与电网阻抗不匹配时,易出现失稳现象。为了分析构网型（GFM）储能变流器的并网稳定性,本文提出一种功率同步环主导的单输入单输出（SISO）环路增益模型,结合频域控制理论中的幅值、相位裕度实现对GFM储能变流器并网系统小干扰稳定裕度的量化分析,结果表明GFM储能变流器在弱电网下具有良好的稳定性,但是在强电网下系统稳定裕度不足;因此,提出一种基于虚拟阻抗的GFM储能变流器并网系统环路增益重塑控制策略,并研究虚拟电阻、虚拟电感对系统抗噪声干扰、稳态运行点及稳定性的综合影响规律,给出参数的整定建议。最后,通过Matlab/Simulink仿真模型证明了理论分析的正确性和有效性。     

弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析

可再生能源经变流器接入弱电网时,变流器向电网输出无功功率有利于提高并网点的电压质量,但是无功控制的动态特性对变流器系统的稳定性有重要的影响。为分析此影响,文中建立了采用定无功功率控制策略下变流器的阻抗模型,通过分析无功控制外环动态改变所引起的各元素阻抗特性变化,判断无功控制外环动态对系统稳定性的影响,并采用广义奈奎斯特判据验证上述分析结论。其次,采用特征根轨迹法,分析了无功控制外环比例参数及电网强度的变化对系统稳定性的影响,结果表明弱电网下无功控制外环可能引发中高频振荡问题。最后,基于RT-LAB进行在环仿真验证理论分析结果。     

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。     

虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)按照控制方法的不同可分为电压控制型和电流控制型VSG。首先,采用谐波线性化方法建立电压控制型VSG和电流控制型VSG的小信号序阻抗模型,对比分析这两种不同类型VSG的序阻抗特性。电压控制型VSG的序阻抗基本呈感性,与电网的阻抗特性基本一致;而电流控制型VSG的序阻抗在中频段显负阻性,且阻抗幅值非常小。基于所建序阻抗模型和Nyquist稳定判据分析电网强弱、VSG并网台数和锁相环带宽对两种不同类型VSG并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明:电流控制型VSG接入电网容易发生谐波振荡问题,而电压控制型VSG并网系统在弱电网或者高渗透率新能源发电下依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,电压控制型VSG比电流控制型VSG更适合应用于新能源并网发电中。实验验证了该文分析的正确性。     

电流闭环对三相PWM变流器输出阻抗的影响分析

三相PWM变流器输出阻抗对其输出特性以及并网系统稳定性有着重要的影响。现有阻抗的研究多集中关注由变流器输出阻抗导致的交互影响问题,而对变流器本身输出阻抗特性分析较少。以三相PWM整流器为例,用小信号方法建立了整流器的开环阻抗模型以及考虑电流环和锁相环之后的阻抗模型,分析了电流环的引入对整流器阻抗的影响以及电流环参数与阻抗的关系。结果表明,与开环控制相比,引入电流环之后整流器的导纳幅值整体减小,在低频段减小的幅度与电流控制器的积分参数有关,在高频段减小的幅值与电流控制器的比例参数有关。仿真结果验证了分析方法的有效性和分析结果的正确性。     

弱电网条件下考虑频率耦合的三相并网逆变器简化阻抗建模及宽频带振荡分析

并网逆变器作为新能源并网时的关键接口,其输出阻抗和电网阻抗的交互,可能会引起10-2kHz宽频带振荡问题,通过分析锁相环、电流环及延时环节对阻抗特性的影响,发现锁相环和电流环是引起系统中低频振荡的主要原因,延时是引起系统高频振荡的主要原因。在考虑频率耦合的情况下建立了并网逆变器单输入单输出(SISO)序阻抗模型,并根据不同控制环主导影响不同频段的动态,建立了中低频段（10-800Hz）和高频段（＞800Hz）简化模型。针对不同控制器对系统阻抗影响界限模糊的问题,通过对系统阻抗曲线的分频段分析,明确了不同控制器对于系统稳定性的影响界限,通过阻抗匹配和奈奎斯特判据对逆变器并网系统的稳定性进行了研究,最后,仿真和实验结果验证了本文的分析。     

基于全通复矢量滤波器的VSC电流双序控制建模及稳定性分析

为了在电网电压不平衡条件下运行和输出负序电流控制,电压源型变流器(voltage source converter, VSC)须采用电流双序控制策略。为兼顾VSC电流环的稳定性和抗扰性,采用一阶全通复矢量滤波器作为电流正、负序提取方法,实现在旋转坐标系统下的双序控制。针对VSC电流双序控制的建模、参数整定和稳定性分析3方面开展全面研究,基于建立的电流双序控制模型,明确了控制器参数整定方法,并根据奈奎斯特稳定性判据分析和验证了双序控制的稳定性,并给出其和单序控制在参数整定及稳定性上的差异。利用静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)分别通过动态、暂态及参数边界稳定实验进行全面验证,结果和结论表明了所提方法的有效性和实用性,具有较好的理论意义和工程价值。     

并网变流器频率耦合振荡分析及解耦控制设计EI北大核心CSCD

阻抗法常用于风电和太阳能并网系统的稳定性分析,变流器控制结构或参数的不对称可能引发频率耦合振荡现象,从而导致基于序阻抗的稳定性分析出现偏差。为此,文中首先建立变流器dq导纳模型,并将其控制结构分解为两个子系统分析耦合产生的原因;然后通过在变流器的电流内环和功率外环中加入解耦因子,分别消除由锁相环(phase locked loop,PLL)控制结构和功率外环控制参数不对称造成的频率耦合,使得变流器序导纳矩阵中的反对角元素为0。由于电网的序阻抗矩阵中反对角元素也为0,故并网变流器系统可以看作单输入单输出(single input single output,SISO)系统,进而能够运用传统的奈奎斯特判据分析其稳定性。解耦后的系统不存在频率耦合振荡现象,无需应用广义奈奎斯特判稳,便于分析系统振荡机理和谐振问题,分析结果可用于指导变流器控制器设计、电网规划及运行。仿真和实验都验证了所提全频带解耦方法的可行性和有效性。     

基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响

大量存在的并网逆变器会对分布式发电系统的电能质量和系统稳定性造成深刻影响,该文基于阻抗分析方法研究光伏并网逆变器与电网间的交互影响。论文定量分析光伏并网逆变器与电网之间由于阻抗交互影响所产生的谐波振荡,并通过基于硬件在环的分布式发电综合实验平台验证不同电网接入条件对并网逆变器稳定性的影响;推导LCL型并网逆变器的系统阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的主动阻抗控制策略来提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度,使光伏并网逆变器在不同的动态电网条件下均具有较好的控制鲁棒性;最后给出阻抗主动调整控制策略的设计过程和参数设计方法,并通过仿真验证主动阻抗控制策略的有效性。     

并网变流器序导纳模型的解耦控制方法

针对变流器中存在的频率耦合导致序阻抗法判断系统稳定性不准确的问题，提出了一种基于变流器序导纳模型的解耦控制方法。该方法在控制中引入解耦因子，并比较引入解耦因子前后变流器序导纳和耦合电流的变化。结果表明，引入解耦因子能在中低频段使序导纳的耦合项近似为0，变流器呈现出单输入单输出特性，耦合电流明显减小，从而序阻抗法能较准确地分析变流器的稳定性和系统的次同步和超同步振荡，同时解耦因子对系统的动态性能影响很小。Matlab仿真和实物实验验证了该解耦方法的正确性。     

并网变流器的频率耦合阻抗模型及其稳定性分析

可再生能源并网系统中,如光伏、风电以及无功补偿等并网均采用电压源型变流器。变流器与交流电网之间的相互作用会引发新的振荡问题,阻抗模型分析成为研究此类问题的重要方法。多数阻抗模型往往忽略了变流器外环控制和频率耦合的影响,适用于变流器高频动态特性研究,但在分析变流器中低频动态(如次同步振荡)方面不够精确。为弥补这一缺陷,文中针对典型电压源型并网变流器提出了一种频率耦合阻抗模型,同时考虑了互补频率耦合效应和外环控制,采用详细电磁模型时域仿真与辨识验证了阻抗模型推导的正确性。进一步构建并网系统的整体阻抗模型,分析变流器并网系统的稳定性,时域仿真结果证实了所提模型在中低频率振荡分析中的有效性。     

可消除无功振荡的分布式电源本地电压控制策略

为了消除分布式电源本地电压控制中潜在的无功振荡,提出了一种新的本地电压控制策略,并给出了相关控制参数的整定方法。首先,分析了分布式电源本地电压控制中无功振荡的特点,在此基础上引入阻尼系数和缓冲系数,提出了一种新型分布式电源的本地电压控制策略。然后,给出了阻尼系数和缓冲系数整定方法,分析了阻尼系数与控制系统稳定性的关系,并且基于蒙特卡罗模拟法提出了阻尼系数的选取方法。以IEEE 33测试系统为算例,验证了所提出方法的有效性。算例结果显示,阻尼系数和缓冲系数的选取可以显著影响控制系统的稳定特性,合理选取控制系统参数有利于提高本地电压控制系统的控制性能,不合理的参数有可能使系统一直处于振荡状态。     

基于阻抗分析法的并网变流器稳定性统一分析方法研究

变流器作为可再生能源发电并网的关键设备，在与交流电网互联时产生的系统振荡问题日益增多。阻抗模型是分析“变流器-电网”耦合系统稳定性的基础。首先基于αβ坐标系建立了特定工况下的并网系统阻抗数学模型；在此基础上，进一步建立全工况下的统一阻抗数学模型。由该阻抗模型可知，运行工况与控制器参数是影响系统阻抗特性的主要因素。通过Nyquist稳定判据量化分析两种影响因素对系统稳定性的影响。然后提出增大控制环参数Kpi以抑制系统在小干扰下的谐振，增强系统稳定性。最后，不同运行工况下的仿真与实验结果验证了所提出的全工况阻抗数学模型分析系统稳定性的准确性，同时也验证了稳定性提升方法的有效性。     

线路阻抗对构网变流器降阶模型精度影响及次同步振荡分析

在大部分关于构网变流器(GFM)次同步振荡稳定性的研究中,GFM通常被简化为只含有功率外环的三阶模型,这种降阶方法虽然简便,但其精确度会受到线路阻抗特征的影响,因此需要对GFM降阶模型适用性问题展开讨论,并提出更加精准的降阶模型。分析电网线路阻抗特征变化对降阶模型精度的影响,结果表明线路阻感比变化或短路比变化时三阶模型不能精确反映系统特性的变化,会对系统稳定性产生错误判断,其原因在于线路阻抗参数会影响电压环与功率环的耦合特性,2个控制环路均会对GFM次同步振荡稳定性产生影响。提出一种更加准确的包含电压环的降阶模型,可以精确表征线路阻抗特征变化对系统特性的影响,更加适合复杂电网下GFM的稳定性分析。基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性及所提模型的有效性。