P-Q模式固态变压器的工作特性分析及实现

将未来可再生电能传输和管理(FREEDM)环网中固态变压器(SST)的工作模式分为VS模式和P-Q模式.根据FREEDM环网的运行要求,提出P-Q模式SST的配置原则和各环节的工作特性要求,输入级采用输出电流前馈控制降低SST直流侧电压的波动,输出级采用滤波电感电流反馈控制提高负载抗扰动性.所设计的SST在负载功率因数改变、容量突变和分布式电源切换等特殊运行工况下,均能保持直流电压和交流电压稳定,且保持输入侧单位功率因数运行.各级电压、电流都具有良好的动态响应.此外,SST还具有抗击负载扰动的良好性能,满足FREEDM环网对P-Q模式下SST的整体性能要求.     

应用于新型微网FREEDM的固态变压器研究

FREEDM是美国北卡大学FREEDM工程研究中心提出的一个全新智能微网模型。该文将FREEDM的先进理念引入国内,对FREEDM中的核心设备——固态变压器（SST）的基本原理、拓扑结构和控制策略进行了研究,在第一代单相SST的基础上建立了一个适合我国电力系统电压等级的三相SST模型,并使用SIMULINK软件进行了仿真,验证了设计方案的有效性,为FREEDM中国化奠定了基础。     

基于虚拟同步电机控制的固态变压器对多控制类型分布式电源接入的适应性分析

固态变压器(SST)具备交直流环节,可用于实现交、直流微电网间的互联。针对交-直-交非隔离型的SST,提出引入直流下垂控制环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,使SST交直流端口具备惯性和阻尼,提升系统稳定性;建立VSM小信号模型分析直流侧电压与功率分配关系,便于实现交、直流侧互联微电网间的能量平衡,进而提出基于VSM的SST整体控制策略,在SST网侧和源荷侧变换器级联新的控制环路,实现网侧变换器快速响应及源荷侧变换器单/三相负荷、多控制类型(恒功率控制、下垂控制、虚拟同步机控制)三相分布式电源接入的需求;通过仿真分析验证所提基于VSM控制的SST对不同控制类型分布式电源的接入适应性。     

不平衡电网下隔离型固态变压器非线性一体化控制

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solidstate transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承受的电压应力与交流侧的并网电流质量更加难以保障,影响着SST的运行安全与适用性。为此,根据SST前后级的非线性特性,建立三相电网不平衡条件下SST一体化仿射非线性模型。在此基础上,采用输入-输出精确反馈线性化的方法,实现前级电流环、前后级级间电压与SST直流侧电压的解耦,加强了前后2级功率传递的一致性,保障了SST交流侧并网电流的质量。为进一步提高系统整体的动态性能,将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,改善了系统对参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果验证了以上方法的正确性与有效性。     

基于双输入双向脉冲电压单元的三相航空静止变流器

该文提出一系列双输入双Buck脉冲电压单元,进一步提出三相双输入航空静止变流器拓扑族.该拓扑族无桥臂直通风险,可以四象限工作,同时实现一个电压周期内负载的五电平输出,有效地减小了谐波含量.该文详细分析拓扑族的四象限工作模态,提出适用于该拓扑族的双载波自适应调制策略,并建立拓扑族的数学模型,推导基于小信号模型的传递函数,进行系统电压-电流双闭环参数设计、动态性能分析等研究.实验结果说明,该文提出的双输入双向脉冲电压单元、拓扑族结构、调制策略具有可行性,验证了三相航空静止变流器数学模型、传递函数、参数设计的正确性,以及系统在负载变化时的快速响应能力.     

孤岛微网中固态变压器间环流抑制研究

在未来可再生电能传输和管理微网(future renewable electric energy delivery and management,FREEDM)中固态变压器间会因输出电压偏差及输出阻抗的不匹配而产生环流,孤岛模式下尤为严重,为此,在下垂控制器中引入固态变压器(solid state transformer,SST)间输出电压偏差反馈调节,减小输出电压相角差和幅值差;采用基于模糊控制理论的瞬时环流反馈,进行动态虚拟阻抗调节,使得 SST 输出阻抗按额定功率精确匹配。仿真及分析表明,电压偏差反馈调节配合动态虚拟阻抗控制可以有效地抑制 SST 间环流,同时提高SST输出电压的稳定性。     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

基于新型空间矢量调制策略的双输出-双级矩阵变换器研究

双输出-双级矩阵变换器(dual-output two-stage matrix converter,DO-TSMC)可以实现功率双向流动,其输出端9开关逆变级可以实现2组三相交流输出以驱动2组负载,同时也具有三相输入/输出正弦、输入功率因数可调等优点.在分析该变换器拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种按照比例系数分配各逆变级作用时间的新型空间矢量调制策略,能够灵活地调节2组逆变级的输出电压范围,可以实现相同频率和不同频率2种模式输出,推导了在该调制策略下的输入电流、直流平均电流和2组逆变级输出电压及电压传输比的表达式.仿真算例结果验证了该策略的有效性.     

输入电压不对称时矩阵变换器离散调制方法的仿真研究

交－交矩阵变换器是一种新型的“绿色”变换器，具有如下优点：无中间直流环节、具有单位输入功率因数和良好的正弦输入电流和输出电压等。针对三相输入电压对称的情况，已经有不少控制策略，但针对三相输入不对称情况的讨论却较少。因此，针对输入电压不对称的情况本文将介绍一种离散调制方法——最小平方法。这种调制方法的最大特点是：在输入电压幅值和相位不对称或者含有谐波成份时，我们可以得到对称的输出电压和电流波形；这一方法的另一优点就是调制过程简单、容易实现。     

基于补偿函数的SPWM矩阵变换器控制策略

应用矩阵变换器的交直交等效模型,在其交直和直交2个虚拟环节上,分别采用不控整流和SPWM2种简单易实现的调制方式。在三相输入电压对称或非对称的情况下,虚拟整流环节输出的是直流波动电压,为消除此直流波动电压对虚拟逆变环节SPWM调制输出的电压、电流波形的影响,利用开关函数概念推导了对SPWM的调制波进行补偿的补偿函数。其原理是通过向调制波中注入反极性的、幅值随直流波动电压瞬时值变化的正弦波来消除输出电压中的低次谐波。该方法同样适用于输入电压非对称的情况,而且其硬件实现电路简单。应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果表明在输入电压对称或非对称的情况下都能获得良好的输出电压波形,验证了所提控制算法的正确性。     

基于小信号模型的微网控制参数选择与稳定性分析

小信号稳定性是微网运行的关键问题之一,特别是孤岛运行时,控制器结构较为复杂,且缺少大电网的电压频率支撑。为此,以未来可再生电能传输和管理(future renewableelectric energy delivery and management,FREEDM)网络为对象,推导固态变压器(solid state transformer,SST)、网络线路及负荷模型的状态空间方程,建立完整的微网小信号模型,分析孤岛运行时的稳定性,并根据其状态矩阵特征值及灵敏度,确定影响系统稳定的关键参数,设计配置多SST的环形微网,仿真验证选取的控制器参数的正确性。结果表明,系统对负荷突变和随机波动都具有很强的适应性,且具有良好的环流抑制效果。所建小信号模型可用于微网稳定性分析及控制器参数的优化设计。     

基于级联多电平变换器的固态变压器冗余设计的容错控制研究

应用固态变压器的综合能源互联系统的可靠性与组成固态变压器的级联多电平变换器的可靠性紧密相关。冗余变换器模块的引入使得固态变压器具备了承受元件故障的能力,从而提高了固态变压器以及相关电网的可靠性。基于可用于综合能源系统以及主动配电网的固态变压器,提出了一种基于冗余子模块的容错控制策略。对几种冗余配置的容错控制策略以及运行原理进行对比研究,基于Saber仿真平台对由级联多电平变换器模块组成的单相九电平固态变压器进行建模,并对所提出的冗余子模块容错控制方法进行了仿真。其仿真结果证明所提出的冗余子模块容错控制策略可以减少故障引起的用户侧电力中断时间以及降低对固态变压器设备的损害。     

微网快速开关系统驱动电路的研究

针对新型微网系统FREEDM(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management)中的快速开关系统,提出了一种新型的IGBT驱动控制电路。将IGBT应用于FREEDM的快速开关系统中,根据其在不同故障状态下的不同关断特性,利用集电极退饱和原理,研究设计了具有双故障检测支路的IGBT驱动控制电路,从而保证IGBT在FREEDM中的可靠关断。最终通过Saber仿真和实验验证了驱动控制电路能够在各故障状态下可靠地关断IGBT。     

Battery energy storage system for frequency support in microgrids and with enhanced control features for uninterruptible supply of local loads

This paper proposes a battery energy storage system (BESS) to support the frequency control process within microgrids (MG) with high penetration of renewable energy sources (RES). The solution includes features that enhance the system’s stability and security of supply. The BESS can operate connected to MG or islanded and the transition between the two states is seamlessly coordinated by an original method. The BESS active power response is governed by an improved frequency controller on two layers, namely primary and secondary. It responds to frequency deviations by combining a conventional droop control method with a virtual inertia function to improve the system’s stability. The proposed BESS may also compensate the power of the local loads, so that the MG frequency transients can be reduced and, depending on the remaining inverter capacity, voltage support in the point of common coupling with the MG may be provided. If the MG power quality degrades in terms of the voltage and frequency, the BESS and the local load are disconnected from the MG and continue operating islanded. The BESS is reconnected to the MG after a smoothly resynchronization of the local voltage with the MG, without disturbing the local loads supply. Simulation and experimental results assesses the proposed control solutions.     

Optimal self-scheduling of a dominant power company in electricity markets

This paper addresses the problem of the self-scheduling of a power company with a dominant role in both the production and retail sectors of an electricity market. An integrated 0/1 mixed integer linear programming (MILP) formulation is provided, which combines both thermal and hydro subsystems in a single portfolio for a dominant power company through a detailed modeling of the operating constraints of thermal units and hydroplants. Residual demand curves for energy and reserves are used to model the effect of the power company’s interactions with its competitors. Test results on a medium-scale real test system address the effect that the power company’s forward commitments and the market rules have on its daily self-scheduling and profits as well as on the resulting energy and reserve market clearing prices.     

基于ADPSS新一代仿真平台的大规模交直流电网数模混合仿真

我国电网已成为世界上运行特性最复杂、控制难度最大的电网,基于ADPSS新一代仿真平台构建大规模交直流电网数模混合仿真系统,开展直流控制保护闭环仿真试验研究及进行交直流相互影响的分析工作,对提高直流输电系统及交流电网正常、故障、异常运行工况条件下主要电气量以及相关运行数据的仿真分析水平,有十分重要的现实意义。该文介绍了该项技术的详细方案和实现方法,并通过西北全网带7回直流控制保护装置的数模混合仿真案例验证了所提方法的正确性。     

储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析

储能可以缓解高比例可再生能源接入电网对电力系统规划、运行等带来的一系列影响。针对高比例可再生能源接入条件下大电网的频率控制问题,分别对储能在改善系统暂态频率稳定性以及改善系统一次和二次调频方面的价值,提出储能需求判据和容量配比分析方法。储能配置的大小与可再生能源接入比例、在线常规电源提供的转动惯量大小、系统暂态频率最低值等因素有关,针对高比例可再生能源引起的系统波动性问题,可以通过配置一定的储能跟踪系统净负荷1 min、10 min波动幅度,改善系统频率控制性能。     

从印度大停电透视电力系统的广义阻塞

"7·30"大停电暴露出印度在电源发展、电网发展、网架结构、体制管理、一次能源、环保约束、市场经济、信息技术等方面给电力系统可靠性埋下的隐患及在停电灾难中的推波助澜。这些因素像物理电网的输电阻塞一样,影响供电充裕性和安全性,不妨称为广义阻塞。各参与方藉此谋取利益的博弈又往往加剧这些广义阻塞。从这个视角反思印度停电灾难的必然性、实际触发事件的偶然性,以及停电演化过程的内在规律;研讨对中国的启示;探索中国减少大停电风险的措施;指出坚强智能电网在保障大能源安全与环境安全中的作用。     

小型分布式风力发电系统设计及控制技术

介绍了西安世界园艺博览会中展示的小型分布式风力发电系统的总体规划和设计,分析了该风力发电系统中所使用控制系统的工作原理、工作模式和运行控制机制。