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。     

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。     

电压型控制SIDO CCM Buck变换器的统一离散迭代映射模型及稳定性研究

以工作于电感电流连续模式(continue conduction mode,CCM)的电压型控制单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器为研究对象,描述了电压型控制SIDO CCM Buck变换器的工作原理,指出变换器存在两种开关状态切换路径。基于状态方程和开关切换函数,建立了电压型比例(P)控制和比例积分(PI)控制SIDO CCM Buck变换器工作于两种开关状态切换路径时的统一离散迭代映射模型。利用输出电压分岔图和统一离散迭代映射模型的雅克比矩阵特征值,分析了P控制和PI控制的比例系数和积分系数对变换器的稳定性影响。研究结果表明:不同于传统电压型控制CCM Buck变换器随误差放大器的比例系数增大而发生分岔的现象,电压型控制SIDO CCM Buck变换器随支路开关管电压控制回路的比例系数减小或主开关管电压控制回路的比例系数增大而发生Hopf分岔,变换器从稳定工作状态进入不稳定的低频振荡。且积分系数越大,变换器越不稳定,比例系数的稳定范围越小。最后,建立了电压型控制SIDO CCM Buck变换器的仿真和实验电路,验证了理论分析的正确性。     

改进型解耦控制的牵引网低频振荡抑制研究

鉴于电气化铁路中采用基于双闭环瞬态直接电流控制的网侧整流器在发生牵引网低频振荡时通过调节 PI 控制器参数来抑制振荡的局限性,文中提出一种基于dq解耦控制的主动阻尼补偿的新方法,实现了网侧变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制,将直流侧电压信号反馈至电压环控制器,再通过反馈环节进行阻尼补偿。仿真对比不同控制策略下网侧整流器应用于车网系统仿真模型的工作特性,结果表明,基于dq解耦控制的主动阻尼补偿方法能够实现实时无静差跟踪并具有良好的抗干扰性能,能够较好地抑制高速铁路牵引网低频振荡。     

针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制

文章提出一种适用于飞轮储能系统并网的双电流闭环控制方法。在电网侧及飞轮侧控制系统中同时引入比例谐振控制器,避免了比例积分（proportional integral,PI）控制器跟踪正弦电流存在稳态误差的缺点,提高了系统的稳定性及电网电能质量。同时,采用电容电流内环反馈控制抑制LCL滤波器的谐振尖峰,提高进网功率因数。在充电阶段,电网侧变换器采用电压外环控制方式,飞轮侧变换器采用转速外环控制方式;在待机及并网运行阶段,电网侧变换器采用电网侧电流外环电容电流内环的控制策略,飞轮侧变换器采用直流母线电压外环电流内环的控制策略,以稳定直流母线电压。采用广义根轨迹法对电网侧控制器参数进行设计。搭建了飞轮储能系统并网控制模型,仿真结果验证了文章控制策略的有效性。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

交直流并联电力系统PSS和直流附加控制器协调优化设计

针对远距离、多区域交直流互联电网低频振荡现象,提出了一种基于改进矩阵束算法的PSS和直流附加控制器协调运行的优化设计。具体包括利用改进矩阵束算法对全网系统辨识,得出系统在没有配置PSS和直流附加控制器时的振荡频率和阻尼比,设定协调优化的目标函数,利用共轭轨迹法优化PSS和直流附加控制器参数;反复利用改进矩阵束算法对系统进行辨识,不断优化协调参数,直到系统逐渐消除低频振荡。仿真结果表明,该协调优化设计可有效抑制电力系统低频振荡,增加系统阻尼,提高系统稳定性。     

直流附加阻尼控制对于改善大型互联电网稳定性的作用

特高压试验示范线路建成投运后,华中电网内部发生故障时有可能引起特高压线路发生低频振荡。电力系统稳定器等传统防止电力系统功率振荡的措施并不能有效抑制华中电网和华北电网间可能存在的超低频振荡现象。考虑到华中电网中交直流并联运行的特点,利用直流系统快速调节能力,采用直流附加阻尼控制方法,提出适用于华中-华北互联系统的控制策略,并基于PSASP仿真平台对华中电网内部各种典型的交流大扰动故障进行暂态稳定仿真研究。仿真结果表明直流附加阻尼控制能有效抑制特高压线路功率振荡,提高互联系统稳定性。     

直流配电网的暂态电压稳定控制策略

新能源与负荷侧换流器在短时电压振荡中的恒功率控制将表现出负阻抗特性,削弱直流电网阻尼,容易诱发直流电压持续性振荡。首先建立下垂控制下直流配电网的暂态电压稳定模型,阐述直流电压惯量与阻尼的定义,分析影响系统暂态特性的关键因素。其次,提出通过引入直流母线电压变化量,动态调整下垂系数,增强直流电压阻尼的控制策略。针对阻尼控制策略带来的直流压降增大的问题,通过改进直流母线电压外环控制,使其与电压阻尼控制策略结合,提出暂态电压稳定控制策略,不仅可以提高系统阻尼,并在电压振荡抑制后减小阻尼控制引起的电压偏差。最后,通过搭建六端直流仿真系统,验证所提控制策略可以有效抑制系统振荡,并可减小振荡后的电压偏差,显著提高系统暂态电压稳定性。     

基于中点电位平衡的三相Vienna整流器控制策略研究

针对传统控制策略中存在的问题,分析了Vienna整流器数学模型,提出了一种电压外环比例积分电流内环比例积分谐振(PIR)控制策略来改善系统性能,并介绍了中点电位平衡控制策略。将PI控制器与PR控制器组合成PIR控制器,该控制器同时具有PI控制器稳态性能良好以及PR控制器抑制交流谐波分量的特点。所提比例积分PIR控制具有无静差跟随交流信号、抑制输入侧电流谐波、直流侧电压稳定快且上下电容电压近乎相等等优点。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略优越性。     

电力系统传动转矩控制器低频振荡控制方法研究

转矩控制器时常发生的低频振荡问题,不仅影响电力系统正常运行、对相关系统设备具有较大危害,而且电力系统参数的过快变化,也在一定程度上提升了低频振荡的控制难度,为此,面向电力系统中的转矩控制器,提出一种低频振荡控制方法。根据网压信号构建系统的状态空间模型方程,经初始化与重采样处理粒子集,依据粒子最优状态估计去除信号噪声,基于dq轴模型与网压网流得到信号序列,识别出低频振荡模式;采用网侧电压、电流基波分量以及输入电压,架构dq坐标下变流器模型,通过选取控制器状态变量,设计灵敏度检验策略,制定加权函数提取条件,得到低频振荡控制器。仿真实验阶段,通过发电机网压波形、变流器交流侧电压及电流波形、中间直流回路电压波形,验证所提方法能够较好地控制低频振荡现象,且有效抑制了发电机数量多少的影响。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

大规模光伏电站并网的振荡模式分析

随着光伏电站容量的不断增大,其对于电网稳定性的影响也日趋明显。建立了大规模光伏电站并网系统的等值模型,采用特征值法和时域仿真验证其准确性。基于等值模型采用特征值法分析了大规模光伏电站的振荡模式,并研究了光伏逆变器的控制器参数、光伏阵列结构以及交流系统强弱对振荡模式的影响。仿真结果表明:光伏并网系统中主要包含正阻尼的次同步振荡模式和低频振荡模式,其中次同步振荡模式主要受q轴电流PI参数的影响,低频振荡模式主要受外环电压和d轴电流PI参数的影响;光伏阵列结构的变化对系统振荡模式有影响,会使系统中与直流电压相关的模式由非振荡状态变为振荡状态;交流系统变弱会导致振荡模态阻尼减弱,威胁系统的安全稳定运行。时域仿真验证了特征值分析的正确性。     

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.     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

电压源变换器接入电网的小扰动稳定机理分析

研究了基于矢量控制的电压源变换器(VSC)接入电网的小扰动稳定问题。基于VSC接入无穷大系统的详细模型,针对不同控制模式,分别对平衡点的存在性、稳定性进行了分析,系统地总结了VSC小扰动失稳的不同机理。系统中发生鞍结点分岔会导致平衡点消失而失稳,且存在以下几种机理：输出电流过大会导致锁相环(PLL)失去平衡点,对应PLL失去同步,单独的PLL失去同步可能发生在切除外环控制、采用内环定电流控制的情况下;输出有功过大会导致功率外环失去平衡点,当无功外环采用定无功功率、定交流电压控制时,分别对应电网的静态电压、功角失稳,而且失稳后电流增大一般也会引发PLL失去同步。在平衡点存在的情况下,系统振荡模式中包含低频振荡模式和次同步振荡模式,系统也可能发生Hopf分岔而出现振荡失稳。低频振荡模式主要由外环控制主导,次同步振荡模式则由PLL、电流环和线路动态主导。平衡点的存在性不受VSC控制参数的影响,只受网络参数、VSC工况的影响,而平衡点的稳定性和VSC控制参数有关。