多电平变换器补偿不平衡负载的应用分析

为了准确分析级联H桥星型接法变换器、级联H桥角型接法变换器和模块化多电平变换器在电网故障情况补偿不平衡负载的能力,根据功率平衡原理分别建立了这三种多电平变换器的数学模型进行对比分析,并得出结论:基于级联H桥星型接法的STATCOM不适合补偿不平衡负载。基于级联H桥角型接法变换器的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障时补偿不平衡负载的性能迅速降低。基于模块化多电平变换器的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。最后,基于Matlab/Simulink仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性。     

电网电压跌落时CHB-STATCOM的限幅策略

静止同步补偿器(STATCOM)除补偿电网平衡无功功率外,在网侧电压跌落时,还需输出负序无功电流来实现低电压穿越(LVRT)以支撑电网.传统的LVRT电流基准应用于星形级联H桥STATCOM(CHB-STATCOM)拓扑,会因电流不平衡导致单相过流,此外,由于需要额外注入零序电压实现相间电压均衡,CHB-STATCOM...     

兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略

针对三相级联H桥STATCOM传统三层电容电压平衡控制中,相间电压均衡控制动态性能较差,易对电网造成污染等问题,提出了一种基于模型预测控制兼顾电压波动抑制的相间电压平衡策略。与传统控制相比,该控制策略构建了包含相间电压均衡与直流侧波动抑制的新型价值函数,并基于此函数动态调节注入的零序电压,利用零序电压在剩余调制电压区间内连续的特点,提高级联H桥STATCOM相间平衡的动态性能,同时在一定程度上抑制了直流侧电容电压的波动。所提零序电压注入方案利用系统的剩余调制电压,使系统无需对注入的零序电压进行限幅处理,有效避免过调制问题,简化了控制系统。在五电平星型级联H桥STATCOM实验平台上进行实验验证,结果表明基于模型预测控制的级联H桥STATCOM相间电压均衡方案在提升相间均压的动态性能与直流侧电压波动抑制方面具有显著效果。     

一种基于消弧线圈和静止同步补偿器协同作用的配电网消弧结构与方法

由于线路对地电容的存在,中性点非有效接地系统发生单相线路接地故障后会引起较大的接地故障电流甚至弧光。本文提出一种基于消弧线圈和三相级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)协同作用的新型配电网单相线路接地故障消弧结构和方法,该结构将STATCOM中性点通过消弧线圈接地,当单相接地故障发生后,消弧线圈补偿接地故障电流中的大部分基波分量,另外通过对STATCOM增加共模控制回路,来补偿接地故障电流中剩余的基波、谐波和有功分量。实现了无源与有源消弧措施的结合,提升了单相接地故障电流的补偿效果,避免了使用STATCOM中性点直接接地来补偿接地故障电流时直流侧电压大幅升高和所需级联H桥单元增加的问题。另一方面该方法能够同时实现STATCOM无功补偿功能与消弧功能,提高了设备利用率。最后,通过Matlab/Simulink仿真和低压版实验系统的结果验证了该方法的可行性和有效性。     

不平衡电网下CCS-MPC在STATCOM中的应用

基于连续控制状态集模型预测控制(CCS-MPC)具有滤波器设计简单、开关频率固定等优点,在星形级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)中得到广泛应用。然而,星形级联H桥STATCOM的模块较多,数学模型复杂,导致CCS-MPC的鲁棒性变差。首先建立关于三相电流的目标函数,获得不含零序分量的最优调制波,使得CCS-MPC具备优化目标结果的能力,改善补偿电流的动态性能。为了使得星形级联H桥STATCOM能够在不平衡电网下正常工作,此处提出一种相间零序分量预测均压控制算法快速选取最优的零序调制分量,并叠加到上述最优调制波中实现三相直流侧电压均衡。通过仿真与实验验证了上述方案的可行性与正确性。     

高压直流输电系统动态恢复特性的仿真研究

为改善高压直流输电(HVDC)系统故障下的动态恢复特性,运用PSCAD/EMTDC仿真工具,研究了HVDC系统逆变站分别采用固定电容器(FC)、静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)3种无功补偿设备时的故障恢复特性,其中故障有直流闭锁、换流母线三相接地、单相接地、远端三相接地等。结果表明,交流系统较弱时,SVC会降低交流系统强度,而导致HVDC系统故障及故障恢复时发生连续换相失败,而STATCOM在电压保持、功率恢复等方面都较其他补偿设备有着明显的优点,能够显著改善HVDC系统的动态特性。     

直流系统中链式STATCOM暂态控制研究

交流侧暂态故障是导致高压直流输电系统换相失败的主要原因,为避免或减少换相失败,换流站中装设大容量H桥链式STATCOM迅速输出无功加快电压恢复。分析了换相失败下直流输电无功需求特性,解析H桥链式STATCOM在系统暂态时稳定控制机理,针对基于瞬时无功理论的解耦控制在不对称系统中的局限性,提出采用去零序瞬时电流跟踪控制方法,将正序、负序电压和电流统一控制,避免装置直流侧支撑电容过电压闭锁跳闸。通过RTDS平台搭建一次系统模型,接入真实的控制器和阀触发系统完成试验验证。当交流侧发生对称或不对称故障时,链式STATCOM迅速响应输出额定无功,加速交流电压恢复并维持系统潮流稳定。试验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

电网电压跌落下基于零序电压注入的星形级联H桥STATCOM相间直流电压均衡控制策略

星形级联H桥STATCOM通常采用零序电压注入的方式实现相间直流电压均衡。不同于负序电流注入,基于零序电压注入的相间直流电压均衡控制在三相三线系统中不会产生零序电流,有利于系统的电能质量。在传统的控制算法中,零序电压通过不平衡的有功功率与电流计算得出。控制算法包含大量的复杂运算与矩阵运算,需要消耗控制器大量的资源,不利于系统设计与扩展。不仅如此,为了提高电网电压不平衡下的动态性能,在前馈控制中引入正负序分离,增加控制算法的复杂度。为了简化控制算法,该文提出采用PI调节器线性调节零序电压在dq坐标系上的直流分量。同时,通过理论分析,发现前馈控制中的零序电压与电网零序电压相等,故可去除正负序分离,进一步简化算法。最后,搭建400V/7.5kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提出的控制算法。     

电网不平衡情况下级联星接STATCOM的控制策略

STATCOM能否承受电网不平衡的冲击,在电网不平衡时持续稳定运行并提供有效的动态无功支撑,是其性能好坏的直接体现。本文从抑制负序电流和有功功率平衡的角度出发,利用叠加原理,提出级联星接STATCOM的负序电压前馈和零序电压稳压的控制方法。通过在逆变端口电压中叠加负序分量来抑制负序电流,在逆变端口电压中叠加零序分量将正序无功电流与逆变端口电压负序分量作用产生的有功功率予以抵消,从而实现了三相直流电压的稳定。该方法可以应对电网故障时负序电压对装置的影响,避免了装置在电网故障时直流电压失稳,同时能够准确地补偿动态无功。本文所提策略最终经过Matlab/Simulink完整仿真测试及RTDS试验测试。     

集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器及其控制策略

已有一体化变流器存在无法同时进行无功补偿和故障抑制、各桥臂两端承受电压高、动态响应速度慢以及电弧接地故障抑制难等问题,故提出集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器新型拓扑结构及其控制策略。首先,分析一体化变流器的拓扑结构及其工作原理,提出四桥臂级联H桥变流器的新型拓扑结构,三相桥臂星型连接用于无功功率补偿,在星型连接点与大地间增设一条由单相级联H桥变流器构成的接地桥臂,为变流器直流侧电压控制提供支撑,实现接地故障电流快速全补偿。其次,在分析无功补偿、故障抑制和直流侧电压稳定控制原理和相互作用机理的基础上,提出三者的协同控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC软件对所提一体化变流器及控制策略进行仿真验证,结果表明在直流侧无独立电源的情况下,可同时进行无功补偿和故障抑制。     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

一起直流单极连续3次闭锁故障仿真分析

宁夏电网目前已接入3回直流,其中第1回直流为±660 kV接入,容量为4 GW;第2回直流为±800 kV,容量为8 GW;第3回直流为±800 kV,容量为10 GW,并正式形成了送端直流群。随着特高压直流的接入,宁夏电网发生直流故障的次数逐渐增多。针对第2回直流某次典型单极连续3次闭锁故障,详细介绍了事故发生的过程和故障前后宁夏电网运行方式及系统动态特性的变化情况。利用PSASP程序建立宁夏电网仿真模型,还原了故障前电网运行方式,并仿真再现了故障后的电网动态过程。通过仿真与实测结果的对比,进一步明确了直流故障期间电网特性的变化情况,同时验证了仿真模型的准确性。     

10 kV电网中性点接地方式的分析

介绍了10kV城市电网中性点经小电阻接地方式和经消弧线圈接地方式的发展状况,以及两种接地方式的适用范围,给出了电容电流的估算方法。阐述了中性点电阻值、消弧线圈补偿容量的选择方法及零序保护配置和整定要求。针对两种接地方式的不同,指出了在母线接地系统并列运行时的不同之处。     

直驱风电系统中并联逆变器的仿真建模与分析

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器,三相PWM变流器并联运行为首选方案。由于直接并联时产生的零序环流会造成环流损耗甚至功率器件损坏,所以必须加以抑制。为此,深入分析了PWM变流器直接并联时环流产生的机理及采用SVM算法进行调制时零矢量对于环流的影响,并在此基础上提出了基于变化零矢量的SVM环流控制方法;在Matlab/Simulink7.1中建立了3个逆变器模块直接并联的仿真模型并给出了各逆变器的控制框图,利用s函数完成了控制算法的实现。仿真表明:这种并联方案有利于模块化设计,所提的环流控制方法可行,各逆变器模块均流较好,且能够实现电网侧有功和无功功率的独立解耦控制。     

光伏经多端柔性直流输电并网的控制研究

为解决大规模光伏电站远距离输电问题,采用光伏电站接入基于直流电压-有功功率-交流电压控制的多端柔性直流输电系统的并网方案。利用Matlab/Simulink仿真软件构建了一个包含两座光伏电站和一个无源网络的五端柔性直流输电系统模型,并对该系统的运行特性进行了详细的仿真分析。仿真结果表明,当光伏电站的输出功率发生波动时,五端柔直系统传输的有功功率可实现自动平衡;当电网发生三相短路故障时,光伏电站依然能够稳定运行,具有较好的故障穿越能力。     

2018年多直流馈入江苏规划电网连锁换相失败分析

针对2018年多直流馈入江苏规划电网,基于电力系统仿真程序PSD-BPA,研究了受端交流系统故障导致直流连锁换相失败及闭锁的问题,总结了多馈入交互作用因子以及节点电压交互作用因子在实际电网中的应用规律。由于江苏电网多回直流之间存在一定的相互耦合作用,当交流系统中主要线路发生故障后,会引起多条直流的连锁换相失败。此外,由于耦合程度的大小,相比于直流换流母线处发生故障,直流逆变站邻近交流母线故障后会造成更多直流的连锁换相失败。由于减轻多直流间交互作用的措施多数投资较大,江苏电网应在实际运行时给予这些交流母线故障更多的关注。     

计及线路动态电热特性的交直流混联电网过载控制策略

交直流混联电网中大容量直流闭锁或交流线路因故障切除会引发潮流大幅度转移,增加电网连锁故障风险,需及时采取安全控制措施阻断事故的扩大。为此提出一种交直流混联电网过载控制策略,该策略充分挖掘输电线路耐受过负荷的能力,引入导线动态电热特征量作为线路安全约束,协调健全直流输送功率调节、机组有功调整以及切负荷等多种手段,实现与时间关联的潮流动态优化控制。控制模型以总控制代价最小为目标函数,经过变量的优化筛选在较短时间内得到安全且经济的过载控制方案,可有效地避免混联电网连锁跳闸事故发生。最后,基于改进的IEEE39节点交直流混联系统,与采取不同线路安全约束条件、不同优化变量的控制方法相对比,验证了所提过载控制策略的有效性及优越性。     

政平换流站的无功功率控制

龙泉-政平±500kV直流输电系统自2003年6月正式投运,起着联系华中和华东两大区域电网的重要作用,研究其无功功率控制软件RPC的功能、结构和控制方法对其安全可靠运行和其他直流输电工程建设有着重要意义。为此介绍了政平换流站绝对最少滤波器等控制功能的控制模式。并简要说明了该站无功功率控制系统运行情况,指出需注意的问题以供同行业参考。     

应对多馈入直流换相失败的综合防御研究

随着多馈入直流格局的形成,系统安全稳定控制难度也随之增大。发生严重交直流故障时,存在多直流同时换相失败使系统失去稳定的风险,因此避免直流换相失败和维持受端电压稳定,是目前多馈入直流受端系统控制措施需要解决的重要问题。研究了多馈入直流换相失败的电网特性和影响因素,从三道防线角度研究提出应对多馈入直流换相失败导致的电压失稳的控制策略。基于实际电网进行仿真验证,所提出的控制策略可降低多馈入直流换相失败风险、提高受端电网电压稳定水平。     

基于VSC HVDC联网的风电场故障穿越能力研究

通过VSC HVDC技术进行大规模风电场并网可以不受传输距离的限制,隔离线路两端网络减少故障之间的相互影响,并可以自动换相,运行不需要借助于外部电源,因此VSC HVDC被视为较理想的风电场并网方式。在分析VSC HVDC的风电场并网系统的稳态控制策略及运行特性的基础上,当交流电网发生故障扰动时,对VSC HVDC联网的风电场并网系统的故障穿越能力进行了研究。给出了传统的直流泄放电阻的故障穿越方法,并提出了一种基于风电机组惯性支持的故障穿越方法。通过对双馈风电机组（DFIG）组成的风电场经VSC HVDC并网的系统进行仿真分析,验证了该方法能够在交流电网发生故障时迅速响应,防止VSC HVDC直流过电压,提高了系统的故障穿越能力。