电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略

针对传统换流器控制策略下柔性直流（voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC）输电系统难以有效参与交流系统频率的动态调节以及交直流系统间功率传输不平衡等问题,在对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）运行机制特性进行研究的基础上,提出了一种基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略。首先,基于VSC-HVDC输电系统拓扑模型,分析了换流站虚拟同步化的可行性;其次,将具有有功模糊PI下垂控制的VSG技术引入到高压直流输电系统,通过调整下垂系数,使柔性直流输电系统逆变器在稳态运行及暂态故障下可以保障系统有功功率平衡传输,使其具有协调控制交流系统频率和直流系统电压的能力;最后,在Matlab/Simulink中构建了一个三端系统用于仿真验证。结果表明：VSC-HVDC输电系统在采用VSG控制策略后,可以改善交流电网的惯性水平,使频率变化得到衰减,其调压控制功能也能在稳态和暂态下提供较好的功率支撑作用,有效提高了交直流系统的稳定性和可靠性。     

MMC-BESS交直流功率控制研究

在建立MMC-BESS数学模型的基础上,实现了直流侧三相解耦的功率控制策略和交流侧同步旋转坐标系下有功和无功的解耦控制策略。实验验证功率控制策略稳态下系统控制模型的准确性,暂态下系统控制模型的快速响应能力;交流侧有功无功的典型工况实验验证了系统交流侧功率解耦控制的能力。实验结果验证了MMC-BESS数学模型和功率控制策略的正确性。     

提高暂态稳定性的VSC-HVDC功率附加滑模控制方法

利用直流功率快速可控的特点提高交流系统的暂态稳定性已成为交直流系统的重要研究方向.以多机交直流系统为研究对象,提出了一种提高暂态稳定性的柔性直流输电(VSC-HVDC)有功控制方法.借助VSC-HVDC接地导纳模型和对节点导纳矩阵的收缩,推导包含其整流站功率特性和拓扑信息的系统等值机械功率变化量的表达式,建立了分析整流...     

VSC-HVDC离散模型及其不平衡控制策略

针对常规控制下电压源换流器(VSC)对交流电网电压不平衡的敏感特性,避免电网电压不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对VSC进行功率特性分析的基础上,采用了网侧功率节点控制并补偿换流电抗和损耗电阻二倍频功率的不平衡控制策略。同时针对工业现场微机控制器,推导了基于双序矢量电流控制器(DVCC)的离散化内环控制模型、Smith预估补偿器模型和外环控制模型。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)离散模型,对外环功率指令阶跃以及两端换流站分别发生电网不平衡故障进行仿真,仿真结论验证了本文离散模型以及不平衡控制策略的有效性。     

VSC-HVDC输电系统的无源性控制器设计

为了提高VSC-HVDC的控制性能,采用无源性理论,应用双闭环控制策略设计其控制器.首先建立基于dq坐标系下VSC-HVDC暂态数学模型的Euler-Lagrange模型,采用能量成型的方法,设计无源控制器,实现交流侧电流的快速跟踪和直流侧电压恒定,并且达到有功和无功功率独立控制的目的.最后建立基于Maltlab的仿真模型进行仿真分析,结果表明所设计的控制器具有良好的暂态控制性能和较强的鲁棒性.     

实用柔性直流输电系统建模与仿真算法

针对两端VSC-HVDC系统结构和控制量特征,提出了一种实用的交直流混合系统潮流求解算法,算法效率高且不会影响原系统收敛特性;建立了以VSC与交流系统接口、直流侧输电系统以及控制系统为主要模块的机电暂态仿真模型,并提出基于小步长积分的动态特性精确模拟算法,与电磁暂态仿真结果对比,验证了模型与算法的有效性。交直流混联系统仿真表明,配置附加控制器后,利用VSC-HVDC快速功率可控性,可提高混联电网稳定特性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

柔性直流输电系统的振荡模式分析

针对柔性直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统的稳定性问题,分别在电压源型换流站(voltage source converter,VSC)采用不同控制策略时建立了两端VSC-HVDC详细的状态空间模型,全面分析了VSC-HVDC的振荡模式。在不考虑锁相环的情况下采用特征值法计算系统23阶状态矩阵的特征值和阻尼比,基于模态频率和参与因子分析,甄别出VSC-HVDC的主要振荡模式。结果表明,该系统主要包含直流侧的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)模式、q轴电流的SSO模式和定有功功率换流站交流侧d轴电流的超同步振荡模式。当换流站有功功率类控制为定有功功率时,考虑到VSC-HVDC的振荡模式最少、阻尼比最大,定交流电压控制要优于定无功功率控制;当换流站定直流电压控制时,定交流电压控制与定无功功率控制对振荡模式的影响基本相同;VSC-HVDC大部分振荡模式主要与定直流电压控制环节和定有功功率控制换流站的状态变量相关,主要受该侧换流站控制环节的影响。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

电网电压不平衡下三相电压型变流器直流侧脉动电压的消除策略

在电力系统运行过程中,电压不平衡导致三相电压型变流器(VSC)直流侧产生二次脉动电压,映射到VSC输出端电压形成三次谐波和基波负序电压,影响输出电压品质,并有可能造成变流器过电流。对此,提出在电压环中加入带阻滤波器来滤除二次谐波电压的方法。但受电磁暂态过程影响,输出电压品质仍不理想,通过优化开关函数的办法,达到彻底消除三次谐波的效果。根据瞬时功率平衡原理,设计基波负序电压前馈控制,使电网负序电压全部降落在自耦变压器漏感和滤波器阻抗上,提高了变流器的运行性能。通过仿真试验验证了该方法的正确性。     

基于PCH模型的VSC—HVDC自适应无源控制

基于柔性直流输电（VSC—HVDC）的端口受控哈密顿系统（PCH）模型,提出了一种采用自适应无源性控制的新方法。该方法将VSC—HVDC系统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,实现独立调节有功、无功功率。同时,为提高系统的鲁棒性,减小参数摄动对控制效果的影响．提出了自适应无源控制方法。仿真结果表明该控制策略具有良好的暂态性能和鲁棒性。     

含跟网型VSC的交流系统暂态稳定解析模型及协调控制

电压源换流器(VSC)型高压直流输电系统接入,可能引起交流系统暂态稳定特性发生变化。因此,针对含跟网型VSC的交流系统开展暂态稳定解析分析。建立了故障前、故障期间和故障后系统的暂态稳定解析模型,并提出了一种基于离散积分的系统故障临界清除时间解析计算方法。基于解析模型,分析了故障期间VSC注入电流相位和幅值、故障位置对交流系统暂态稳定的影响。提出了一种增强交流系统暂态稳定性的协调控制策略,其利用广域测量系统获取临界同步机群的转子角频率,实现VSC的有功、无功电流动态调制。基于PSCAD/EMTDC搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了理论分析的正确性、所提控制策略的有效性和鲁棒性。     

基于PSCAD的有源电力滤波器建模仿真研究

在对有源电力滤波器(APF)的结构和运行特性进行分析的基础上,利用电磁暂态仿真软件PSCAD对APF系统的运行过程进行了仿真,建立了系统的仿真模型,设计了基于瞬时无功功率理论的控制系统,给出了在负荷电流突变等情况下APF的动态响应曲线。仿真结果表明,APF在电网谐波抑制和无功补偿方面具有优良特性,同时也验证了本文所建模型的正确性和控制系统的可行性。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统离散化建模与仿真研究

基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)的工业控制系统通常为微机控制器,该控制器的控制对象是系统的离散化模型。为此提出了一种在dq0同步旋转坐标系下的VSC-HVDC离散化状态空间模型。在此基础上建立了VSC电流内环离散化控制器和外环控制器,并实现了有功电流和无功电流的解耦控制;为提高VSC-HVDC的外环控制器响应速度,在外环控制器中引入了前馈控制。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化控制器模型。仿真结果验证了离散模型的正确性以及控制策略的有效性。     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)易受电压负序分量的影响,需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题,保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型,做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解,将包含正、负序分量的VSC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,确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过能量整形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,消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性,减小参数不确定对控制效果的影响,提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

柔性互联交流配电网的换流器并离网统一控制策略

提出一种并离网统一控制策略,在孤岛控制模式的基础上设计了主动功率调节功能,并网运行时按照有功-电压平方下垂的关系自动分配有功功率;离网运行时下垂功率控制自动切换成定交流电网频率和电压的孤岛模式。该方法适用于并网和离网2种不同的运行工况,并且省去了孤岛检测环节,大幅简化了控制系统结构。以四端柔性互联交流配电网系统为例,详细分析了并离网统一控制策略的参数设计方法,并建立电磁暂态仿真模型,针对并离网多种不同工况开展仿真。仿真结果表明,所提方法可以满足柔性互联系统的负荷均衡及转供的性能要求,同时也避免了并离网切换过程的过电流。     

轻型高压直流输电系统的动态建模及非线性解耦控制

轻型高压直流输电是基于脉宽调制电压源型换流器的新一代直流输电,具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。建立了基于同步旋转坐标系下的轻型高压直流输电系统的动态模型,采用反馈线性化方法设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的独立控制。应用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对轻型直流输电系统的功率调节控制原理进行了仿真分析,对模型和控制器的有效性进行了多角度验证。     

Fault Ride-Through Capability Enhancement of VSC HVDC connected Offshore Wind Power Plants

To achieve active control of the AC voltage magnitude of wind power plant(WPP) collector network and improve the fault ride-through (FRT) capability,an FRT scheme based on feed forward DC voltage contr...