基于三端口柔性多状态开关不同运行模式间的切换技术

柔性多状态开关(FMSS)作为一种可控电力电子装置,可提供精确的有功和无功功率流量控制,在馈线发生故障后,柔性多状态开关能迅速检测和隔离故障,并迅速恢复失电负载供电。文中建立了三端口FMSS的正常并网侧和故障离网侧的数学模型,分析了三端口FMSS在正常并网和故障离网两种运行模式下的工作原理和控制策略。采用控制器状态跟踪控制方法实现三端口FMSS的控制模式平滑切换,并与硬切换方式相比较,说明了该方法能平滑调节和稳定输出的优点。为了验证切换方法选择的实用性和有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建三端口FMSS仿真模型,获得三端口FMSS的不同运行模式下和切换过程中的动态响应特性。     

基于柔性多状态开关互联的配电网平滑转供策略

配电网主要以“闭环设计、开环运行”为主，一旦上级馈线发生故障，就极易造成分布式电源脱网和负载停电，影响配电网安全稳定运行。针对传统基于交流联络开关的配电网转供方式难以避免短时停电和转供冲击的问题，提出一种基于柔性多状态开关(Flexible Multi State Switch,FMSS)互联的配电网平滑转供策略，建立FMSS互联配电网转供模型，设计ESS协同FMSS的配电网平滑转供控制策略，FMSS由并网模式的恒功率控制切换至离网模式的恒频恒压控制，ESS采用全过程下垂控制，平抑切换过程中的频率电压波动。在PSCAD/EMTDC建立基于柔性多状态开关互联的配电网模型，对比无ESS和无平滑手段的方式，验证所提策略平抑转供冲击的有效性。     

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关（flexible multi-state switch,FMSS）的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。     

具备干扰抑制能力的柔性多状态开关直流电压控制策略

为抑制系统干扰对柔性多状态开关(flexiblemulti-stateswitch,FMSS)直流电压的影响,提出了一种基于改进型线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的FMSS直流电压控制策略。首先,根据直流电压动态方程和系统变量间的非线性关系设计了直流电压控制外环;然后,采用将干扰观测值前馈的干扰抑制方案,通过选取新的误差函数和状态变量提出了一种用于干扰观测的改进型LESO;最后,根据直流电压响应函数设计了干扰前馈环节。仿真结果表明,在干扰下FMSS直流电压波动比采用经典LESO时减小50%,同时直流电压恢复稳定的时间缩短13%,端口输出有功超调减小42%。因此所提策略能够有效抑制系统干扰对FMSS直流电压的影响。     

配电网故障状态下柔性多状态开关故障电流抑制策略

为抑制配电网交流故障持续期间柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)注入短路点的故障电流,首先采用基于解耦双同步参考坐标系的瞬时对称分量分解方法对配电网不对称故障期间FMSS故障侧端口出现的负序、零序电流进行抑制。进一步推导出配电网三相短路接地故障时FMSS在不同运行工况下的系统向量图,利用对称分量法建立含FMSS配电网故障时的复合序网,分析配电网在对称性故障、不对称性故障时的故障电流大小,提出了一种带电压死区的无功下垂控制策略,实现故障状态下对FMSS注入短路点故障电流的有效抑制,同时根据配电网母线电压幅值变化相应地修正无功功率外环控制器指令值,利用FMSS对配电网提供无功支撑,改善馈线电压质量。采用MATLAB/SIMULINK搭建三端FMSS模型进行仿真分析,验证了所提方法的有效性与正确性。     

柔性多状态开关模型预测协同控制策略

柔性多状态开关(FMSS)作为一种新型电力电子装置能够部分替代配电网中传统联络开关,实现潮流的不间断灵活调控,优化电压分布。探讨了三端FMSS在配电网中的几种可能接入拓扑及工作模式,建立了三端FMSS的动态数学模型,结合三端控制约束提出了三端FMSS模型预测协同控制策略。该策略具有原理清晰、实现简单、动态响应速度快等优点,避免了传统比例—积分(PI)双闭环控制策略存在的控制结构复杂、PI参数较多且整定困难的问题。基于模型预测控制对各端口UdcQ控制模式、PQ控制模式,以及Uacf控制模式进行了具体算法实现。为了验证所提方案的有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端FMSS仿真模型,不同工况下的仿真结果验证了所提三端FMSS模型预测协同控制策略能够有效实现多端口间的协同控制,发挥FMSS的调节功能,为FMSS的配电网应用提供灵活的解决方案。     

三端智能软开关运行控制模式切换技术

多馈线故障下，提出三端智能软开关（soft open point,SOP）运行控制模式切换技术。首先，结合三端SOP控制模式的内外环结构，提出了一种改进控制逻辑的控制模式切换策略；然后，为实现多馈线故障下SOP各工作模式间平稳过渡，提出了适用于多馈线故障下三端SOP的控制模式切换流程；接着，通过采用相角预同步策略，保证了失电馈线并网时相角的平滑性；最后，搭建了含三端SOP的配电系统模型，并进行仿真。仿真结果表明：所提的运行控制模式切换技术能减少直流侧最大电压波动，各端口电压和相角能够平稳过渡。     

基于FMSS的配电网馈线互联控制策略

现有的电力系统配电网亟需解决分布式电源大规模接入的问题,由于目前配电网一般设计时采用闭环方式,运行时采用开环方式,造成配电网内部会出现严重的馈线功率不平衡问题,常规开关等传统调控方法难以有效解决这类问题,而柔性多状态开关可以有效平衡馈线负载分配。针对这一问题,文中提出一种基于柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的配电网馈线互联控制策略。在探讨了FMSS接入配电网原则与拓扑结构的基础上,研究了开关和两边馈线实现功率交换的机理,设计了相应的控制策略使得FMSS可以同步实现配电网有功潮流调节与无功补偿。搭建了FMSS的仿真模型与试验平台,从而对配电网馈线互联控制策略的可行性与有效性进行验证。试验结果表明,文中提出的基于FMSS的配电网馈线互联控制策略能够较好地实现有功潮流调节与无功补偿。     

基于三端口柔性多状态开关的电压波动治理研究

配电网内间歇性分布式电源和负荷的波动性使系统的运行稳定性、调控灵活性受到制约。对于大面积零散分布的工厂负荷和居民负荷,单端电压波动治理设备已无法满足要求。针对上述问题,研究了用于多条馈线互联的柔性多状态开关(Flexible Multi-state Switch, FMSS)电压波动治理技术。基于三端口FMSS的拓扑分析,分析了FMSS与三端馈线进行功率交换的原理。利用解耦控制策略,实现装置同时独立进行有功潮流和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型,进行配电网三条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。然后提出了无功协调控制优化模型,实现了多重化控制。仿真和优化结果显示,所提的开关模型电压波动治理快速有效。     

基于改进PWM算法的EV驱动系统无缝控制策略

电动汽车(EV)的变频驱动系统存在输入直流电压受限的问题,而普通脉宽调制(PWM)策略的直流电压利用率是有限的,进而使变频器输出电压和电机转速受限。针对这个问题,提出了一种基于改进PWM算法的EV驱动系统无缝控制策略。由于方波调制策略的直流电压利用率较正弦PWM(SPWM)高27%,但输出谐波大,故只能用于高速工况,低速工况只能使用PWM策略,故新方案融合了两种调制策略,实现了一种单模式无缝切换控制。新方法中对参考电压进行了修正来实现调制模式的平滑切换,而且不会引起转矩脉动,在得到较小谐波输出的同时,还比多模式切换控制具有计算负担更小的优势。最后,对控制策略性能进行了仿真研究,同时搭建了试验平台开展了相关试验,仿真和试验结果表明新型控制策略能较好地实现无缝切换控制,对比传统调制方案具有更好的总谐波畸变指标,进而验证了控制器的性能。     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

基于线性自抗扰的微电网平滑切换控制策略

实现微电网并网/孤岛运行模式平滑切换是保证微电网安全可靠运行的前提。提出了基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)技术的微电网运行模式平滑切换控制策略。以主从结构的微电网为研究对象,将主控单元电压外环控制器设计为LADRC控制器,采用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对扩张状态(未知过程扰动、系统未建模摄动及dq轴通道耦合)进行在线实时估计,并将扰动估计主动补偿于主控单元的电流内环设定值中,从而达到快速消除扰动、平缓切换过程的效果。推导出一阶LADRC及主控系统的传递函数并进行幅频分析,结果表明所提方案具有良好的设定值跟踪性能和扰动抑制性能。动态仿真结果表明,所提控制策略能够有效平滑微网由并网切换至孤网模式产生的暂态振荡,同时对从控部分的扰动具有较好的鲁棒性,并且算法简单、调试容易。     

配电网柔性互联系统多模式运行及其调控策略

针对基于柔性多状态开关的配电网柔性互联系统存在的多模式运行与切换、馈线负荷不均衡和主变重载问题,提出了基于虚拟同步机技术的负荷均衡调控策略和主变重载自动调控策略。首先,根据馈线与主变的负载状态,将系统进行运行模式划分;然后,针对系统的不同运行模式深入分析对应模式下的功率传输平衡关系和内在切换逻辑,应用调控策略得到多模式运行下的柔性多状态开关有功功率调控指令,实现了系统多模式稳定运行和自由切换、馈线负荷均衡以及主变重载自动调控,且无需进行控制策略切换。     

环网型柔性多状态开关混成切换控制策略

传统放射型柔性多状态开关(SOP)直流母线一旦故障会导致整个装置失效。提出了环网型SOP的接入方式,来解决直流侧故障问题,还能在控制各端口间功率传输的同时,实现无功补偿、谐波抑制和三相不平衡抑制等电能质量调节作用。对环网型三端口SOP数学模型和控制方式进行了分析,设计了各端口在不同控制模式下的控制器,并用混成切换控制理论设计了环网型三端口SOP的控制策略,使其能很好地实现故障恢复以及电能质量调节作用。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。     

变流器辅助换流的柔性切换开关拓扑与控制

分布式新能源渗透率的快速提高,在提升配电网灵活性的同时也加大了其运行调控难度。为此,文中提出一种新型配电网柔性切换开关设备,开关由集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)与并联电压型变流器组成,其中针对并联电压型变流器采取虚拟同步发电机控制,可实现负载在不同馈线间的平稳切换。文中首先将所提柔性切换开关与柔性多状态开关及机械开关的主要特征进行比较;然后,分析柔性切换开关在故障前、故障中和故障后的工作模式,并研究在3种工作模式间进行柔性切换时的切换逻辑;最后,通过基于RT-Lab的控制在环实验模拟开关在不同馈线间切换的过程,获得不同工作模式下和柔性切换过程中的电压电流波形。实验结果表明柔性切换开关具有短时电压支撑能力,在不同馈线间切换的过程中不产生电压电流冲击。     

基于模糊逻辑的柔性多状态开关协调控制策略

为抑制系统干扰对多端柔性多状态开关(FMS)直流侧电压及交流侧输出功率的影响,提出一种基于模糊逻辑的新型协调控制策略.文中设置定直流电压控制端口与下垂控制端口,从直流电压稳态偏差和系统稳定时间入手,分析不同工况下系统对下垂系数的需求;之后,设计出一种基于模糊逻辑的可变下垂系数,可根据直流电压的偏差大小及其变化趋势实时改变,以加快系统稳定过程,避免下垂系数设置不当对系统控制性能的影响;最后,在MATLAB/Simulink平台中搭建了基于模块化多电平变流器的四端口FMS模型,通过与传统协调控制策略的仿真对比,验证了所提策略的有效性.     

计及信息失效的柔性配电系统集中-分散协调控制策略优化

柔性多状态开关(FMSS)接入配电网,能够通过主动控制实现配电网正常与故障情况下的优化运行,同时也加深了对控制的依赖.为降低通信设备随机故障带来的运行风险,该文提出一种计及信息失效的柔性配电系统集中-分散协调控制策略优化方法.首先,建立柔性配电信息物理系统模型,分析了系统在不同状态下的控制方式;然后,采用自适应模糊C均值聚类方法与故障树法处理运行和故障场景的不确定性,在此基础上,以电压偏差与失负荷量最小为目标,建立了分布式资源集中-分散控制策略的双层优化模型,上层优化通信故障的分布式资源分散控制策略,下层仿真多场景下的柔性配电系统分布式资源的集中-分散协调优化运行;最后,以三端FMSS连接的三个IEEE 33节点系统作为测试算例,算例结果表明:通信设备随机故障下,分布式电源采用注入上限控制、FMSS延续故障前策略,可有效降低系统运行风险.     

柔性多状态开关反馈线性化滑模控制

柔性多状态开关(SOP)能够实现配电网馈线潮流灵活的调控,改善电压分布水平,提升配电网消纳分布式电源的能力,已成为配电网领域的一个研究热点。文中以三端口SOP为研究对象,建立了三端口SOP的数学模型。针对SOP数学模型体现出的非线性及强耦合的特点,通过坐标变换得到反馈线性化模型,对该模型设计了滑模控制器。文中将反馈线性化控制和滑模控制相结合,并用该复合控制取代传统比例-积分(PI)双环控制的电流内环,与传统PI双环控制相比,可以减少PI控制环节,降低PI参数整定的难度。根据SOP不同运行模式的要求,分别实现了各端口定直流电压和定无功功率模式、定有功功率和无功功率模式、定交流电压模式下的反馈线性化滑模控制算法。在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP仿真模型,仿真结果表明,与传统PI控制相比,所提出的控制策略动态性能好、鲁棒性强。最后,通过几种典型工况的仿真,进一步验证了所提控制策略的有效性。     

基于平滑切换的不平衡工况下直驱风机故障穿越控制策略

目前已有的风电机组故障穿越控制策略和相关标准主要针对三相平衡故障或仅考虑不平衡工况下的单一控制目标，文中重点研究了直驱风机并网系统在三相不平衡故障下的多目标协同故障穿越控制策略。首先，在不平衡工况下网侧逆变器瞬时功率模型的基础上，分析了传统控制策略下直驱风机输出电流三相不平衡、有功功率与无功功率二倍频振荡及其导致的直流母线电压波动机理。为了实现不平衡故障下的多目标协同控制，提出了基于最小二乘法的最优电流设定值求解方法。此外，考虑到故障过程中网侧变流器直流电压环对电流控制的钳制作用，提出了一种基于状态跟随的平滑切换控制策略以减小切换过程的暂态冲击，即故障穿越期间直流电压控制从网侧变流器平滑切换至机侧变流器。与传统故障穿越控制策略相比，所提故障穿越控制策略可以同时实现对不平衡电流、有功及无功功率波动的有效抑制，避免了单独控制有功或无功功率振荡时易出现的电流指令值饱和现象，提高了直驱风机故障穿越控制性能。最后，利用PSCDAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

光伏电站经柔性直流集电送出系统的低电压穿越协调控制策略

光伏电站经柔性直流集电送出系统在交流电网发生故障扰动时应该具备低电压穿越的能力。针对受端和送端交流电网发生故障扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的低电压穿越协调控制策略。交流电网故障情况下,VSC-HVDC送、受端换流器可依据直流电压的变化量切换控制模式。送端换流器根据VSC-HVDC直流电压的变化量调节光伏电站出口的电压幅值,使光伏电站感受到电压变化并减小有功功率输出,从而迅速维持VSC-HVDC系统的功率传输平衡,提升系统故障穿越能力,而且可以实现直流电压的稳态无差控制。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了1000 MW光伏电站与VSC-HVDC系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。