海上风电柔直换流站负序电流参考值选取及保护适应性分析

对于海上风电经柔性直流送出系统中的交流汇集线路,线路两侧均为电力电子换流器,故障电流受换流器控制影响呈现幅值受限且相位不定的特征,常规继电保护难以适应。针对海上模块化多电平换流器（MMC）换流站,采取负序电流抑制与负序电流注入两种控制策略,分析了电流差动保护的适应性。当海上MMC换流站采取负序电流注入的控制策略时,电流差动保护可靠性与负序电流参考值大小密切相关,因此以提升差动保护可靠性为目标,提出了海上换流站负序控制电流参考值的确定原则,并进一步考虑负序电流参考值大小对交流汇集线路过电压的影响,最终确定了负序电流参考值的最佳选取范围。最后,在PSCAD/EMTDC中构建了相应的电磁暂态仿真模型,验证了所提负序电流注入及负序电流控制参考值选取原则的有效性和可行性。     

改进加权平均电流反馈的LCL型逆变器控制方法

为解决加权平均电流反馈(weighted average current feedback,WACC)控制下,并网电流存在谐振且开环增益中存在反谐振现象的问题,提出了一种改进的WACC方法。首先,引入电容电流反馈控制,以提升并网电流质量;然后,通过引入补偿环节,保证控制系统的降阶特性,从而有效抑制计及数字控制延时情况下控制系统中出现的反谐振和并网电流谐振。研究结果表明,所提方法可有效地将控制系统的幅值裕度从2.2 d B提升至8 d B,增强了系统鲁棒性,将并网电流谐波畸变率从5.46%降低到0.71%,改善了并网电流质量。所提方法可为实际工程中的并网逆变器控制提供参考。     

海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制

基于大型海上风电场通过柔性直流输电并网系统,分析研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。针对交流电网侧发生不对称故障时产生负序电流,采用延时法进行正负序分解,进而对正负序电流单独控制,提出了负序电流控制策略,抑制不对称故障时产生的负序分量。基于PSCAD平台搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略可以很好地抑制负序电流。     

自适应正负序复合控制的VSG低电压穿越策略

为了解决分布式新能源渗透率提高带来电网的系统等效阻尼和惯性降低的问题，一些学者提出了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。为了能够抑制电网电压不对称跌落时电网电流中的负序分量，VSG多采用基于两相旋转坐标系下d-q轴的正负序复合控制；但是正负序分离的延时恶化了故障发生和恢复时VSG输出电流的过渡过程，造成VSG过流风险增加。针对此问题，文中首先分析了电网电压对称和不对称跌落故障时电网电压等效幅值波形的特点，并据此提出了一种自动识别出故障类型,实现自适应正负序复合控制的VSG低电压穿越策略，不仅能抑制不对称故障时输出电流中的负序分量，还减小了正负序分离的延时影响和VSG出现暂态过流的可能性，使故障发生和恢复时VSG输出电流的过渡过程更加平滑。最后通过搭建仿真系统验证了文中所提方法的可行性。     

级联型STATCOM不平衡故障穿越负序电流抑制

为了改善在电网不平衡故障穿越中,级联型H桥静止同步补偿器(CHB-STATCOM)输出电流对称度和谐波特性,首先建立了不平衡故障电网负序电压和STATCOM相直流侧电压的定量关系,揭示了分离直流侧电压可获得对应的交流负序电压分量机理,提出通过调节三相直流电压即可直接产生相应的交流负序电压分量,实现对输出负序电流抑制;其次,利用直流电压闭环调节进一步产生装置高调制比,以改善输出电流谐波特性,最后通过380 V/7 kVA级联型STATCOM动模原理样机验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

计及锁相环动态特性的逆变电源故障暂态电流解析

现有的逆变电源交流送出侧短路故障分析研究针对暂态期间控制系统非线性控制环节的影响缺乏定量考虑,因此难以保证暂态电流的解析精度。为精确刻画逆变器故障暂态特征,提出了一种计及锁相环(phase-locked loop,PLL)输出动态特性的逆变电源故障暂态电流解析方法。首先详细分析了锁相环故障暂态特征及其对电流环动态特性的影响,其次针对PLL输出角频率与工频补偿角频率存在静态误差的情况,提出基于复数域形式解耦的数理方法,分析该场景导致dq耦合下的暂态电流。进一步基于时间断面分段描点实现了考虑PLL非线性动态输出影响下的暂态电流解析。相较于现有未考虑PLL动态特性的逆变电源故障暂态解析方法,所提方法详细揭示了逆变电源故障暂态期间PLL非线性动态输出对暂态电流的影响机理,刻画了逆变器故障暂态电流的欠阻尼特征及振荡衰减特性。仿真结果与现场录波数据均验证了所提方法的有效性及准确性。     

无交流电容的构网型换流器电压电流比例控制及故障限流

通过引入电压电流比例关系,构建了适用于高压构网型换流器的无电容矢量电压控制,可与传统内环电流控制组成构网型换流器级联控制架构,保留正序电流限幅和负序电流抑制能力,防止换流器在电网故障时发生过流闭锁和损坏。与传统外环电压控制不同,该电压电流比例控制不依赖于交流侧并联容性滤波器的电气关系构建,适用于无交流电容的高压构网型换流器的外环电压控制。通过选取特定的交流电压频率指令值,构网型换流器可实现恒电压运行或虚拟同步机运行。时域仿真结果表明,所提高压构网型换流器控制在电网故障时可自动实现换流器的负序电流抑制和故障穿越功能,避免换流器过流闭锁及损坏,并在故障清除后恢复正常运行。     

特高压直流电流互感器阶跃特性分析及测试方法

介绍了电子式直流电流互感器的原理架构、暂态阶跃响应特性及其影响环节,提出了一种基于闭环校验的直流电流互感器暂态阶跃响应测试方法,通过多项式拟合计算出阶跃响应延时时间等关键指标.并利用开发的暂态阶跃响应时间测试系统,对电子式互感器暂态延时进行了现场测试验证,证明该方案可行.     

提高储能换流器电压及功角暂态特性研究

为提高储能换流器电压及功角暂态特性,对有功电流-频率、无功电流-电压下垂控制进行改进,提出一种根据输出电压有效值变化率表征下垂系数,根据电压调节量自适应调节下垂系数的无功电流下垂控制策略。引入滞环控制在储能换流器电流自适应有功电流-频率下垂控制中,通过滞环控制器将功角维持在一定范围内,确保当电网电压跌落故障时,储能系统功角稳定。Matlab/Simulink仿真和RTDS实验结果表明：所提新型控制方案可以提高储能对系统惯性无功支撑能力,提高储能控制系统对电压暂态波动的抑制能力,有效提升了储能换流器输出电压及功角暂态性能。     

基于附加带阻滤波器的模块化多电平换流器高频谐振抑制策略

模块化多电平换流器控制系统的链路延时有可能引发高频谐振现象.该文建立了包含链路延时环节在内的模块化多电平换流器高频阻抗数学模型,根据阻抗分析法研究模块化多电平换流器高频谐振的产生机理.在此基础上,提出在电压前馈环节附加带阻滤波器的高频谐振抑制策略,设计带阻滤波器的控制参数,最后通过电磁暂态仿真验证了所提控制策略的有效性.     

小电流接地系统自适应单相接地保护新原理

传统的故障选线采用集中比较各条出线的零序电流大小或相位，不便在馈线保护中实现及现场终端单元( FTU) 上安装。该文提出一种新的基于负序电流补偿的自适应零序过电压保护原理。其基本保护采用零序过电压保护，动作时间采用反时限特性；在分析接地故障负序暂态电流分布特点的基础上，利用线路负序电流暂态有效值与一个可整定的补偿电抗相乘，形成补偿电压，并与零序电压幅值合成复合补偿电压，利用该电压对基本的反时限动作特性曲线进行修正，使零序过电压保护具有选择性。理论分析和仿真结果证明了方法的有效性。此外，还对采取该保护方案后，永久性线路故障和母线故障情况下如何保证供电的可靠性进行了讨论，提出了相应的解决方案。     

正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析

为揭示电网不对称故障下逆变型分布式电源的故障特征及机理,基于功率平衡和特性受控的思想,推导了基于正负双序独立控制策略下的短路电流表达式并分析了短路电流的影响因素。分析结果表明:逆变型分布式电源的正、负序电流dq轴分量是电压跌落作用下的二阶响应,三相正、负序电流由于二阶响应的超调一般呈现先逐渐增大后衰减到稳态值的趋势;逆变型分布式电源不对称故障电流的稳态值与输出的有功功率、无功功率以及正序电压、负序电压大小有关,暂态特性与变流器的控制参数以及故障瞬间电流相位紧密相关。PSCAD仿真和录波数据验证了理论推导的正确性。分析方法能够有效地表征逆变型分布式电源的故障特征,为通过变流器并网元件的故障特征分析和相关继电保护研究提供了理论参考。     

交流电网不平衡下铁路功率调节器负序电流完全补偿策略研究

在交流电网电压平衡情况下,采用传统补偿策略的铁路功率调节器(railway power conditioner,RPC)具有完全补偿负序电流的作用,然而当交流电网电压存在负序分量时,则难以完全补偿负序电流。首先,该文以V/v牵引变构造的铁路牵引供电系统为例,研究负序电流完全补偿时牵引变副边电流大小应相等且相位相差120°的机理本质。其次,分析负序电压如何影响副边电压和RPC补偿性能的机理。再次,以完全补偿负序电流为目标,率先提出基于副边电压的正负序电压分离方法以及负序电流完全补偿时换流器参考电流计算的解析表达式。最后,搭建电磁暂态仿真模型,从补偿策略性能对比分析、动态和暂态响应特性多角度全面验证所提方法的正确性和有效性。     

电网不对称故障下H桥并联型逆变器的控制

针对H桥并联型并网逆变器在电网不对称故障下出现的负序电流和并网输出功率波动问题,采用一种切换控制算法,在电网电压正常时采用P-Q控制并网逆变器向电网输出稳定的功率,在电网不对称故障时对正、负序电流分别控制以消除负序电流的影响。仿真和实验结果验证了所采用切换控制算法的可行性。     

含分布式电源的馈线电流序分量比较式保护

分布式电源的接入对传统配电网保护带来了严重的影响。此外,逆变型DG的故障特性以及系统的故障穿越电流均会影响到常规纵联保护的动作性能。对此,提出了一种含DG馈线的电流序分量比较式保护。针对非对称性故障,根据保护区域两侧负序电流的相位差异,构造了负序电流相位比较式保护判据。针对对称性故障,根据系统侧与DG侧提供短路电流的大小差异,构造了正序电流幅值比较式保护判据。基于上述保护原理,开发了保护样机,仿真分析与动模测试结果验证了所提含DG馈线保护的有效性。     

双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态运行特性

双极短路故障作为最严重的直流系统故障,研究该场景下海上风电模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)并网系统的暂态运行特性对于系统的断路器配置与控制方案设计有着重要意义.首先分析了直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)未动作时换流站短路电流的产生机理,并提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法.其次,研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧暂态电压、电流特性,并考虑了风电场运行工况和限流电抗参数对其暂态特性的影响.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态模型,通过仿真分析了双极短路故障下有无DCCB控制时换流站的暂态电压、电流特性.研究表明:所提短路电流计算方法具有良好的精度,且DCCB动作后风电场侧交、直流电压恢复速率与其输出有功功率呈正相关关系.该研究工作可为系统的电气设计、断路器选型提供理论依据,也可为系统故障恢复阶段控制方案的制定奠定基础.     

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

PLL-GFC（基于锁相环的构网型换流器）具备频率与电压调节能力，然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此，对PLL-GFC型MMC-HVDC（模块化多电平换流器型高压直流输电）暂态同步稳定机理展开研究。首先，介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后，建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型，采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素，由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后，通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型，验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。     

电压跌落下MMC-HCVD负序电流抑制策略研究

针对配电网电压暂降,提出了基于模块化多电平换流器的电流抑制控制方法。建立正常运行下（modular multilevel converter,MMC）换流器的两相同步旋转坐标模型,根据配电网不对称电压暂降情况,将MMC换流器控制模型转变为正负序分离的两相同步旋转坐标模型。针对于电压暂降故障,设计了一种可以快速实现跟踪故障分量的锁相环;在此基础上,利用基于PIR控制器的正负序电流内环控制器减小负序电流,实现对MMC输出电流的幅值抑制。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台验证该方法的有效性。     

负序电压前馈补偿的三相光伏逆变器不平衡单周控制策略

鉴于电网不对称故障时有发生,提出一种基于负序电压前馈补偿的三相光伏并网逆变器不平衡单周控制策略,并设计了三相PWM逆变器不平衡单周控制系统。该控制策略对并网电流反馈量进行电网负序电压前馈补偿,可实现脉宽调制逆变器恒功率控制,大大简化了控制器的参数整定,且无需计算并网电流正、负序分量。实验结果表明,该控制策略仅使用一个传统PI控制器即可从根本上抑制电网电压不平衡时逆变器直流侧电压2次谐波和并网电流畸变,同时获得了较理想的静态特性和动态特性。