采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,综合评估高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响。分别建立不同高频振荡抑制策略下模块化多电平换流器(modular multilevel convertor,MMC)的详细宽频阻抗模型,利用阻抗法分析高频振荡抑制策略对柔直系统次/超同步振荡风险的影响;构建输入–输出和扰动–输出传递函数,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统动态响应特性的影响;建立计及MMC电流内环和电容电压动态的柔直换流站故障暂态下交流电流峰值的理论分析模型,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统故障暂态特性的影响。最后,讨论高频振荡抑制策略参数交互对单一参数分析结论的影响。研究结论可为柔直工程高频振荡抑制策略的设计提供参考。     

直流配电系统直流电压控制时间尺度的低频振荡机理分析

柔性直流配电系统呈现低惯性弱阻尼特性,易产生低频振荡现象,目前振荡机理尚不明确。针对直流电压控制时间尺度的低频振荡振荡频率机理展开研究,提出了柔性直流配电系统在直流电压控制时间尺度(约100 ms)下的物理等效电路模型,推导了振荡频率的解析形式,通过对低频振荡影响因素的灵敏度分析,提出等效模型的降阶形式,获取了振荡频率与关键参数间的解析关系。基于PSCAD搭建了柔性直流配电系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与有效性。     

基于MMC的柔性直流配电系统低频振荡机理分析

以采用主从控制的柔性直流配电系统为研究对象,从时域角度提出了直流电压时间尺度下柔性直流配电系统的高阶数学模型,引入阻抗系数对数学模型进行了降阶处理.通过对降阶数学模型的分析,研究了子模块电容、子模块个数等电路参数与控制参数对振荡频率的影响,揭示了柔性直流配电系统低频振荡机理.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流配电系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

中压柔性直流配电系统故障暂态仿真研究

文中针对±10 k V/1 k A柔性直流配电系统进行仿真分析,包括直流系统仿真参数设计、结构选取,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时直流系统暂态变化的情况,并结合系统侧参数分析了各因素对暂态过程的影响。仿真结果表明,系统参数对故障暂态电压电流的变化有较大的影响;直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,对系统参数设置和器件及设备选型有一定的参考价值。     

交流系统单相接地故障对柔性直流配电网的影响分析

针对双端柔性直流配电系统,对换流器交流出口处单相接地故障特征进行分析,说明交流侧故障对直流侧的影响,指出直流侧电压会出现工频共模波动,比较直流侧电容中点直接接地与不接地时的不同,讨论了电抗器参数及电容大小对电压波动的影响。基于DIgSILENT/PowerFactory搭建双端直流配电系统模型进行仿真验证,最后结合仿真结果,给出降低故障影响的改进建议。     

柔性直流与极端交流系统间的谐波谐振

柔性直流输电技术正逐步应用于电网500kV主网架中。电网对送电设备高可靠性的要求,使柔性直流与交流系统的交互影响受到更多的重视。分析了柔性直流接入极端交流系统的高频谐振、低频谐振两种典型振荡模式。分析了柔性直流与交流系统高频谐振机理,高频振荡对控制参数变化不敏感,与控制链路延时、前馈策略相关性高,提出了可行的高频谐振抑制策略。此外,给出了典型的低频振荡仿真案例,仿真验证了低频谐振与控制参数的敏感性。     

直驱风力发电系统接入直流配电系统的小扰动稳定分析

近年来,随着直流技术的飞速发展以及风电接入电网的容量不断增加,风力发电系统接入直流配电系统成为消纳新能源发电的一种有效模式。文中构建了包含直驱风力发电系统的直流配电系统小扰动稳定模型,通过特征值和模态分析的方法获取了关键设备之间的振荡关系,重点分析了同步电机参数、锁相环控制参数以及DC/DC换流器控制参数对相关的系统运行模式的影响,以及风机侧与并网侧换流器之间的相互动态作用,其结果有助于直流配电系统多时间尺度振荡的分析。     

多端柔性直流电网的中高频振荡特性分析

大量研究和实发事件表明,柔性直流输电技术的应用会在系统中引入潜在的振荡风险。以往对于柔直振荡的研究往往集中于交流侧,而对于直流电网侧的振荡问题研究较少。该文针对柔直换流器与直流电网之间的振荡问题展开研究,首先通过电磁暂态仿真分析复现出柔直系统中高频振荡现象,其次建立系统直流阻抗网络模型,然后采用对数导数法定量分析系统振荡模式,最后分析了振荡的影响因素,总结了多端柔直电网中高频振荡特性。     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

基于PET控制特性的交直流配电网直流侧低频振荡分析

随着新能源、储能和柔性直流技术的发展,交直流混合配电网逐渐成为未来配电网的重要发展方向,大量电力电子设备接入给配电网带来了低频振荡等动态问题。为深入研究交直流混合配电网直流侧低频振荡问题,文中根据交直流配电网系统实际工程应用,对电力电子变压器主阀塔中的H桥串联和隔离型双向有源桥结构、三相逆变器以及三相Buck变换器等关键环节进行详细建模。通过时域仿真,复现了该交直流配电网实际工程中直流侧的4 Hz低频振荡现象,验证了所建数学模型的正确性。基于所建数学模型对功率和控制器参数等关键影响因素进行了定性分析,最终得出结论如下：功率水平、Buck环节电压环控制参数影响系统稳定性;Buck环节电流环积分系数影响振荡频率。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识

柔性直流输电系统接入交流电网后存在高频谐振的风险,研究表明交流电网运行方式变化与高频谐振的产生存在内在关联。针对交直流系统中的高频谐振问题,首先构建了柔性直流输电系统直流侧和交流侧计及串补站的等效阻抗模型,分析了柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振机理。对柔性直流输电系统交流侧运行方式变化(特别是线路发生N-1、N-2故障)下等效阻抗的变化规律进行了理论分析和总结。此外,提出了一种柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识方法,并以某地区电网局部交直流系统实际数据为例进行仿真,验证了所提辨识方法的有效性。     

高频软开关逆变器数学模型研究

分析了高频软开关逆变器-交流异步电动机构成的拖动控制系统,建立了该系统的数学模型,导出了谐振直流环节波形可靠回零所依赖的最小初始条件。即谐振电感具有最小初始电流I_(Lmin)(0),求出了要获得I_(Lmin)(0)时谐振电容短路开关所需的最小导通时间t_(1min)(0)。研究了负载条件变化对系统谐振特性的影响,其结论为:当直流电源内阻及谐振电感直流电阻足够小时,谐振直流环节谐振特性不仅与谐振参教L、C有关,而且亦强烈地依赖于负载电阻R_2。文中给出了仿真波形。     

考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析

基于模块化多电平换流器的高压直流（MMC-HVDC）输电系统的链路延时可能会引发系统产生高频振荡。文中通过Pade近似对延时环节进行等值,建立了基于四阶Pade近似等值延时环节的MMC-HVDC系统的状态空间模型。通过在阶跃工况下与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态模型动态特性的对比以及高频振荡的复现,验证了所建立的状态空间模型的正确性及四阶Pade近似等值延时环节的有效性。然后,研究了延时环节时间常数对系统特征根及高频振荡特性的影响,结果表明,基于特征值分析法对所建立的考虑延时环节特性的MMC-HVDC系统状态空间模型进行分析,可以得到引发系统高频振荡的临界延时时间。最后,通过参与因子分析法探究了引起系统发生高频振荡的主要因素,结果表明,系统的高频振荡现象主要是由交流系统特性与含有延时环节的MMC-HVDC系统特性之间的耦合作用引起。     

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。     

直流微电网高频振荡稳定问题的降阶建模及分析

为从等效电路角度揭示直流微电网高频振荡稳定机理,建立了直流微电网降阶电路模型.将直流电压控制单元降阶成等效电阻、电感串联电路模型,其中将下垂控制、直流电压控制及电流内环控制环节对系统高频稳定性的影响转化为可量化的等效电阻、等效电感.进一步结合采用等效电阻、电容并联电路的恒功率负荷模型,得到直流微电网全系统降阶电路模型,在此基础上提出了直流微电网高频振荡稳定性判据.并基于所提降阶模型,分析了直流电压控制单元详细控制参数对等效电阻、等效电感以及稳定性判据的影响,从等效电路的角度揭示了直流微电网发生高频振荡失稳的原因.最后,在PSCAD/EMTDC软件中对所提降阶模型进行了仿真验证.