背靠背双PWM变流器的协调控制策略

以背靠背双脉宽调制（pulsewidthmodulation,PWM）变流器为研究对象,首先建立了其动态数学模型,接着从实现其多种控制功能的角度出发,设计了其构成电压源型变流器（voltagesourceconverter,vsc）的双闭环控制器结构,并基于所建立电压源型变流器的d-q同步旋转坐标数学模型,研究了双闭环控制中用于实现VSC输出电流解耦控制的内环控制策略,以及用于实现VSC直流电压恒定、交流电压跟踪和功率四象限动态调节的多种外环控制策略。最后通过数字仿真,不仅考察了双PWM变流器中2个VSC实现不同外环控制策略的动态协调响应特性,而且仿真结果同时验证了所研究控制策略的可行性。     

基于电压向量合成的模块化多电平换流器控制策略

介绍了模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的拓扑结构与工作原理,提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multi-level converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）控制方法.传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高,相应的开关损耗也高.设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切,极大地降低了模块开关损耗.同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统,在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制.仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低,电压波动范围小,实现了功率的闭环控制,具备很好的理论研究价值和工程应用价值.     

Direct-current Vector Control of Three-phase Grid-connected Converter with L,LC, and LCL Filters

With the growing use of grid-connected converters in distributed generation systems, the problem of injected harmonics becomes critical. These harmonics require the connection of low-pass filters between the converter and the network. An LC or LCL filter has shown better attenuation to switching harmonics than a simple L filter and has recently drawn great attention in distributed generation areas. However, the control design of an LC- or LCL-filter-based grid-connected converter is more challenging. This article presents a novel vector control design for a grid-connected converter with an LC or LCL filter based on a direct-current vector control method. The behavior of the proposed control technique is compared and evaluated in a simulation and hardware experiment environment, which demonstrates that the proposed control approach has strong ability to trace rapidly changing reference commands, tolerate system disturbances, and satisfy various grid-connected converter control needs for different filtering configurations.     

Adaptive Reference Power Based Voltage Droop Control for VSC-MTDC Systems

Featuring low communication requirements and high reliability, the voltage droop control method is widely adopted in the voltage source converter based multi-terminal direct current（VSC-MTDC） system for autonomous DC voltage regulation and power-sharing. However, the traditional voltage droop control method with fixed droop gain is criticized for over-limit DC voltage deviation in case of large power disturbances, which can threaten stable operation of the entire VSCMTDC system. To tackle this problem, this paper proposes an adaptive reference power based voltage droop control method, which changes the reference power to compensate the power deviation for droop-controlled voltage source converters（VSCs）. Besides retaining the merits of the traditional voltage droop control method, both DC voltage deviation reduction and power distribution improvement can be achieved by utilizing local information and a specific control factor in the proposed method. Basic principles and key features of the proposed method are described. Detailed analyses on the effects of the control factor on DC voltage deviation and imbalanced power-sharing are discussed, and the selection principle of the control factor is proposed. Finally, the effectiveness of the proposed method is validated by the simulations on a five-terminal VSC based high-voltage direct current（VSC-HVDC） system.     

基于VSC的多端直流输电系统的控制策略

在换流器控制器设计中,采用基于输入输出反馈线性化策略的双闭环控制器结构和直流电压前馈补偿环节,既实现有功和无功的解耦控制,又改善了换流器交流侧的输出电压和电流波形.在多端系统稳定控制中,提出了多点直流电压控制策略,它提高了多端系统的功率平衡能力和运行的可靠性与经济性.文章对1个5端的电压源型直流输电( voltages...     

基于并联电压源型换流器的次同步振荡抑制策略研究

基于电力电子装置的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)抑制措施能够快速有效地消除火电机组的次同步振荡问题。该文基于复转矩系数法的原理,推导和分析了采用并联电压源型换流器(voltage source converter,VSC)阻尼和阻断次同步振荡的机理,并提出了一种阻尼与阻断相结合的次同步振荡抑制策略。针对实际工程中存在的次同步振荡问题,构建了实际系统的电磁暂态仿真模型,对所提出的方法进行了仿真验证。仿真结果表明,与以往抑制策略相比,所提出的抑制策略的抑制效果更加有效。     

基于PCHD模型的VSC-HVDC系统无源控制研究

基于端口受控耗散哈密顿系统（PCHD）模型,提出了一种针对基于电压源换流器的轻型高压直流（VSC—HVDC）输电系统的无源控制新方法。该方法就是将轻型高压直流输电的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC—HVDC的4种不同控制方式,确定相应的dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过互联与阻尼配置的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能和鲁棒性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统控制研究

基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场并网输电方式。文章针对VSC-HVDC系统,在功率外环控制、电流内环控制的双闭环传统控制方式基础上,电流内环采用输入—输出反馈线性化的控制方法,实现了对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能。利用Matlab/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对系统稳态和故障工况的仿真分析,验证了所设计控制方案的有效性和可靠性。     

DC/DC与DC/AC级联变流器阻抗协调控制策略

在back-to-back级联变流器系统中,前级子变流器的输出阻抗与后级子变流器的输入阻抗相互影响,如果系统参数设计不合理,将会恶化系统稳定性。该文提出了一种阻抗协调控制策略,将级联系统的前级子变流器和后级子变流器的低频阻抗均呈现为阻性阻抗,使得低频相移为0,从而提高back-to-back级联变流器系统的稳定性。基于双H桥DC/DC变流器和三相两电平逆变器级联拓扑结构,对所提控制策略与传统控制策略进行了比较。基于阻抗特性的稳定性判据显示,在低频范围内,所提控制策略可以促进前级功率源变流器和后级负载变流器面向中间直流母线侧呈现阻性阻抗,从而显著降低阻抗匹配作用产生的相移,有助于提高系统的稳定性。最后通过仿真和实验验证了所提出控制策略的有效性。     

背靠背四象限变流器的控制系统设计

介绍了背靠背四象限变流器控制系统的设计方案.整个控制系统由上层功率控制策略和底层PWM控制构成.在建立了背靠背四象限变流器在两相同步旋转坐标系下动态模型的基础上,提出了基于反馈线性化的非线性解耦控制器,并为背靠背两侧变流器分别设计了定直流电压和定有功、无功功率控制器.底层控制方面,设计了基于FPGA的空间矢量调制脉冲发生器.FPGA接收来自DSP的PWM控制参数,用于脉冲信号发生.最后给出了整个控制系统的硬件结构,并在30kVA/380V背靠背物理样机上进行了试验验证.     

柔性直流配电系统下垂系数选取范围研究

直流电压下垂控制模式下,如何选取合理的下垂系数成为直流配电网稳定控制范畴的难点。针对这个问题,本文提出一种适用于柔性直流配电系统的下垂系数选取方法。该方法在考虑下垂控制特性和网络传输特性的基础上,针对柔性直流系统整流侧和逆变侧分别建立带下垂控制特性的P-V特性曲线,得到了下垂系数选取范围与参考运行工作点的关系,揭示了下垂控制对直流系统可行域的影响规律,即随着下垂控制功率参考值的增大,为了保障直流电压运行在合理水平,下垂系数不能超过上限。     

一种新型双PWM变流器混合控制方法研究

为提高供电电压不平衡条件下双PWM变流器的性能,提出了基于EL模型的无源控制与PI控制相结合的混合控制方法。根据双PWM变流器主电路的拓扑结构,分别建立了整流器和逆变器在dq坐标系下的EL模型。以系统的设计目标为依据确定期望平衡点,增加耗散矩阵的注入阻尼,进而设计了无源控制器。设计两个PI控制器分别用于控制直流电压和为网侧三相交流线电流d轴分量提供给定值。仿真和实物实验均表明,所提出的混合控制方法是可行的。     

能馈型高压变频器整流部分的研究

传统的级联型高压变频器只能电动运行,是电网污染的主要来源之一,为克服此不足,这里提出了一种应用三相PWM整流技术的级联型高压变频器.该变频器采用双闭环控制策略,具有输出电压恒定、单位功率因数运行等特点,可实现电能回馈电网,解决了电网的污染问题.通过实际应用显示,该变频器在降低谐波,抑制直流侧电容两端电压波动等方面有很大...     

高岭背靠背换流站噪声控制方案研究

为有效减小高岭背靠背换流站噪声对站内运行人员和周围环境的影响, 在对换流站周围噪声敏感点进行调研的基础上, 结合以往±500 kV 高压直流换流站噪声分析研究的相关成果和本工程的具体特点,用噪声预测软件SoundPLAN 对其进行预测, 并真实地模拟了站内竖向布置和站址周围地形, 提出了适合本工程的降噪方案, 做到了环境效益和经济效益相和谐。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流系统接地方式

对舟山多端柔性直流输电系统的接地方式进行了研究,确定了各换流站应采取的接地方式,其中定海和岱山换流站推荐联结变阀侧采用星形电抗＋中性点电阻接地的方式,衢山、洋山和泗礁换流站推荐采用Y/Y型联结变＋阀侧绕组中性点电阻接地方式.在确定各换流站接地方式的基础上,计算确定了换流站设备的过电压和绝缘水平,其中定海和岱山换流站联结变网侧为220 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为950 kV,其他三站联结变网侧为110 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为450 kV;五端换流站联结变阀侧及直流侧的额定电压基本一致,联结变阀侧交流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV,200 kV直流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV.     

电压型Boost变流器控制策略的研究

对Boost电压型变流器应用比较广泛的幅相控制、滞环控制、预测电流控制、同步旋转坐标系下的电流控制、滑模控制等控制策略进行了分析,指出了它们的优缺点及应用范围,并给出了在同步旋转坐标下的试验波形,最后对变流器控制策略的未来研究重点做出了展望。     

混合背靠背模块化多电平变换器设计

近年来模块化多电平变换器在直流输电和电机驱动领域引起了广泛的关注。然而在电机驱动领域,输出低频时电容电压波动大的问题限制了其应用。提出了一种混合背靠背MMC拓扑,整流侧MMC采用全桥子模块和半桥子模块混合的结构,逆变侧MMC全部采用半桥子模块。分析了采用变直流母线电压的方法时电容电压的波动规律,并给出了系统的控制策略。电机在很大的转速范围内,电容电压波动基本恒定。最后,通过仿真验证了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

一种基于CSC-VSC的DC/DC换流器及其控制策略

在能源互联网建设中,DC/DC换流器是实现不同直流电压等级的可再生能源并网的必要环节,引起了广泛的研究。DC/DC换流器的体积、成本、动稳态性能和故障性能是其广泛应用的限制因素。为此,提出了一种并网端采用有源电流源换流器、分布式能源端采用电压源换流器的front-to-front混合DC/DC换流器,其中CSC和VSC交流侧采用高频率正弦波调制。所提出的基于CSC-VSC的混合DC/DC换流器具有体积小、成本低、可穿越直流短路故障等优点。通过对混合DC/DC换流器数学模型的分析,提出了换流器参数设计方法,给出了换流器运行范围约束。再提出了一种适用于混合DC/DC换流器的综合控制策略,其中CSC采用有功无功闭环控制、VSC采用交流电压幅值闭环控制。利用RTLAB半实物仿真平台分别对混合DC/DC换流器额定运行工况和直流短路工况进行了实验研究,结果验证了所提混合DC/DC换流器拓扑和控制策略的合理性和有效性。     

电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制

电网故障条件下模块化多电平换流器型高压直流输电系统的控制策略是目前亟需进行的一个研究课题。为此,基于Kirchhoff定律,给出了描述模块化多电平换流器(MMC)交流侧和直流侧动态特性的通用动态数学模型。该模型不仅适用于交流电网对称状态,而且适用于交流电网不对称故障状态,并考虑了换流变压器漏感的影响。根据对称分量法将换流器的通用动态数学模型分解为包含正序和负序分量的2个子系统,引入了换流器的正序和负序电流矢量解耦控制器以及外环功率控制器,可以实现在交流电网正常以及故障状态下对模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统的有效控制。设计了电网故障期间MMC输送功率的动态限幅控制,可以根据故障的种类和程度调节输送功率的限幅值,防止开关器件过载。指出了总直流电流在3个相单元之间的分配在交流系统对称状态下是基本均匀的,而在交流系统不对称故障状态下是不均匀的。仿真结果验证了所设计的电网故障时MMC-HVDC控制器的有效性和正确性。     

电压源换流器中IGBT串联动态均压新方法

由动态电压不均衡引起的器件击穿致使串联失败是串联的关键问题。传统无源缓冲电路是以牺牲绝缘栅双极晶体管(IGBT)快速性换取电压均衡,IGBT损耗大。建立功率端与驱动端反馈的新型剩余电流动作保护器(RCD)动态均压电路替代传统无源缓冲电路,对电路的均压效果和串联IGBT开关损耗进行仿真分析。试验验证了该动态均压电路在IGBT串联运行时能很好地抑制其驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,确保了电压源换流器的安全运行。