计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10～50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

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。     

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.     

基于MMC的柔性直流配电系统低频振荡机理分析

以采用主从控制的柔性直流配电系统为研究对象,从时域角度提出了直流电压时间尺度下柔性直流配电系统的高阶数学模型,引入阻抗系数对数学模型进行了降阶处理.通过对降阶数学模型的分析,研究了子模块电容、子模块个数等电路参数与控制参数对振荡频率的影响,揭示了柔性直流配电系统低频振荡机理.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了基于模块化多电平换流器(MMC)的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.     

一种直驱风电场中换流器控制系统间动态交互引起系统的失稳机理分析

主要分析了换流器控制系统间动态交互对直驱风电场并网系统稳定性的影响。通过构建闭环互联系统模型,其中锁相环环节作为其反馈子系统,研究了开环子系统间动态交互与开、闭环系统模式分析结果间的联系。基于此模型,以期从开环模式谐振角度为直驱风电机组间动态交互,及其引起系统失稳提供一种机理解释。在开环模式谐振条件下,即开环锁相环模式与另一子系统开环模式在复平面上较为接近,因子系统间的强交互作用导致系统阻尼水平降低。最后,通过直驱风电场仿真系统对所提模型和分析方法的有效性进行了验证,并分析了系统运行条件(电网连接强度、风机注入功率)及无功控制结构与参数对开环模式谐振的影响。     

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。     

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。     

基于电压源型换流器的多端直流配电系统降阶小信号模型

含电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流配电系统集成度高,电力电子装置数量较多,这导致系统小信号模型的阶数较高,从而增加了系统稳定性分析及全局控制器设计的难度。鉴于此,提出了一种新型的多端直流(multi terminal DC,MTDC)系统降阶小信号模型。首先,文章对VSC进行了参与因子分析,辨识了与直流电压主导运动模态呈高相关性的状态变量。以此为基础,基于瞬时功率理论推导出一种新型VSC降阶模型。基于该模型,文章建立了多端直流配电系统的降阶小信号模型。最后,文章将所建立的多端直流配电系统降阶模型与传统降阶模型及电磁暂态模型进行了对比分析。结果表明:相对于传统的降阶小信号模型而言,文中所提出的系统模型能够更精确地评估系统的稳定性。     

经柔性直流接入的大规模直驱风电场等效建模与小干扰稳定性分析

含多台风机的大规模风电场经柔性直流接入交流系统的详细模型阶数过高,对小干扰稳定性分析和失稳机理研究提出了挑战.为此,建立了风电场经柔性直流接入交流系统的开环、闭环线性化状态空间模型.基于风电场开环状态空间模型及风电场节点电压电流关系,将全阶风电场模型通过单台风机动态及交流拓扑信息矩阵进行等效,并分析了风机输出功率、风机...     

并联感应电动机聚合负荷引起含双馈风电场电力系统振荡研究

围绕并联感应电动机聚合负荷,研究了该负荷自身的稳定性特征及其与双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)间交互作用对电力系统稳定性的影响。首先,建立了聚合负荷线性化状态空间模型;理论研究表明,当聚合负荷内部n台感应电动机同型时,聚合负荷可等值变换为n个独立的等值子系统,其中1个等值子系统的感应电动机振荡模式(induction motor oscillation mode,IMOM)将随着电动机数量n的增加在复平面上不断移动,甚至可能穿越虚轴进入右半平面;并提出一种预估该移动的振荡模式负阻尼时对应的电动机数量的方法。其次,构建了由聚合负荷开环子系统和电力系统其余部分开环子系统构成的闭环互联系统模型,并从开环模式耦合的角度阐述了聚合负荷与双馈风机间交互作用导致电力系统振荡的机理:当开环感应电动机振荡模式与开环风机振荡模式在复平面上靠近时,可能出现的开环模式耦合将引发2个子系统间的强交互作用,并导致闭环系统振荡模式阻尼减弱。最后,通过新英格兰系统对理论分析及结论进行了验证。     

参数协调模糊自适应VSG控制策略

常规虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator VSG)虽能解决新能源并网缺少惯性的问题,能够有效支撑系统频率,但同时带来扰动下的有功频率振荡现象。为进一步抑制功率振荡,全面改善系统动态响应性能,首先建立VSG有功环的小信号模型,根据闭环传递函数极点分布图分析虚拟参数选取对系统性能的影响。其次借鉴同步发电机功角、角频率曲线,设计精细化的虚拟惯量模糊调节规律,同时考虑有功超调量、频率变化率、调节时间和上升时间这4个性能指标选取适宜的阻尼比,虚拟阻尼根据所选阻尼比随虚拟惯量的变化协调自适应调节。最后通过Matlab/Simulink对比几种不同的VSG控制策略,验证所提控制策略的可行性和有效性。     

混合多端直流输电系统附加控制器设计

针对包含混合多端直流的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出一种基于射影控制原理的控制器降阶设计方法。搭建混合三端直流输电系统,确定控制策略,利用总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统开环模型。得出系统状态反馈增益矩阵,保留闭环系统主导特征值,基于射影控制原理设计低阶输出反馈控制器,并基于线性矩阵不等式设计 阻尼控制器进行比较。测试系统的特征值分析和时域仿真结果表明：射影控制器不仅阶数低,而且具有更好的阻尼特性和鲁棒性。     

光伏场经柔直并网振荡稳定性分析与抑制方法研究

大容量远距离的光伏场经柔直送出将是未来电力系统发展的一个重要趋势,然而,光伏场经柔直送出互联系统存在建模复杂、阶数过高、难以直观解释失稳机理等问题。为此,本文建立了光伏场经柔直接入交流系统的开环、闭环模型,在此基础上基于开环模式谐振理论,提出了一种光伏场经柔直并网引发振荡失稳的分析方法,并且进一步地针对光伏场与柔直之间的动态交互展开了研究。研究表明：当光伏场主导开环振荡模式与换流站开环振荡模式在复平面接近时,二者将会发生强交互作用,降低闭环系统的稳定性,甚至失稳;基于残差理论可以对强交互作用下闭环振荡模式的数值进行预测。为了抑制光伏场与柔直之间的强交互作用,可以通过调整主导环节的参数抑制。若参数不可调整时,通过在发电单元主导环节装设阻尼控制器,使得其开环振荡模式远离换流站的开环振荡模式,从而破坏开环模式谐振导致的强交互作用,消除由强交互产生的振荡失稳风险。文中通过算例系统,验证了上述理论分析的正确性以及所提阻尼控制器的合理性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。