柔性直流配电系统高频振荡降阶模型与机理分析

在柔性直流配电系统中,由于存在多时间尺度的控制环节和物理电路相互作用的影响,容易产生高频振荡现象。文中针对柔性直流配电系统的高频振荡机理进行研究,建立了柔性直流配电系统高阶数学模型,通过对影响系统阶数的关键参数灵敏度分析实现系统降阶,推导了时域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,文中总结了直流侧滤波电容、交流侧等效电感和控制器参数对高频振荡的影响规律。最后,基于Simulink搭建了低压和中压柔性直流配电系统的仿真模型,仿真结果验证了理论分析的有效性。     

直流配电系统直流电压控制时间尺度的低频振荡机理分析

柔性直流配电系统呈现低惯性弱阻尼特性,易产生低频振荡现象,目前振荡机理尚不明确。针对直流电压控制时间尺度的低频振荡振荡频率机理展开研究,提出了柔性直流配电系统在直流电压控制时间尺度(约100 ms)下的物理等效电路模型,推导了振荡频率的解析形式,通过对低频振荡影响因素的灵敏度分析,提出等效模型的降阶形式,获取了振荡频率与关键参数间的解析关系。基于PSCAD搭建了柔性直流配电系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性与有效性。     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

一种基于泰勒展开的临界降阶直流配电系统稳定控制算法

以中压直流（medium-voltage DC, MVDC）配电系统为研究对象,建立了直流系统的临界降阶模型,研究了恒功率负载对系统稳定性的影响。由于直流系统中恒功率负载的负阻抗特性会导致系统电压发生振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响,提出一种能够提高MVDC配电系统电压稳定性的稳定控制算法,通过状态反馈控制、下垂控制及电压控制中关键参数的分散灵活设计,改变系统主导极点在s域平面的位置,有效提高MVDC配电系统的稳定性。仿真结果验证了临界降阶模型的合理性以及基于泰勒展开控制算法的有效性。     

中压直流配电系统等效降阶建模及控制参数设计

合适的等效降阶模型能够为中压直流(MVDC)配电系统的稳定性分析及控制参数设计提供便利.首先,基于所提出的开闭环逐步等效降阶建模方法,建立了MVDC配电系统的等效降阶电路模型,并据此建立了计及换流器间动态交互的开环等效降阶模型.在不增加开环等效降阶模型阶数的前提下,基于泰勒展开的状态反馈控制方法为系统振荡频率及阻尼比的...     

基于RT-LAB的柔性直流配电网建模与仿真分析

基于实时数字仿真系统RT-LAB建立典型"手拉手"拓扑,含分布式能源光伏、锂电池以及交直流负载的直流配电网实时仿真数学模型。利用该模型对柔性直流配电系统的启停控制、指令控制等运行方式进行暂态响应特性仿真分析。RT-LAB实时仿真技术显著增强柔性直流配电网系统仿真的时效性和实用性。配网启动逻辑设计及软开关技术、逐级功率提升法的应用,有效减小了直流配电系统启动电流冲击及接入操作过电压。系统建模满足直流配电系统运行要求,对其启动控制及运行工况的仿真分析,为柔性直流配电工程建设进一步研究提供参考。     

柔性直流阻尼换流阀充电过程子模块均压特性

针对柔性直流阻尼换流阀系统,研究了充电过程中子模块的均压特性。并以舟山柔直桥臂阻尼恢复装置加装工程为研究背景,基于桥臂阻尼换流阀的设计原理,构建了能反映子模块取能电源及板卡功耗的子模块数学模型。通过理论分析阻尼换流阀充电过程子模块的不均压机理及影响因素,提出了相应的解决措施。仿真与试验结果验证了理论分析的正确性以及解决措施的有效性,为舟山柔性直流阻尼恢复系统加装工程的顺利实施提供了技术支撑。     

柔性直流配电系统稳定性及其控制关键问题

柔性直流配电系统大多采用电力电子设备与交流系统互联、接纳分布式电源与负荷,呈低惯性弱阻尼特性,同时分布式电源与负荷的随机性波动致使运行具有时变特性,易产生不同频率的振荡甚至失稳现象。文中总结了柔性直流配电系统稳定性分析及控制方面遇到的挑战,指出其多时间尺度与随机特性是技术上面临的主要难题。通过总结建模、振荡机理与稳定性分析以及稳定控制方面的研究现状,展望了未来在多时间尺度建模与振荡机理、随机扰动稳定性分析以及时变场景鲁棒稳定控制方面的关键问题,为柔性直流配电系统的稳定性研究提供思路。     

基于柔性直流的配电系统关键设备暂态电流研究

基于柔性直流的配电系统因便于新能源接入等优势成为了国内外研究热点,其中设备暂态电流特性是设备选型的重要依据。针对基于柔性直流的±10 k V配电系统关键设备的暂态电流特性,开展了理论分析、仿真计算和限流措施研究。首先基于系统的拓扑结构,分析并确定了各区域关键设备及其暂态电流决定性故障工况。在此基础上,采用理论分析和仿真建模计算相结合的手段开展了暂态电流的研究,通过仿真对比了不同阻抗限流电抗器的限流效果,考虑保护时间需求和断路器开断能力的要求,结合经济性、占地面积等因素确定了限制接入设备暂态电流的电抗大小。最后,理论计算和仿真分析了各区域关键设备暂态电流水平。计算结果表明,主换流器桥臂及子模块的暂态电流峰值为9.72 k A,线路上接入的两电平换流器暂态电流峰值接近6 k A,直流变压器直流母线暂态电流峰值接近7 k A。研究结果为±10 k V基于柔性直流的智能配电系统关键设备的选型提供了参考。     

基于平衡理论的双端柔性直流输电系统降阶小信号建模

为了提高直流输电系统小扰动稳定性分析计算效率,建立了直流输电系统小信号降阶模型。文章以双端直流输电系统为研究对象,首先建立了双端柔性直流输电系统小信号模型,然后基于平衡理论将系统状态量按Hankel奇异值数目排序进行阶数选择,经过矩阵变换实现小信号模型的降阶。通过计算全阶系统和降阶系统的主导特征根变化轨迹,验证了降阶系统与全阶系统具有一致的小扰动稳定性。仿真结果表明,降阶前后具有相似的动态响应,验证了降阶模型的准确性。在复杂网络环境下,基于平衡理论的降阶方法不仅减小模型复杂度、提高了计算效率,还可对系统的稳定性进行预判。     

基于PET控制特性的交直流配电网直流侧低频振荡分析

随着新能源、储能和柔性直流技术的发展,交直流混合配电网逐渐成为未来配电网的重要发展方向,大量电力电子设备接入给配电网带来了低频振荡等动态问题。为深入研究交直流混合配电网直流侧低频振荡问题,文中根据交直流配电网系统实际工程应用,对电力电子变压器主阀塔中的H桥串联和隔离型双向有源桥结构、三相逆变器以及三相Buck变换器等关键环节进行详细建模。通过时域仿真,复现了该交直流配电网实际工程中直流侧的4 Hz低频振荡现象,验证了所建数学模型的正确性。基于所建数学模型对功率和控制器参数等关键影响因素进行了定性分析,最终得出结论如下：功率水平、Buck环节电压环控制参数影响系统稳定性;Buck环节电流环积分系数影响振荡频率。     

一种具备直流故障阻断能力的新型子模块研究

针对在柔性直流工程中得到广泛应用的半桥子模块无法处理直流侧故障的问题,提出了一种具有直流故障电流自阻断能力的子模块拓扑结构。阐述了新型子模块拓扑的基本结构和运行特性;基于直流故障期间系统等效电路,详细分析了新型子模块的故障电流阻断机理和器件耐压水平;对该子模块的混合实施方案进行计算,同时对阻断能力和经济特性做出了比较分析;在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,对所提出的子模块阻断能力进行验证。经验证,该型子模块拓扑能够快速有效地清除直流侧故障电流。     

直驱风力发电系统接入直流配电系统的小扰动稳定分析

近年来,随着直流技术的飞速发展以及风电接入电网的容量不断增加,风力发电系统接入直流配电系统成为消纳新能源发电的一种有效模式。文中构建了包含直驱风力发电系统的直流配电系统小扰动稳定模型,通过特征值和模态分析的方法获取了关键设备之间的振荡关系,重点分析了同步电机参数、锁相环控制参数以及DC/DC换流器控制参数对相关的系统运行模式的影响,以及风机侧与并网侧换流器之间的相互动态作用,其结果有助于直流配电系统多时间尺度振荡的分析。     

谐振式模块化直流变换器的高增益控制

随着新能源发电并网系统发展和各类新兴直流负载出现,直流配电网得到快速发展,高增益直流变换器成为不同电压等级互联的关键设备。提出了一种基于子模块级联结构的谐振式模块化直流变换器RMDC(resonant modular DC converter)拓扑,并利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路实现能量传递,同时级联结构易于获得较高的电压增益。首先分析了RMDC工作原理及关键参数和电压增益之间的数学关系;在此基础上,提出一种高增益控制方法;最后通过仿真和实验结果验证了理论分析和高增益控制方法的有效性和正确性。     

MMC静态直流充电时电容均压特性研究和保护定值整定

模块化多电平换流器在静态直流充电时存在电容电压两极分化的问题,部分子模块甚至因电压跌落导致反复启动。先通过引入取能电源等效阻抗动态参数改进子模块等效模型,然后根据改进后模型仿真分析了电容电压两极分化的机理,最后在仿真基础上提出了静态直流充电耐受时间定值整定方法,通过优化保护定值降低电容电压两极分化程度。依托厦门柔性直流输电工程进行了静态直流充电和单个阀塔加压试验,试验结果与仿真结果基本一致,验证了所提子模块等效模型、电容电压两极分化机理分析和保护定值整定方法的正确性。     

适用于柔性直流输电换流阀子模块的便携式自动测试仪设计

换流阀功率子模块是高压柔性直流输电工程中完成电能变换的核心模块,其运行可靠性直接关系整个直流输电系统的稳定性。由于子模块数量庞大,电气拓扑复杂,电容容量大电压高,因此对其元件参数的测量难度较大。根据柔性直流输电换流阀子模块的特点,设计了一种便携式自动测试仪,可实现对柔直子模块电容、电阻、IGBT、旁路开关等主要元器件的全面自动检测,详细介绍了测试仪的软件和硬件设计方案。以许继集团研制的功率子模块为测试对象,验证了所设计的测试装置的正确性和实用性。     

基于高交流调制比的混合MMC配比约束方案设计

全桥子模块的负电平输出性能,可使混合型MMC系统交流调制比大于1。基于高交流调制比的混合型MMC配比优化设计,可降低直流故障率,提升交流电网电压等级,扩展交直流电压运行区域,对柔性直流输电发展意义重大。因此,提出直流故障穿越与半桥子模块电容电压平衡约束的高交流调制比混合型MMC全桥比例设计方法;建立±500kV双端混合型MMC系统模型,分析直流故障量暂态特性与半桥子模块电容电压波动规律,得到混合型MMC配比综合优化设计方案。结果表明,全桥占比应不小于41%,随全桥比例增大,系统故障后电压恢复时间先减后增,故障自清除时间缩短,半桥子模块电容电压波动减小8.15kV,电容电压波动与交流调制比呈正相关变化;全桥比例为75%的MMC子模块故障处理能力强,综合性能最优。研究结果为MMC轻型化设计提供参考。     

基于储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复策略

提出一种适用于柔性直流配电网的故障快速恢复策略。首先提出了一种储能内置式换流器(ESBC)的拓扑结构,并对双极短路故障状态下ESBC闭锁前后的子模块电容电压和故障电流的暂态特性进行分析。进而提出基于储能的故障快速恢复策略,改进故障恢复时序,并提出子模块分阶段充放电策略以抑制冲击电流。最后将提出的协调控制策略与直流配电网相结合,实现在换流器闭锁期间,储能在为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间不间断供电的同时,对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到额定值,减小换流器解锁时的电压波动,为换流器重启动缩短时间。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,验证了所提策略的有效性。