交流系统不对称时模块化多电平换流器的控制

在交流系统不对称的情况下,三相模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)内部会出现零序性质的2次谐波环流,该零序分量将进入MMC直流侧,加剧直流电压、电流和功率的2倍频波动.为抑制直流侧功率的2倍频波动,以瞬时功率理论和比例谐振调节器为基础,设计了两相静止坐标系下MMC的控制策略.该控制策略由交流回路控制和直流回路控制2部分构成,前者实现MMC与交流系统之间的功率调节;后者实现MMC内特性的调节,主要抑制MMC环流中的2次谐波成分,使桥臂电流波形接近正弦.仿真系统采用不控整流站,逆变站采用MMC,结果表明:在交流系统不对称的情况下,该控制策略有效抑制了环流中的2次谐波成分以及MMC直流侧电压、电流和功率的2倍频波动.     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

不对称交流电网下MMC-HVDC系统的控制策略

在MMC-HVDC系统中,交流电网不对称会导致MMC换流器交流侧电流不平衡、直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题。为解决这些问题,该文建立不对称交流电网下MMC-HVDC系统的数学模型,提出一种带有前馈补偿的交流电流、桥臂环流和直流电流的解耦控制策略及子模块电容电压和直流电压的平衡控制策略,避免了由交流电网不对称引起的功率振荡传播到直流系统,抑制了直流侧电流和电压波动,使得MMC在交、直流系统间起到了"防火墙"的作用。同时,改善了换流器直流侧电流、交流侧电流、子模块电容电压和直流电压控制的暂态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

柔性高压直流输电中模块化多电平变流器交流侧充电控制策略分析

模块化多电平变流器(MMC)在柔性高压直流输电换流站中的充电方式可以分为交流侧充电、直流侧充电和交直流混合充电。本文分析了MMC交流侧充电的2个阶段,即不控整流充电及可控充电方式,并通过仿真验证了分析过程及计算结果的正确性。为了改善不控整流充电过程中电压波动和充电涌流过大的问题,提出交流侧双闭环结构的可控充电控制策略,仿真结果验证了该控制策略在控制直流母线电压及限制充电电流过流方面的可行性和有效性。     

基于直流电气弹簧的直流配电网电压波动抑制

直流配电网直接面向直流供用电设备,便于实现可再生能源的并网集成和直流负荷的高效用电,具有重要的应用前景。在直流配电网中,为了平抑由可再生能源引起的节点电压波动,该文提出直流电气弹簧的概念。利用电力电子变换器调节直流配电网中的可控负荷,使其跟随可再生能源出力的波动性和不确定性,实现对波动功率的就地平衡,避免间歇性潮流在配电线路上的传输,从而有效抑制直流配电网的电压波动。针对一个典型的直流配电网,在建立物理模型和电路模型的基础上,利用数学模型分析了电压波动问题的成因及其影响因素;然后提出了直流电气弹簧的数学模型、参数设计、控制策略和有效边界条件,对直流配电网的电压波动进行平抑;最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

交直流配电网交流侧非对称故障情况下直流侧电压波动特性分析与控制

直流配电网以其高效消纳直流电能的优势,成为未来分布式电源并网的重要方式。但是交流配电网发生非对称故障会引起与其互联的直流配电网电压波动,从而危害直流配电系统的正常运行。为此,首先,分析了交流配电网发生单相接地故障情况下有功功率和直流电压波动的特性,推导给出了滤波电感上瞬时有功功率的表达式,并指出了滤波电感上的瞬时有功功率是导致直流电压波动的重要原因。其次,提出了一种改进锁相环对正序电压的相位进行跟踪,所提方法仅对传统锁相环的补偿器进行重新设计,原理清晰,易于实现。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了典型的双端交直流配电系统仿真模型,验证了理论分析正确性及所提控制方法的有效性。     

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术

城市配电网的多回交流馈线通常采用闭环接线、开环运行模式,不具备线路相互之间的可控功率支持。利用背靠背多端换流器将多回10 k V线路柔性互联,可以将传统配电网的开环运行模式转变为闭环运行模式。本文针对采用直流配电中心柔性互联的多回10 k V线路,提出了一种基于负载均衡策略的直流功率实时调制技术,即利用馈线有功功率分配系数实现有功功率偏差控制,实现了多回线路之间的负载均衡。通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建了一个含四端混合式子模块MMC的交直流柔性互联配电系统,并在主从控制的基础上,利用基于负载均衡策略的功率调制技术、改进了直流配电中心的控制策略。仿真结果表明,在减少系统负荷测量点的情况下,所提直流功率调制策略能跟随负荷的波动实时平衡馈线之间的负载,提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。     

基于VSC的直流配电网的电压调整控制策略

对基于VSC的直流配电网的功率控制策略进行了分析研究,提出了一种新型电压调整控制策略。该控制策略将直流电压下垂控制与直流电压偏差补偿控制相结合,通过偏差补偿控制实时的调整各端换流站电压控制器的直流电压参考值,实现了系统内潮流变化时有功功率的精确控制,消除和减少了采用传统电压下垂控制时引起的电压偏差,防止了直流配电网发生较大功率波动时过电压的发生。最后,在Matlab/Simulink上搭建了两端直流配电网和三端环状直流配电网仿真模型,对所提控制策略进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

电网电压不对称下模块化多电平变流器控制策略

在模块化多电平变流器(MMC)系统中,交流侧电网不对称会导致MMC交流侧三相电流非正弦,有功、无功功率出现波动,直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题.为解决这些问题,首先建立不对称电网下MMC系统的数学模型,提出了一种基于微分的正负序分离及锁相方法;其次结合抑制负序电流和瞬时有功功率两种控制目标,给出了不同控制目标下的内环电流参考指令表达式;最后基于实时数字仿真系统(RTDS)建立了10 kV/10 MW MMC-高压直流输电(MMC-HVDC)实验系统,在电网不对称故障情况下针对两种控制目标进行了实验验证,实验结果充分验证了所提控制策略的有效性.     

中压直流配电系统接地方式研究

在分析基于电压源换流器的直流配电网特点的基础上,从提高直流配电网供电可靠性出发,对中压直流配电系统的接地方式进行了研究。首先,分析了直流配电网的主要特点,即:广泛采用对称单极的结构;根据不同的电压等级可能采用两电平换流器或模块化多电平(MMC)换流器;可以通过联接变压器与交流系统相连,也可以直接与交流系统相连。在此基础上,分别针对两电平换流器和模块化多电平(MMC)换流器,分析了交流侧接地方式与直流侧接地方式的耦合关系,并以保证直流配电网供电的连续性和电能质量为目标,对直流配电系统的接地方式进行了研究。最后,针对直流配电网的运行场景,给出了直流配电系统接地的推荐方案,并通过仿真验证了方案的合理性。     

背靠背低压直流配电装备及其直流电压控制策略

直流配电网是未来城市配电网建设的趋势之一,其中两端供电直流配电网具有较高供电可靠性。该文提出一种背靠背低压直流配电装备的方案,该装备集成两变换器,具有较高功率密度。针对该装备控制的核心问题——直流电压稳定,从直流母线功率和能量平衡角度出发,利用小信号建模分析其直流电压不稳定机理,即直流电压波动由两变换器网侧电压、电流和直流负荷电流扰动引起;提出一种电流环引入多扰动量的直流电压稳定控制策略,实现低压直流配电装备在功率变化、电网电压及负荷扰动下的直流电压稳定控制。通过Matlab/Simulink仿真及样机实验验证所提直流电压稳定控制策略的有效性,将为低压直流用电设备提供稳定可靠的供电电压。     

一种MMC-HVDC的直流电压波动抑制新方法

针对柔性直流输电系统常规直流电压波动抑制算法中存在的缺陷,提出一种适用于模块化多电平换流器型高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的直流电压波动抑制方法。该方法利用MMC特有的“储能”特性,在交流系统不对称时,控制 MMC 交、直流侧瞬时有功功率不再平衡,从而实现MMC交流侧电流依然保持对称运行,同时直流侧电压、电流和功率保持为恒定。为了实现上述控制功能与目标,建立三相交流系统不对称时 MMC 直流回路的模型,设计αβ0坐标系下以比例谐振调节器为基础的控制策略,且探讨MMC-HVDC中的协调控制问题。最后,搭建71电平背靠背 MMC-HVDC 系统模型进行数字仿真,结果验证了所提控制方法的有效性。     

交流谐波经MMC的传导机理及叠加特性研究

连接大量交流源、荷是基于模块化多电平换流器(MMC)的中压柔性直流配电网的未来应用场景之一。然而,非理想交流源、荷产生的谐波扰动会使MMC桥臂出现电压波动并激发环流,进而使桥臂电流畸变,导致直流侧出现纹波。为研究交流谐波经MMC的传导机理,通过平均开关函数和桥臂瞬时功率方程,推导了交流负荷谐波电流和交流系统背景谐波电压在MMC内部激发的桥臂电压波动及环流表达式,分析了其传导机理和规律。同时,分析了不同次交流谐波经MMC的传递叠加特性及其对直流侧纹波含量的影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

直流配电网电压控制技术综述

随着分布式可再生能源的快速发展以及电动汽车、数据中心等大量直流负荷的普及,交流配电网的运行和管理受到了挑战。直流配电系统潮流灵活可控,可闭环运行,供电方式多样,具有更广阔的应用前景。但是,相比交流系统的控制,直流配电系统的控制更加复杂。直流电压作为衡量直流配电网有功功率平衡的唯一指标,其稳定控制对直流配电网的可靠运行至关重要。文中首先列举了直流配电网的典型拓扑结构和直流电压等级序列;然后,总结了直流配电网中关键设备电力电子变流器的控制技术;接着,梳理了直流配电网的传统电压控制策略,并对目前一些改进的直流电网电压控制策略进行了深入分析和总结。最后,指出了直流配电网电压控制需要重点关注和解决的问题,可为未来直流配电网直流电压控制的进一步研究提供思路和借鉴。     

基于电压补偿原理的高压直流输电系统故障控制策略

当高压直流输电系统交流侧发生不对称故障时,交流系统会产生负序电压和负序电流,从而引起换流站与交流系统之间的有功功率产生波动,使得直流系统的直流电压产生波动。这种波动的有功功率和直流电压会通过直流线路传输到系统的另两侧,影响其他两侧交流系统运行的稳定性。采用电压补偿控制的方法有效地抑制了负序电流,在PSCAD/EMTDC环境中建立基于MMC的多电平换流器的3端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和正确性,提高系统的稳定性。     

交流不对称故障下的LCC-MMC混合直流系统输送功率提升策略研究

将常规两端直流输电系统逆变站的电网换相换流器(LCC) 替换为模块化多电平换流器(MMC)所构成的混合直流输电系统,可结合两种换流器的优点而具有广阔的应用前景。在研究其基本稳态控制特性的基础上,重点分析了交流电网不对称故障引起的直流输送功率下降及中断问题。通过分析混合直流系统的交流故障特征,发现交流不对称故障发生在整流侧时易引起直流电压下降甚至输送功率的中断,发生在逆变侧时易引起直流系统电压异常。鉴于此,提出了基于MMC典型控制的附加直流电压控制策略,在其调制范围内通过降低故障时逆变侧的参考直流电压以提高直流系统的输送能力。若检测到本站直流电压的交流分量大小超过限定值,则附加控制策略自动投入,无需依靠换流站间的通信。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了所提控制策略的可行性。     

直流配电网的综合调压控制策略

对直流配电网的电压控制策略进行了分析和研究,提出了一种以直流电压偏移最小为目标的新型综合调压控制策略。一次调压采用直流电压下垂控制,实时快速的响应系统内的功率波动,二次调压通过潮流优化算法周期性的计算并更新总直流电压偏移最小时参与二次调压的下垂控制器的电压参考值和功率参考值,消除和减少一次调压引起的电压偏差,防止直流配电网发生较大功率波动时过电压的发生。最后,在Matlab/Simulink上搭建了环状四端直流配电网仿真模型,对所提控制策略进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)存在相功率不均衡的问题,常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称,导致各相电流应力不相等;而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制,危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性,提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先,分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理,指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次,研究零序电压注入方法的过调制边界,引入相功率分配系数,给出不同故障下相功率系数优化方法,提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后,通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。     

不平衡电网电压下MMC的比例降阶谐振控制策略*

当电网电压出现不平衡时,模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型高压直流输电(high current direct current,HVDC)系统的电能传输将受到明显影响。针对该问题,文章首先分析了不平衡故障时MMC的相关内、外特性,指出在不同不平衡控制目标下MMC内部均可能出现零序环流,零序环流流入直流侧将引起直流电压/电流的二倍频波动;然后在αβ坐标系下建立MMC不平衡控制系统,基于比例降阶谐振调节器设计电流内环和环流抑制控制器;仿真结果验证了文章所提出控制策略的有效性。