MMC柔直换流站稳态无功能力研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)能够实现无功功率的独立控制和快速调节,MMC柔直换流站可以作为一种厂站级调节资源,提升电力系统无功区域优化水平.为此,针对MMC柔直换流站无功调节能力展开研究.首先,基于典型单端MMC柔直换流站拓扑建立数学模型;其次,分析影响柔直换流...     

基于模块化多电平换流器的STATCOM分析与控制

针对基于模块化多电平换流器（MMC）结构的静止同步补偿器（STATCOM）,详细分析了其电路拓扑和工作原理。研究了一种基于三角函数变换法则的动态无功电流检测方法,将其应用于MMC型STATCOM,取得了较好的动态检测效果。为保证MMC直流侧电容电压的稳定,采取了子模块电压均分和电压平衡的控制方法,并提出将误差调节信号叠加至CPS-SPWM的各子模块调制波上,在跟踪输出补偿电流的同时,提高了直流侧电容电压的抗干扰性。最后通过仿真分析和对比试验,说明了MMC型STATCOM在稳态和动态调节中均具有良好的补偿效果。     

基于模块化多电平变流器的STATCOM研究

研究了基于模块化多电平变流器（MMC）的大容量STATCOM的控制策略,对MMC运行特性进行分析,并对基于MMC结构的STATCOM进行模型等效,并推导出其数学模型。针对其强耦合、非线性特点,通过反馈线性化方法实现功率解耦,对降阶后的线性系统设计滑模控制律,并进行数值仿真和结果分析。仿真结果证明了系统等效模型的合理性和可行性,同时系统有功和无功功率独立调节,动态响应良好。     

基于模块化多电平换流器的STATCOM分析与控制EI北大核心CSCD

针对基于模块化多电平换流器(MMC)结构的静止同步补偿器(STATCOM),详细分析了其电路拓扑和工作原理。研究了一种基于三角函数变换法则的动态无功电流检测方法,将其应用于MMC型STATCOM,取得了较好的动态检测效果。为保证MMC直流侧电容电压的稳定,采取了子模块电压均分和电压平衡的控制方法,并提出将误差调节信号叠加至CPS-SPWM的各子模块调制波上,在跟踪输出补偿电流的同时,提高了直流侧电容电压的抗干扰性。最后通过仿真分析和对比试验,说明了MMC型STATCOM在稳态和动态调节中均具有良好的补偿效果。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

基于MMC模块化多电平STATCOM的环流抑制均压控制策略研究

笔者对模块化多电平换流器(MMC)的运行特点进行分析研究,推导了基于MMC的静止无功补偿器(STATCOM)的数学模型。研究表明通过控制MMC桥臂的相内电流icirj可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制,使MMC桥臂电容电压平衡。基于此理论,文中提出了一种带相内电流抑制控制器的均压控制方法,调制策略采用改进的载波移相调制策略(carrier phase shifted SPWM,CPS-SPWM),并在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的整体控制方案。仿真结果表明了文中理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

静止无功发生器与晶闸管投切电容器协同运行混合无功补偿系统

提出一种低成本混合型无功补偿系统(hybrid var compensator,HVC),它由一台较小容量的静止无功发生器(static synchronous compensator,STATCOM)和较大容量的多组晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor,TSC)构成,其中STATCOM用以实现快速连续无功调节,TSC实现无功的大容量分级调节,二者协同工作使HVC系统兼具STATCOM快速连续无功补偿及TSC低成本大容量无功补偿的优势,实现低成本大容量的无功连续补偿。在分析HVC基本工作原理的基础上,提出基于专家决策的HVC协调控制方法,实现离散子系统TSC和连续子系统STATCOM的协调控制,确保HVC能进行快速大容量的无功补偿,针对传统的STATCOM串级电压控制器中调节器多、控制器参数难以设计的缺点,提出基于瞬时功率平衡的电压控制策略,以降低STATCOM控制复杂度,提高可靠性,使系统更易于实现。仿真及现场应用结果证明HVC能够实现无级连续无功补偿,并且成本低,在满足高电耗企业节能降耗需求的基础上,为应用单位减少了投资。     

特高压混合级联直流输电系统抑制逆变站后续换相失败的无功功率调控方法

特高压混合级联直流输电系统在逆变侧采用了电网换相换流器(line-commutated-converter,LCC)和模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)串联的结构,其中LCC在逆变侧交流母线发生故障时易发生换相失败。首次换相失败通常难以抑制,为了抑制后续换相失败,文中提出了一种逆变站MMC的无功功率调控方法。该方法首先获取逆变站LCC关断角变化量,将其转化为无功补偿量补偿至多个MMC的无功外环控制,增加MMC输出的无功功率来支撑交流母线电压,达到抑制后续换相失败的目的。研究了无功功率调控方法控制参数的设计原则,在PSCAD/EMTDC中搭建了相应的仿真模型,对所提出的无功功率调控方法在三相故障和单相故障以及不同短路比及故障严重程度下的有效性进行了仿真验证,仿真结果表明无功功率调控方法不仅能够有效减小特高压混合级联直流系统发生后续换相失败的概率,而且可以改善故障过程中及故障恢复期间系统的暂态特性。     

基于反馈线性化STATCOM控制系统仿真研究

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)具有非线性、强耦合的特点。针对该设备传统线性控制理论的设计方法难以实现,因此首先分析了系统数学模型,利用反馈线性化方法将STATCOM进行有功电流和无功电流解耦。再根据线性控制理论对线性系统设计控制器,线性系统输入的有功电流给定值由直流侧电压外环产生,无功电流给定值由电网无功功率外环产生。由此可实现对STATCOM直流侧电压与电网侧无功功率进行控制。对比了接入STATCOM装置前后对系统无功功率补偿效果;以及负荷无功发生变化时,无功补偿装置无功控制效果。仿真结果表明,所设计的控制系统对电网无功功率的控制效果比较理想,能够保证负荷消耗无功由无功补偿装置提供。     

降低HVDC逆变器无功损耗的非线性附加控制

在逆变侧交流电压下降期间,逆变器对无功消耗的增多会导致电压进一步恶化,甚至崩溃。因此,在传统PI控制的基础上,基于非线性控制中的状态反馈精确线性化方法,设计了用于降低故障期间逆变器无功消耗的非线性附加控制器。仿真结果表明该非线性附加控制器能合理地调节换流器在电压下降期间对无功功率的吸收,以维持逆变侧电压水平,从而提高系统的暂态稳定性。     

参与AVC调节的STATCOM电压控制策略设计与仿真

研究了静止同步补偿器(STATCOM)参与自动电压控制(AVC)调节的控制策略。提出了基于系统电压变化、电网故障判断等信息的一系列STATCOM控制模式及不同控制模式的逻辑判断标准。设计实现了STATCOM与站内固定电容器组相互协调的一级电压控制策略及STATCOM与远方控制信号相互协调的二级电压控制策略。在一级电压控制策略中,对于不同控制模式的STATCOM,通过使固定电容器组的静态无功功率置换出STATCOM的动态无功功率,从而增大了系统的动态无功功率储备。在二级电压控制策略中,通过STATCOM对远方控制信号的响应,从而实现了STATCOM对非接入点母线电压的支撑。IEEE 39节点系统模型上的仿真结果验证了上述控制策略的合理性。     

交流故障下MMC-HVDC的无功功率控制策略

讨论了在交流故障时模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电(HVDC)的无功功率控制策略。提出一种在故障期间和故障后解决过电流的方法。基于所提方法,将所提出的控制策略添加到MMC HVDC系统中使得换流器具有低电压穿越(LVRT)能力。所提方法利用电磁模拟有效地抑制了故障时交流系统产生的过电流。实验结果表明,该换流器通过LVRT方法,可在交流系统故障时为交流系统提供无功电流补偿,进而对无功功率进行合理控制。     

降低HVDC逆变器无功损耗的非线性附加控制

在逆变侧交流电压下降期间,逆变器对无功消耗的增多会导致电压进一步恶化,甚至崩溃.因此,在传统PI控制的基础上,基于非线性控制中的状态反馈精确线性化方法,设计了用于降低故障期间逆变器无功消耗的非线性附加控制器.仿真结果表明该非线性附加控制器能合理地调节换流器在电压下降期间对无功功率的吸收,以维持逆变侧电压水平,从而提高系统的暂态稳定性.     

海上风力发电MMC-HVDC控制策略研究

对于海上风电场模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)的并网系统,首先介绍了MMCHVDC的基本原理,并分析了MMC的拓扑结构、数学模型及简化等效模型。然后,基于等效模型设计了MMCHVDC换流站的双闭环控制策略,送端换流站MMC1外环采用定直流电压和定无功功率控制,受端换流站MMC2采用定有功功率和定无功功率控制;内环均采用有功、无功功率解耦控制。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真实验模型,仿真结果表明:所设计的MMC-HVDC控制策略实现了有功与无功的完全解耦,MMC1与MMC2的控制策略相互独立,影响较小,并且具有很好的动态响应特性。     

柔性直流输电系统的内模解耦控制研究

基于电压源型换流器的直流输电技术作为一种新型高压直流输电技术,具有很多技术优点和广阔的应用前景。在d-q同步旋转坐标系下,电压源换流器的直流输电系统数学模型有功电流和无功电流存在耦合,利用内模控制原理对电流内环进行解耦,实现了有功功率和无功功率的独立控制,设计了电流内环控制器,并且给出了控制器参数整定的依据指标。Matlab数字仿真结果表明,该方法可以较好地实现有功和无功的解耦控制,具有较好的动态品质和鲁棒性,验证了控制策略的正确性和有效性。     

静止同步无功补偿技术在工矿企业供配电系统中应用的可行性分析

介绍了工矿企业供配电系统的特点、静止无功发生器STATCOM的工作原理、基于瞬时无功功率理论的id--i。无功电流检测、七电平正弦逆变电压的生成和电流直接控制方法,利用Matlab／Simulink建立了基波无功功率的检测系统和三级联的STATCOM仿真模型。通过理论分析与仿真结果进行对比,验证了设计方案的可行性和有效性,而且,所涉及的方案能够满足无功功率补偿的实时动态快速补偿的要求。     

输电系统用STATCOM多电平主回路方案选择

静止同步补偿器(STATCOM)因具有无功输出特性优良、响应速度快、占地面积小等优点,在电力系统中得到了越来越广泛的应用。基于链式多电平换流器和基于模块化多电平换流器(MMC)的STATCOM多电平主回路方案是目前输电系统用STATCOM中最有可能采用的两种方案。文中对这两种方案在设备构成、控制性能、接地方式和电网故障穿越能力等方面进行了对比分析,并得出了链式方案比MMC方案更适合应用于输电系统STATCOM的结论。     

利用含储能装置的STATCOM阻尼电力系统多模态振荡

研究了多机系统中使用储能装置与静止无功发生器(STATCOM)的集成抑制电力系统多模态振荡的可行性。推导了集成电池储能系统(BESS)的STATCOM的非线性动态模型和线性化Phillips-Heffron模型。利用STATC0M/BESS能够和系统自由交换有功功率和无功功率的特点,在每个控制回路上设计附加阻尼控制器阻尼多模态振荡。基于可控性指标确定STATCOM/BESS的安装地点并为各模态选择控制回路,使用人工鱼群算法进行多个阻尼控制器间的协调优化。仿真结果表明,单个STATCOM/BESS能够成功实现电力系统多模态振荡的抑制;阻尼效果受容量限制的影响,容量大时阻尼效果好。     

基于微电网的双馈风机低电压穿越策略研究

提出了一种基于微电网的风机动态无功发生策略,以提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。策略包含风机网侧换流器、风机机侧换流器两部分。网侧换流器策略是令网侧换流器工作于STATCOM模式以达到为电网进行动态无功补偿的目的;机侧换流器策略是以恒功率因数模式向电网提供无功功率。试验结果表明,本策略可以在故障发生后使机端电压由110 V左右提升至300 V左右,并抑制直流母线电压的骤升,减小暂态过程对风机系统的危害,提高风机的低电压穿越能力。     

适用于风电并网柔性直流控制器设计

针对传统风电并网对交流系统稳定运行产生的不利因素,提出采用柔性直流输电系统完成风电并网外送。首先给出基于柔性直流输电系统风电并网系统结构设计,并针对该系统结构展开理论分析,提出适合风电系统接入送端换流器控制功能配置、受端换流器控制功能配置。详细分析换流器桥臂结构及子模块模型结构,在上述分析基础上,进行整流侧频率控制器设计、交流电压控制器设计、逆变侧直流电压控制器设计和无功控制器设计。最后,在PSCAD/EMTDC完成上述一次模型搭建以及控制策略的仿真验证,对仿真结构进行总结分析。