高压直流输电换相失败响应策略与预测控制技术路线分析

从高压直流输电熄弧角控制的原理出发,对比了实测型和预测型熄弧角控制方式的优缺点,从控制系统响应和保护系统响应两方面探讨了SIEMENS和ABB所采取的换相失败响应策略。着重研究了换相失败预测控制功能(CFPREV)在不同交流母线电压跌落程度和电压畸变程度故障下的响应情况。仿真结果表明,当交流母线电压跌落较为严重时,无论是否投入CFPREV功能,都未能阻止换相失败,但投入CFPREV功能后有利于换相失败后直流系统恢复;当直流系统与交流母线间的电气联系较强或交流母线电压畸变程度较低时,CFPREV功能在预防换相失败上有明显效果。     

双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进

在传统的矢量控制策略下,当电网电压发生三相对称短路故障时双馈感应发电机(DFIG)变流器直流母线电压会产生剧烈波动,从而影响整个风电系统的稳定运行。为此,需要对DFIG网侧变流器控制策略进行改进。分析了电网电压三相对称跌落时引起直流母线电压波动的原因,并在此基础上提出了新型的前馈控制方法。当电网电压跌落时对网侧变流器电流参考值做必要修正,从而达到减小直流母线电压波动的目的。为了验证该控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC软件环境下建立了容量为2MW的DFIG风电系统模型,并在此模型下进行系统仿真。仿真结果显示,提出的前馈控制策略能够有效的减小直流母线电压的波动。     

永磁直驱风力发电系统网侧脉冲宽度调制变换器的闭环控制

永磁直驱风力发电系统通常通过全功率变换器并入电网,为提高并网运行的稳定性,研究三相电压型双脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器矢量控制策略。依据背靠背电压型整流器(voltage source rectifier,VSR)的d-q轴数学模型,结合空间矢量PWM技术,建立永磁直驱风力发电系统的网侧PWM变换器仿真模型;采用前馈解耦方案,实现VSR的有功、无功功率解耦控制,获得基于电网电压定向的电压电流双闭环控制策略;通过选择兼顾系统良好性能要求的控制参数,使得直流母线电压快速稳定,改善电流的谐波畸变率。建立了MATALAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明系统具有良好的动态响应能力,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

综合电能质量补偿器直流侧电压波动控制研究

综合电能质量补偿(PQ)逆变器是一种具备谐波抑制、无功补偿和三相不平衡补偿等多种功能的电能质量补偿装置。其输出电流成分复杂,包含谐波电流、负序电流、零序电流和无功电流,这也导致了逆变器直流侧母线电压存在交流波动。此处推导了逆变器输出电流与直流侧母线电压间的内在联系。在此基础上,提出一种新的直流侧电压控制方法,实现了电流跟踪精度与直流侧电压稳定性之间的平衡,并很好地抑制了直流侧电压波动。最后,实验结果验证了该方法的有效性。     

LCC-MMC型混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

整流侧采用电网换相型换流器,逆变侧采用模块化多电平换流器的混合直流输电系统可以解决传统直流输电逆变侧换相失败问题。针对混合直流输电系统送端交流故障引起的直流功率传输中断问题,提出一种基于降低逆变侧桥臂电压交直流分量的故障穿越控制策略。在分析送端交流故障特性的基础上,设计了根据整流侧交流母线电压跌落程度确定逆变侧子模块减投个数的方法,依靠对逆变侧直流电压的降低值进行定量分析来维持送端交流故障后直流系统的功率传输能力。在计及换流器有功、无功约束的条件下,设计了整定逆变站直流调压限值的方法。采用同步调控换流器桥臂电压交直流分量的方法降低逆变侧直流电压,能够满足系统对调制比的要求,使逆变侧交流出口电压不发生畸变,且适用于送端交流母线电压跌落较大的情况。最后,通过对不同严重程度的送端交流故障进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。     

三相光伏并网逆变器电压环设计与实现

三相光伏并网逆变器的直流母线起到平衡直流输入功率与交流输出功率的作用。首先对三相并网逆变器母线电压环进行建模,在此基础上分析了电网电压不平衡对母线电压和并网电流的影响。通过在母线电压环路中引入自适应格型陷波器(ANF),解决了母线电压环动态性能和稳态总谐波畸变率(THD)性能之间的矛盾。最后通过实验验证了控制策略的有效性。     

混合多馈入直流输电系统交流故障下VSC暂态调压控制策略

混合多馈入直流输电系统逆变侧发生交流故障,会引起直流电压的跌落和直流电流的增大,严重时可能导致多回输电线路同时发生换相失败。为了依靠MMC四象限运行能力向受端交流系统提供电压支撑,在分析LCC连续换相失败机理和逆变侧交流故障特性的基础上,设计了基于快速无功-电压下垂控制的MMC暂态调压控制策略,并根据不同交流电压跌落程度,分别设计了其无功参考值的选取方法。交流母线电压跌落较小时,利用公共耦合母线电压跌落前后的差值确定MMC无功功率参考值。交流母线电压跌落较大时,通过建立LCC直流电流与MMC无功出力之间的关系,提出了由换相电压–时间面积理论计算抑制LCC后续换相失败直流电流限值的方法,并由此确定MMC外环无功功率参考值。最后,通过对不同严重程度的交流故障进行仿真对比分析验证了所提控制策略的有效性。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

电网不平衡时PWM整流器正负序分量计算方法

分析了现有的电网不平衡条件下PWM电压型整流器(VSR)系统中正负序分量的计算方法,针对其所存在计算量大,控制较为复杂等问题,提出了一种基于静止坐标系的正负序分量计算方法,即T/4(T为基波周期)延迟法,并将这种方法成功地应用到电网不平衡时的三相VSR控制系统中。仿真与实验结果表明,T/4延迟法计算速度快,较其他方法能有效抑制直流母线电压波动和交流侧电流谐波,保证很高的功率因数和输入电流较好的正弦度,得到较为理想的直流母线电压,并能很好地满足控制系统的需求。     

逆变侧交流电压畸变下HVDC运行特性分析

推导了逆变侧交流母线电压存在畸变时锁相环的输出特性和阀换相特性,揭示了谐波电压对逆变侧定熄弧角控制器和低压限电流控制器(VDCOL)带来影响的机理,解释了谐波电压的存在会减小逆变侧延迟触发角的指令值、降低直流系统传输容量的原因。针对交流母线电压谐波畸变情况下定熄弧角控制不能很好跟踪其整定值的问题,通过减小电流偏差控制的增益,有效减小定熄弧角控制在交流电压畸变时的稳态误差量,降低了传递容量的损失。提出了谐波影响下直流系统稳态工作点的计算方法。PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性、改进措施的有效性和计算方法的准确性。     

基于综合无功目标的整流器直接电流控制

直流母线电压稳定是交-直-交型变频器系统正常工整流器控制策略.在d-q同步旋转坐标系下分析了整流器系统动态特性.指出在传统的直接电流控制方案基础上,利用无功电流iq对有功电流id响应速度的影响可增强母线电压抗扰能力.进而提出一种将维持单位功率因数和母线电压稳定模糊综合为iq调节目标的控制方案.仿真结果表明新策略改善了整流器系统的动态特性,因此能够减少对直流母线电解电容的容量要求,从而提高了整体系统的可靠性.     

三相PWM整流器直接功率控制研究

进行了三相电压型整流器(VSR)瞬时有功功率和瞬时无功功率的控制来达到对系统输入电流和输出电压控制的原理分析,提出了基于滑模变结构的空间电压矢量调制的直接功率控制策略,建立了直接功率控制系统Simulink模型,完成了实例仿真.仿真结果表明,使用该控制策略的三相PWM整流器具有更快的响应速度和更好的鲁棒性.     

电网电压不平衡下三相VSR的优化控制策略

电网电压不平衡时,以电网平衡为约束所设计的三相电压型PWM整流器(VSR)会出现不正常的运行状态.其交流侧将产生负序电流,使网侧电流严重不对称.提出了基于同步旋转坐标系的三维复空间瞬时功率定义方法,适合于三相VSR不平衡控制和功率分析.同时在此基础上提出抑制交流侧负序电流的控制策略,最后进行了系统仿真.结果表明,该控制...     

基于多绕组永磁发电机的大容量级联型风力发电变换器

针对大容量风电机组的中压变换问题,提出了一种基于多绕组永磁发电机的级联型变换器系统,通过模块单元级联实现中压输出,从而省去升压变压器.将模块中发电机的两个正交绕组经PFC整流后在直流母线上并联,实现发电机单位功率因数运行,并保持馈入直流母线的瞬时功率恒定.利用发电机的电枢电感作为升压电路的储能电感,减小了系统的体积和成本,导出了电感取值的适用范围.逆变侧的H桥单元级联电路采用矢量控制,独立调节注入电网的有功和无功功率.仿真和实验结果验证了该类变换器拓扑结构和控制方法的有效性.     

一种实用的谐波分频检测方法

针对基于瞬时功率理论的ip-iq算法无法单独提取各次谐波分量等情况,提出了一种改进的ip-iq谐波分频检测方法。利用改进的ip-iq法能直接对a-b-c三相坐标系下的单相电流进行分解,获得单相电流的有功电流和无功电流,通过低通滤波器后获得基波或者各次谐波的有功电流分量和无功电流分量,再直接转换为a-b-c三相坐标系下的基波电流和各次谐波电流,省去了三相至两相坐标变换及其逆变换,因此计算量更少。仿真分析结果表明该法能较好的实时检测三相电网基波和各次谐波分量。     

新型正弦脉宽调制控制电压源型动态静止无功补偿器

提出了一种适用于低压配电系统的新型动态无功补偿电路拓扑。主电路采用三相四桥臂逆变器结构,可以对负荷不平衡进行有效补偿。逆变器控制采用正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制,保证电压电流失真度低,并通过调节逆变器的输出电压从而动态调节静态无功补偿器(static var compensator,SVC)补偿无功功率,最终实现系统无功补偿为零的目的。通过与固定补偿电容器相结合,它能以较小的逆变器容量来补偿动态无功,提高系统的功率因数和电压稳定性。利用PSCAD/EMTDC平台对该系统进行了仿真研究。仿真结果验证了控制策略的可行性和有效性。     

电网电压不平衡下MMC的无源控制策略

提出了电网电压不平衡条件下模块化多电平换流器(MMC)的无源控制方法,其能很好地解决电网电压不平衡条件下MMC存在的交流侧三相电流不对称、有功功率出现二次脉动、无功功率出现二次脉动的问题。根据MMC的拓扑结构,建立MMC在电网电压不平衡条件下的数学模型,分析MMC在电网电压不平衡条件下的内部特性,并在此基础上设计电网电压不平衡条件下的环流控制策略。基于存储函数的无源控制理论,针对上述3个不同的控制目标,制定相应的非线性无源控制策略。     

三相电流型脉宽调制整流器的功率因数控制新方法

该文建立了三相电流型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器的基于开关函数的abc三相静止坐标系下的一般数学模型和dq同步旋转坐标系下的简化数学模型,详细分析了它的稳态特性,尤其是系统的无功功率及功率因数特性。在此基础上,提出一种三相电流型PWM整流器的功率因数控制新方案。不同于传统的基于静止abc坐标系的控制方法,该文将控制算法建立在dq同步旋转坐标系上,提出了基于交流侧电容电压定向的矢量控制,使得直流侧电流和交流侧功率因数得以解耦控制。该控制方法对系统参数的依赖性小,能够自动调节到其可以达到的最大功率因数运行点。该控制方案的有效性和可行性通过仿真进行了验证,并进一步在一个5 kVA的试验样机上进行了验证。     

三相PWM整流器混合非线性控制研究

采用传统单一控制策略的三相PWM整流器性能难以满足工程实际日益提高的性能要求,该文提出了一种新型的混合非线性控制方法,综合利用滑模控制、输入及输出线性化控制、空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制技术的优点。电压外环采用滑模控制,电流内环采用输入及输出线性化方法,并采用SVPWM技术对控制信号进行调制。基于该控制方案的系统具有以下突出优点：控制系统全局稳定,输出直流电压动态响应快,无稳态误差,对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性;电流实现解耦控制,输入电流正弦,畸变率小,单位功率因数;直流电压利用率高,开关频率恒定,易于数字实现。数值仿真和实验验证了所提控制方案的正确性和优越性。     

双PWM变换器功率前馈控制方法

为解决双PWM变换器控制直流母线电压波动偏大和系统响应慢的问题,提出了一种功率前馈控制方法。在整流器侧有功电流的给定值中加入逆变器有功功率对应的补偿量,在电机运行状态发生改变时不会直接改变直流侧母线电容电压的大小,而是直接改变整流器侧有功电流的大小。仿真结果表明双PWM变换器功率前馈控制策略能有效减小直流母线的波动,使减小直流母线电容成为可能,同时也提高了系统的动态响应性能。