基于虚拟阻抗补偿的数模混合仿真系统功率接口建模方法

该文提出了基于虚拟阻抗补偿的功率接口建模方法,以提高用于模块化多电平换流器高压直流输电的数字物理混合仿真系统的稳定性和仿真精度。在分析电压源型理想变压器法的原理及稳定性条件的基础上,提出在数字仿真系统受控电流源的控制量中加入虚拟阻抗电流补偿的方法。给出基于虚拟阻抗法的数模混合仿真系统稳定性条件,得出虚拟阻抗可能的取值范围。综合考虑系统稳定性和仿真精度,提出虚拟阻抗参数的优化方法。搭建用于简单系统和柔性直流输电系统的混合仿真系统的仿真模型,进行稳态运行条件下不同接口建模方法仿真结果的比较,验证了文中所提方法对于同时提高数字物理混合仿真系统稳定性仿真精度的正确性和有效性。     

基于虚拟线路补偿的主动配电网混合仿真接口实现方法

数字物理混合仿真是未来主动配电网仿真分析的有效手段,而接口算法是确保其系统稳定性和精确性的关键。针对现有接口算法无法适用于主动配电网混合仿真的问题,文中提出一种基于虚拟线路补偿的改进功率接口算法。首先,在分析理想变压器模型(ITM)法结构与稳定条件的基础上,提出在数字侧与物理侧间增设一条虚拟线路。然后,基于线路上虚拟电流对系统进行稳定性补偿,并给出了线路阻抗的取值范围;同时,针对接口固有延迟及稳定性补偿引入的误差,提出根据虚拟线路上流过的虚拟功率对接口两侧的相位差进行补偿,以保证精确性。最后,通过仿真和实验将文中所提方法与ITM法、阻尼阻抗法及虚拟阻抗法相比较,验证了文中方法在提升主动配电网混合仿真系统稳定性及精度上的有效性和优越性。     

柔性高压直流输电系统数字物理混合仿真功率接口及其算法

提出一种适用于模块化多电平换流器高压直流输电系统数字物理混合仿真阻抗实时匹配的接口算法。针对功率接口引起的数字物理混合仿真系统稳定性和精确性问题,在采用戴维南等效方法建立MMC模型的基础之上,构建基于阻尼阻抗法的双端高压直流输电数字物理混合仿真系统;通过数字仿真验证该系统良好的稳定性性能,同时也揭示出接口延时对仿真精确性的影响。提出基于dq坐标变换重构电压信号的延时补偿控制方法,可减小接口延时产生的系统误差,提高数字物理混合仿真系统的精度。仿真结果表明,所提改进阻尼阻抗接口算法能够保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,功率最大相对误差小于2%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。     

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

开放式换流系统的数字物理仿真实验平台研究

针对数字物理混合仿真接口稳定性问题,提出了通过改变功率接口阻值提高稳定性的方法。利用电路原理,对理想变压器模型接口算法进行了改进。在数字侧阻抗关键点上做了并联电阻处理,并在仿真中验证了方法的有效性。在数字物理混合仿真方面,以上措施提高了接口系统稳定性。介绍了开放式换流系统的接口结构和工作原理,运用改进理想变压器模型算法结合自主研发的开放式换流系统,搭建了380V/120kV风电场并网实验平台。实验与全数字仿真结果基本一致,从而验证了混合仿真系统的有效性和准确性。     

基于虚拟振荡器的微网逆变器并联系统分析

对含虚拟振荡器(VOS)的微网中逆变器并联控制策略进行建模与稳定性分析。离网状态下,采用VOS控制的逆变器并联相当于VOS控制器本身的并联,且VOS采用数字控制器编程得到。系统环流抑制效果受VOS控制器中谐振参数与激励源(EXS)函数影响。建立VOS控制器二阶系统传递函数和并联同步等效模型,分析了其稳定性与稳定条件。负载阻抗的变化会影响并联逆变器输出稳定,设计EXS模块基于功率均分状态补偿负载电流扰动,提高了输出电压波形的质量。仿真结果验证了所提方法的可行性。     

功率接口算法的改进及应用

数模混合仿真功率连接技术是电力系统仿真研究的重要手段,其仿真精度和稳定性受功率接口算法的影响。为此,研究了不同功率接口算法的现状和稳定性条件,在考虑工程适用性的前提下,提出了一种改进算法。根据接口算法的稳定性条件,采取阻抗补偿的方法来提高系统的稳定域,即在数字仿真子系统中补偿负阻抗,在物理模拟子系统中补偿正阻抗,使系统始终满足稳定性条件;采取相位延时补偿策略来提高系统的仿真精度,即通过相位延时补偿,消除信号传输、转换处理等环节的延时。仿真结果和工程应用案例证明了该改进算法能够有效提高系统稳定性和仿真精度,具有很强的工程适用性。     

基于负电阻补偿的VSC恒导纳建模方法

电力电子器件恒导纳建模是实现电压源型换流器小步长实时仿真的关键技术,伴随离散电路(associated discrete circuit,ADC)是目前最为广泛使用的电力电子器件恒导纳模型。针对ADC模型的虚拟功率损耗问题,该文提出一种基于负电阻补偿的开关器件恒导纳建模方法,该方法基于传统ADC模型,采用后退欧拉积分算法对模型进行离散化处理,通过在导通支路串联负电阻以补偿由ADC模型储能造成的虚拟功率损耗。基于三相两电平电压源型换流器拓扑,从最小化虚拟功率损耗和维持切换系统稳定的角度出发,提出所提模型的最优参数设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件进行仿真实验,实验结果表明,所提模型能够显著降低稳态下换流器的虚拟功率损耗,并提高暂态工况下的仿真精度。     

基于自适应模式切换的双馈风机并网数字物理混合仿真新型接口算法

数字物理混合仿真已成为交直流混合电力系统的重要研究手段,而接口算法是决定仿真系统稳定性和精确度的核心内容.为实现新能源经柔性直流输电外送的数字物理混合仿真,将数字物理混合仿真应用于双馈风机,设计了一种自适应模式切换的新型接口算法.根据阻尼阻抗匹配法的结构原理,建立了物理模拟双馈风机的动态等效阻抗模型;针对阻尼阻抗匹配法在双馈风机动态过程放大谐波电流的现象,在功率接口与数字侧之间增加滤波支路,并以双馈风机电流直流分量含有率为依据设计了支路开关的切换条件以防止开关误动作.采用小波神经网络时间序列预测法对物理侧双馈风机转速的传输进行了延时补偿,有效地提高了动态阻抗匹配算法的精确度.通过数字仿真对传统接口算法与新型接口算法的稳定性和精确度进行对比,最后搭建了双馈风机数字物理混合仿真实验平台,验证了所提算法的可行性.     

提高VSC-HVDC双向潮流工作模式下稳定性的虚拟电阻控制方法

在交流电网互联的双端柔直中,通常采用一个换流站定直压控制另一个换流站定有功功率控制的控制方式。在这种控制策略下,从定直压站传向定有功功率站的系统稳定传输功率要低于从定有功功率站传向定直压控制站的功率。为了提高从定直压站到定有功功率站的传输功率,提出了一种改进的虚拟电阻控制策略。基于所提方法,建立了包括定直压站输出阻抗模型和结合线路阻抗及有功功率站的输入阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了含改进虚拟电阻控制器的系统稳定性。证明该策略可以通过改变定直压站的直流侧输出阻抗来提高系统的传输容量。仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真同时证明了所提策略的动态性能优于传统的PI双闭环控制策略。     

功率硬件在环仿真中功率接口直流电压控制及电容参数设计

作为功率硬件在环(PHIL)仿真中连接数字侧和物理侧仿真的互联装置,功率接口对PHIL仿真系统的稳定性起决定性作用。物理侧负载扰动所引起的直流电压波动是影响功率接口的稳定运行的关键问题之一。针对这一问题,为了提高PHIL仿真系统稳定性,考虑控制时滞,提出一种基于直流输出电流前馈的直流电压改进控制策略,并给出了其前馈系数的参数设计方法。根据变流器交直流侧有功功率平衡关系,利用小信号分析方法,建立了功率接口交直流统一模型,通过该模型分析并证明了所提控制策略在负载小扰动情况下抑制直流电压波动的有效性。提出一种直流电容参数计算方法,并证明前馈控制可以有效地减少直流电容。最后,仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于可编程电源的数模动模混合仿真系统研究

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,提出一种基于可编程电源的数模动模混合仿真系统。利用动模实验室搭建动模仿真系统,并在RTDS中搭建39节点系统作为数字仿真系统模型,结合以理想变压器模型算法作为功率接口算法的接口系统,形成一个800 V/345 kV的动模数模混合实时仿真系统实验平台。在研究混合仿真接口两端系统延时对系统稳定性和准确性影响基础上,提出用二阶相位超前环节对下发通道和上传通道的接口延时进行相位补偿,以提高系统稳定性和准确性。通过对所搭建的数模动模混合仿真系统的实验,并与纯数字仿真进行对比分析,进一步验证了混合仿真系统的有效性。     

计及线路电阻的直流微网混合储能系统电流分配控制策略

在研究传统混合储能电流分配控制策略的基础上,分析存在线路电阻参数时对混合储能系统电流分配的影响,提出了一种基于阻抗主动测量的改进下垂控制策略。该策略中,功率波动的低频成分仅由蓄电池补偿,而高频成分由超级电容补偿。在PSIM中搭建了包含单台蓄电池和单台超级电容的混合储能仿真电路,仿真结果表明,所提控制方法能够削弱线路参数造成的影响,实现混合储能系统的分频协调控制。     

集成有源阻尼器功能的并网逆变器虚拟电阻补偿控制方法

有源阻尼器通过构造虚拟电阻提高接入弱电网中逆变器的稳定性,但虚拟电阻的准确性受开关频率限制,有源阻尼器的功能难以集成到常规的并网逆变器中,为此,提出一种虚拟电阻补偿控制方法。建立集成有源阻尼器功能的并网逆变器阻抗模型,分析虚拟电阻对提升系统稳定性的作用;阐明控制带宽和数字延时对虚拟电阻准确性的影响,针对并网逆变器易发生谐振稳定性问题的谐振频段,设计一种新的虚拟电阻补偿环节,显著提升了虚拟电阻的补偿精度。系统阻抗稳定性分析表明,所提方法虚拟出的阻抗具有良好的电阻特性。实验结果表明,集成有源阻尼器功能的并网逆变器接入系统后具有较好的阻尼谐振作用,显著提升了系统稳定性。     

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.     

直流微电网中混合储能系统的动态均流控制策略

混合储能系统同时具备高功率密度和高能量密度的特点,对于平抑分布式发电与负荷的功率波动有着重要意义。在分析现阶段混合储能控制策略的基础上,提出了一种改进型的下垂控制策略,用于直流微电网中混合储能系统的动态均流控制。该方法包括虚拟电阻下垂控制及虚拟电容下垂控制,蓄电池补偿负荷波动的低频成分,超级电容补偿负荷波动的高频成分。最后,在PSIM仿真平台下搭建了混合储能系统的仿真模型,验证了所提方法的有效性和实用性。     

控制器硬件在环混合仿真系统延时及补偿方法

基于实时数字仿真器(RTDS)建立了并网逆变器的控制器硬件在环混合仿真系统。分析系统延时产生的原因及组成,针对延时对混合仿真系统稳定性、仿真精度及带宽的影响进行建模分析,并提出一种基于改进离散傅里叶变换算法的延时补偿方法,可以有效地补偿延时影响,以提高系统的稳定性及仿真精度。理论分析及实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

光伏微网系统功率硬件在环仿真接口算法研究

对现有的功率硬件在环仿真接口算法进行了综述,基于理想变压器模型(Ideal Transformer Model,ITM)讨论了算法的稳定性和改进措施,通过无接口算法、无补偿电感ITM接口算法、添加补偿电感ITM接口算法三种情况的仿真试验,对比分析现有的功率放大器对仿真稳定性的影响,验证了改进接口算法能够提高功率硬件在环仿真系统的精确性和稳定性。