弱电网条件下并网逆变器的锁相环静态稳定分析

在新能源发电经由逆变器接入电网的系统中,并网逆变器的稳定性将随着接入点短路比的减小而降低。目前,学术界针对这一问题已有较多研究,但大多是基于状态空间模型线性化后利用相关控制理论进行分析,缺乏直观的机理分析。采用忽略了电流内环响应时间的准稳态模型,重点对并网逆变器中锁相环的静态稳定性进行分析,得出了与传统单机无穷大系统中类似的静态稳定判据。由此稳定判据能直观得出并网逆变器维持同步前提下的输出功率极限,并指出当并网逆变器超出此功率极限时将以过电压的形式失去稳定。采用并网逆变器的详细模型进行仿真分析,验证了所提静态稳定判据的正确性。     

弱电网故障下新能源并网变换器的奇异摄动模型与暂态稳定性分析EI北大核心CSCD

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该挑战,该文同时考虑锁相环和电流环的控制动态,研究弱电网故障下并网变换器的暂态稳定性。首先,建立并网变换器接入弱电网的奇异摄动模型,将原高阶模型降阶简化为二个低阶的快、慢子系统。然后,分别采用李雅普诺夫第一法和第二法分析了快、慢子系统的稳定性,由此揭示了工作点、线路阻抗和控制参数等多重因素对暂态稳定性的影响规律,并给出一些参数优化设计的指导原则。最后,通过实验验证了分析结果的正确性。     

弱电网矿区下构网型储能控制技术研究北大核心CSCD

矿区通常地处偏远、电力基础设施薄弱,随着可再生能源发电的占比提高,导致矿区电网呈现弱电网特性。文中提出了面向矿区复杂电网工况的储能控制技术,实现了矿区电网稳定性的提升。首先,文中研究了储能在矿区电网中供电结构及工作模式。其次,针对VSG控制技术在孤岛应急运行模式和弱电网并网运行模式下的运行特性进行分析。再次,针对弱电网下的VSG并网稳定性缺失的问题,提出了改善弱电网下电压稳定性的构网型VSG控制策略,并提出了一种预同步切换策略减少矿区电网工况切换状态过程中的暂态冲击。最后,对所提方法进行仿真案例分析,仿真结果表明所提控制策略能够有效提升矿区电网的稳定性,实现了并离网切换的平滑过度和负荷冲击下的储能瞬时响应,提升了弱电网矿区下的储能系统动态特性。     

提高弱电网中光伏并网逆变器稳定性的控制方法

随着电网中分布电源的增加,电网呈现出了弱电网特性。电网阻抗使得逆变器与电网之间存在相互作用,对逆变器的稳定性产生影响,威胁着系统的安全稳定运行。从相位角度分析了电网阻抗对系统稳定性的影响,电网阻抗的增加会导致系统相位降低,继而使系统进入不稳定状态。为增强系统在电网阻抗变化过程中的鲁棒性,提出一种基于神经网络的逆变器变增益控制方法。该方法采用一定的控制环节补偿系统相位,采用径向基函数神经网络建模的方法实时调整系统的开环截止频率,使相位裕度始终保持最大值。仿真结果验证了本文的理论分析。     

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究EI北大核心CSCD

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。     

有功功率载荷波动对分布式发电并网逆变器稳定影响分析及其改进控制策略EI北大核心CSCD

针对功率变化引起的逆变器并网稳定性波动问题,基于阻抗稳定性判据,以三相LCL型并网逆变器为例,考虑锁相环在系统中的影响,建立电流环控制的并网逆变器交流侧输出阻抗小信号模型,分析功率变化与系统稳定的交互影响。研究系统传输功率增大会导致系统稳定性变差的现象,提出引入直流端电流补偿控制策略,该方案提高了并网逆变器交流侧输出阻抗在低频段增益,增大了系统稳定裕度,有效地处理了功率因素导致的系统稳定性波动问题。同时,在响应速度方面,无论是稳态还是暂态,加入直流电流补偿后的变流器并网系统调节时间更短,响应更为迅速,调节时间只有原系统的30%左右。最后,搭建三相LCL型逆变器并网仿真系统,通过仿真验证了文中理论分析的正确性。     

弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计

为了保证并网逆变器的进网电流与电网电压同步,需要通过锁相环对电网电压进行锁相,并利用检测出的电网电压相位生成电流基准。该文以单相LCL型并网逆变器为例,建立锁相环的小信号模型,并根据该模型推导并网逆变器基于阻抗的稳定判据。通过分析该判据可知,在电网阻抗可忽略不计时,锁相环对并网逆变器的稳定性无影响;当电网阻抗不可忽略时,锁相环带宽、并网电流幅值给定和输出功率因数都会影响系统的稳定。为了保证系统在弱电网下的稳定性,给出一种基于相角裕度要求的锁相环参数设计方法,并进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

跟网型新能源附加频率控制对频率稳定及小扰动同步稳定影响分析综述EI北大核心CSCD

大规模新能源并网导致系统惯量降低,对新能源调频能力提出需求,新能源附加频率控制在为电网提供频率支撑的同时,也可能对系统的稳定运行带来挑战。该文从新能源电力系统稳定分类出发,聚焦频率稳定与小扰动同步稳定性问题,归纳总结低频段频率振荡、同步机功角振荡、锁相环相角振荡及振荡耦合的特征、机理、模型及影响因素。在此基础上,分析了新能源调频特性,深入探讨了附加惯性控制、一次调频控制以及调频响应延时参数等对几类振荡问题的影响机理与趋势,以系统性认识跟网型新能源附加频率控制与同步机机电动态及变流器不同控制环节的交互影响作用。最后,对相关技术方向进行展望,希望能够为新能源参与调频相关参数设计及高比例新能源系统稳定运行提供参考和支撑。     

直流电网潮流分析与控制研究综述EI北大核心CSCD

近年来,基于电压源型换流器的直流电网技术发展迅速,成为相关领域的研究热点。潮流问题是电力系统分析中最基本的问题,对直流电网潮流分析与控制技术的研究也是直流电网研究中最重要的基础。首先归纳总结了直流电网的潮流计算和最优潮流计算的方法,并对2者的收敛性和计算效率进行了讨论;在此基础上,针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,从系统级控制和直流潮流控制器2个方面,概述了对直流电网潮流进行控制的方法,并对控制效果和经济性做出了评述;最后,对直流电网潮流分析与控制技术的发展趋势和关键问题进行了总结与展望。     

弱电网下PLL结构引入的不对称正反馈环路对并网逆变器稳定性的影响分析

弱电网下锁相环(phase-locked loop,PLL)结构引入的不对称正反馈机制会恶化并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)系统的稳定性。在相同的主电路参数与控制环参数下,通过分别构建dq域与αβ域下GCI控制环路的小信号模型,αβ域下GCI相较于dq域少引入1条PLL正反馈环路。分析比较αβ域下GCI系统的稳定性强于dq域的原因,并对PLL结构引入的不对称正反馈环路在小信号模型中的位置差异性进行解析,揭示不同位置的不对称正反馈环路对GCI稳定性的影响程度与影响机理。最后,通过仿真与实验验证本文所提分析方法的正确性与有效性。     

采用重复控制的LCL型并网逆变器单闭环电流控制EI北大核心CSCD

提出一种应用重复控制器的单闭环电流控制。重复控制器能提高并网电流质量,然而其常用多环结构来保证稳定性,这就需要增加额外传感器。而针对LCL型滤波器,其常用的超前补偿和二阶滤波器使系统相频特性变得复杂,参数的稳定范围常不能定量计算,参数设计具有一定的试探性。文中所提控制方法可以解决以上问题。通过分析频率特性得到重复控制器的稳定边界,同时针对LCL型并网逆变器的特点,使用一阶补偿器替代传统的超前补偿,并使用陷波器组来消除系统谐振峰并提供足够的高频衰减。这种结构能使重复控制系统获得更高的低频谐波增益,并具有良好的电网阻抗鲁棒性,且实现容易。仿真和实验结果验证了提出控制方法的有效性。     

并网换流器控制模式发展及弱电网稳定研究

并网换流器逐步渗透电网,这将改变电网的能源结构并提升换流器在电网中的责任。该责任将需要并网换流器具备类似同步发电机的功能,由此促生了新的控制形态-构网控制。该文将详述目前构网换流器的发展现状及趋势,包括构网控制的定义、当前不同的控制种类及形态、电网规范讨论、示范项目以及挑战,同时对比构网控制与传统跟网控制在小信号稳定性上的特点及区别。此外,随着更多远端清洁能源的连接,弱电网带来的稳定性问题已经引起广泛担忧。该文提出一种简便的跟网控制调参思路,以确保其能够额定运行于即使短路比(shortcircuitratio,SCR)=1的极端弱电网。由此揭示了弱电网中除构网换流器外,跟网换流器亦可发挥其作用。     

三相四桥臂并网逆变器约束模型预测控制EI北大核心CSCD

提出了基于并行神经网络优化的约束模型预测控制（model predictive control,MPC）,应用于光伏并网逆变器中,提高光伏发电并网电能质量。建立了三相四桥臂逆变器的精确模型,分析约束模型预测控制算法的原理,在约束条件中加入输出变量和控制变量的约束,突破有限子集和无约束预测控制方法的限制。将并行神经网络递归优化算法用于求解约束预测控制优化问题中,提高单步优化问题的求解速度。利用FPGA的并行计算能力,在FPGA中运行神经网络在线优化求解,实现预测控制算法的实时运行。实验结果表明：采用该算法的并网逆变器输出电流偏差小,总谐波畸变率小,可以提高并网电能质量,验证了该算法的可行性和有效性。     

弱电网下负序控制对变流器并网系统稳定性影响分析

变流器并网运行时,因实现负序控制目标带来的变流器控制结构改变可能会存在恶化系统小干扰稳定性问题,该问题在弱电网背景下更加突出。首先介绍了不平衡电网下基于比例积分-准谐振(proportional-integrational quasi-resonant,PIR)控制的负序控制策略,然后建立平衡电网下考虑负序控制策略的变流器并网系统幅相阻抗模型和原-对偶复电路。其次,通过分析因负序控制带来的变流器侧幅相阻抗模型中导纳元素阻抗特性的变化,判断负序控制对系统稳定性的影响,进一步基于广义阻抗判据分析了负序控制如何影响系统稳定。研究结果表明弱电网下负序控制可能会使变流器并网系统存在次同步和100 Hz左右的振荡失稳风险。最后,通过仿真验证了理论分析结果的有效性。     

光伏并网多逆变器并联建模及谐振分析EI北大核心CSCD

针对光伏并网发电系统中多逆变器并联谐振问题,首先,建立包括电流控制、电压前馈和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)谐波特性的单台逆变器小信号电路模型,并扩展成多逆变器并联小信号模型,提出基于2台逆变器和同类激励源合并的多逆变器并联系统小信号模型简化等效方法,分析多逆变器的基本谐振特性,并得出谐振与各逆变器控制和载波同步性有关的结论。最后,通过相关的实验研究,验证了所提出的多逆变器简化等效模型和理论分析的正确性。     

弱电网条件下光伏并网发电系统的运行及控制

光伏并网发电要求其在弱电网条件下稳定运行。针对有电压前馈环节控制系统的光伏并网系统,通过改进前馈电压的控制策略和调整控制器参数,以减小并网电流的畸变率,达到了弱电网条件下的并网要求,并在PSCAD仿真环境中对所提出方法的有效性进行了验证。     

联于弱交流系统的VSC-HVDC稳定运行区域研究EI北大核心CSCD

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)可用于联接弱交流系统,但其联于弱交流系统时的运行特性仍待深入研究。该文以VSC的交流侧稳态潮流方程为基础,归纳两种不同控制方式下VSC稳态运行时的交流侧安全稳定性约束条件,分析安全稳定判据随短路比(short-circuit ratio,SCR)的变化规律,解释VSC联于弱交流系统时无法安全稳定运行的现象,并给出求取临界短路比(critical short-circuit ratio,CSCR)的步骤流程。在此基础上,研究各种工况因素(交流等效电动势、交流等效系统阻抗、VSC运行方式等)不同时VSC的CSCR,并和PSCAD的仿真结果进行对比验证。最后,总结VSC的CSCR的主要制约因素,并给出各种运行方式下CSCR的典型范围。     

稳定控制所用交流设备跳闸判据的分析及应用

电力系统安全稳定控制装置的动作行为直接影响电网的安全运行。对设备跳闸、尤其是交流输电线路跳闸的正确判断是稳定控制装置正确动作的重要前提。论述了用电气量判断输电线路跳闸的必要性,研究、分析了线路跳闸电气量的变化特征,以及潮流转移、失步振荡、低频振荡等动态过程中电气量变化与线路跳闸的区别;对目前使用的跳闸判据及有关判别条件的正确含义进行了解释,分析了现场运行中所出现的误判事件的原因,指出目前使用的跳闸判据的正确性;提出了防止误判跳闸的有效措施。文中讨论的内容将有助于澄清目前国内在这方面存在的分歧和认识方面的误解,以提高安全稳定控制系统运行的可靠性。     

大规模风电并网条件下考虑动态频率约束的机组组合EI北大核心CSCD

为提高大规模风电渗透的电力系统频率稳定,将风电接入后系统的动态频率响应纳入安全约束机组组合(security-constraint unit commitment,SCUC)框架内,提出考虑动态频率约束的SCUC优化模型。结合风机动态响应,以同步机频率响应模型为基础量化描述风电并网系统动态频率特征。在此基础上,以扰动后的最低点频率为约束量,构建考虑动态频率约束的SCUC优化模型,并引入分段线性化技术改善由动态频率约束引起的非线性特征。基于Benders分解将所提模型分解为传统安全约束下的机组组合主问题和频率越限检测子问题以降低优化计算复杂度。最后,对含风电并网的10机电力系统进行计算分析以验证所提模型的有效性。与传统机组组合结果的对比表明,所提模型能够改善大规模风电并网电力系统频率稳定性。     

大电网静态电压稳定在线防控灵敏度分析新方法EI北大核心CSCD

大电网静态电压稳定预防控制在线决策的核心环节是稳定裕度及其与控制变量间灵敏度关系的快速计算,为此提出一种基于调控对状态的影响和单断面参数辨识方法实现静态电压稳定裕度与控制参数间解析灵敏度关系的计算方法。通过常规潮流方程总结了调控量与状态量间的灵敏度关系;然后基于单一状态断面的戴维南等值参数辨识方法并结合等值参数与稳定裕度之间的数学关系,推演出调控量与稳定裕度间的解析关联灵敏度。该方法不仅避免了中间的潮流计算过程以及参数辨识环节,而且无需求取临界点处潮流雅可比矩阵的零特征值所对应的左特征向量,适用于大规模电力系统的在线优化防控以及计及调控影响的在线中长期静态电压稳定分析。仿真算例验证了所提方法的准确性和快速性。