一种提高变流器弱电网适应能力的全通前馈方法

弱电网下电网阻抗会严重影响并网变流器的稳定性,首先建立了含有电网电压前馈时并网变流器的阻抗模型,根据阻抗比判据分析了并网变流器在弱电网下的稳定性。针对传统电网电压前馈下并网变流器对弱电网适应能力较低的问题,提出了一种基于全通滤波的电网电压前馈方法,并分析了全通滤波器参数对系统弱电网适应能力的影响。理论分析表明基于全通滤波的电网电压前馈控制方法可显著提高并网变流器的弱电网适应能力。最后,搭建了系统仿真模型和实验样机,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

并网变流器全工作区间的稳定性分析方法研究

并网变流器作为分布式新能源发电的核心装备，其全工作区间运行稳定性研究的理论与实践价值巨大。目前，针对并网变流器的稳定性研究主要采用阻抗法和状态空间法，多以额定工况下的分析结果指导整个静态工作区的控制器设计。而实际并网变流器在不同功率段往往表现出不同的运行特性，如在青海省某光伏电站输出功率达到额定值65%左右时，公共连接点处更易出现电压、电流波形畸变。因此，进行并网变流器全工作区间运行特性的研究意义显著。然而，现有阻抗法和状态空间法等典型稳定性分析方法通常只在单一工作点进行建模，如何将其简单、直观地推广到全工作域的相关研究还较少。为分析并网变流器系统在全工作区间内稳定性，提出一种稳定域构建方法。首先，利用dq轴之间的多重耦合效应和锁相环的动态特性，将变工作点因子引入建模过程中；接着，构建一个含工作点变量的变流器单输入单输出传递函数模型。基于所提出的模型，能够直观分析系统的稳定工作域，进而能够研究系统参数对稳定域的影响规律。仿真与实验结果验证了该模型和理论分析的有效性。     

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。     

考虑线路及网侧阻抗的多台储能变流器稳定性影响分析

为保证储能电站能够安全稳定运行,本文研究网侧阻抗、多机并联线路阻抗和并联机组数对储能电站安全稳定运行的影响,通过建立系统数学模型并通过特征值根轨迹方法验证系统稳定性。首先建立三相并网模型,然后运用诺顿等效原理,建立单台及多台储能变流器（PCS）并网等效电路,分析得出决定考虑线路及网侧阻抗情况下的多机并联模型传递函数,据此分析得出并联台数、线路阻抗、网侧阻抗等参数变化对系统稳定性的影响,并通过在Simulink平台下搭建多PCS并联仿真模型,验证了理论的正确性。     

基于阻抗模型的并网变流器低频振荡机理研究

近年来世界范围内发生了多起新能源并网低频振荡现象。为揭示低频振荡机理,以弱电网条件下并网变流器为研究对象,根据阻抗理论,分别建立了dq坐标系下并网变流器常用的2种控制方式单电流环控制和电压电流双环控制的小信号阻抗模型,在此基础上给出了2种控制模式下的并网变流器低频导纳特性,分析了电流环与电压环PI参数对并网变流器低频振荡特性的影响,得到影响低频振荡的主要因素;对多台变流器分布式并联运行振荡特性进行分析,给出了弱电网与并网变流器以及并网变流器之间的交互特性。最后通过仿真和实验验证了所得结论的正确性,能够实现并网电流低频振荡现象可受控的复现与抑制。     

基于宽频振荡稳定约束的风电接入容量分析

风电的大规模接入可能引发严重的宽频振荡。宽频振荡与风电场的容量、接入点阻抗以及机组的运行工况等密切相关。文章采用阻抗模型方法分析风电并网系统的宽频振荡特性,明确宽频振荡约束下的风电接入容量与电网阻抗之间的关系。首先,建立了风电机组的全工况阻抗模型,该模型以风电机组端口工频电压和输出电流为变量;然后,基于全工况阻抗模型分析了风电机组输出功率、接入点短路比等对风电并网系统宽频振荡的影响;进而,分析了风电场容量与接入点之间的关系,为风电场的建设和运行提供参考;最后,通过时域仿真验证了全工况阻抗模型分析结果的准确性。结果表明,基于全工况阻抗模型可以确定在不同电网条件下考虑宽频振荡稳定时风电场的最大接入容量。     

弱电网下双向并网变流器虚拟正阻尼重塑控制

针对弱电网下恒功率控制模式中双向并网变流器系统稳定性会因功率传输方向的不同而产生差异进而引发系统振荡甚至失稳的问题，提出了一种虚拟正阻尼重塑控制策略，将负阻抗重塑为正阻抗，增强系统阻尼进而提升稳定性。首先，详细地建立了双向并网变流器交流侧端口阻抗在d-q坐标系下的小信号模型，分析了不同功率方向下阻抗特性的差异。其次，结合系统最小环路比表达式和电网等值阻抗表达式，基于奈奎斯特稳定判据，分析了电网等值阻抗大小和功率传输方向两个因素对系统稳定性的影响。然后，分析了弱电网下双向逆变器虚拟正阻尼重塑控制策略，并对其进行建模与分析。结果表明：虚拟正阻尼重塑控制可以实现将负阻抗重塑为正阻抗，并增强系统阻尼。并且，即使在电网等值阻抗较大的弱电网下，系统也能保持较好的双向功率稳定性。最后，基于MATLAB/Simulink和小功率实验平台验证所提策略的有效性。     

不平衡运行工况下并网逆变器的阻抗建模及稳定性分析

实际运行中,并网逆变器常工作在电网电压、电网阻抗和逆变器滤波电感均不平衡的复杂工况下。文中研究了在此复杂不平衡工况下并网逆变器的阻抗模型及其和电网互联系统稳定性分析策略。在并网逆变器公共耦合点电压不平衡和逆变器滤波电感不平衡运行工况下,推导了电压不平衡分量及滤波电感不平衡和各谐波分量之间的关系,建立了并网逆变器在正、负序坐标下的输出导纳模型,得出了导纳矩阵的解析表达式,并分析了正、负序及耦合导纳的特性。依据广义奈奎斯特判据和逆变器不平衡导纳表达式,给出并网逆变器在不平衡运行工况下也适用的阻抗稳定性运行判定方法。最后,对不平衡工况下所研究的系统稳定性判据的有效性进行了实验验证。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

三相变流器并网系统的广义阻抗及稳定判据

三相变流器的输出阻抗矩阵特性对系统的稳定性有重要影响。无论在静止坐标系还是dq坐标系下,由于锁相环或电网等原因,变流器和电网的阻抗矩阵难以同时对角化解耦。耦合项的存在导致基于阻抗的变流器并网系统小干扰稳定性分析方法十分复杂或存在较大误差。为此,该文基于特征方程降阶的思路,在一定假设条件下提出可分析变流器系统小干扰稳定性的广义阻抗判据。首先,在极坐标下建立变流器端口和电网端口的小信号阻抗模型,并在此基础上定义了变流器及电网的广义阻抗。其次,利用严格的数学变换得到了反映变流器与电网交互影响的降阶特征方程。研究表明,系统振荡可以看作变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振,广义阻抗判据是传统阻抗判据的扩展,在控制器外环和锁相环动态都可以忽略的前提下广义阻抗判据和正负序阻抗判据等价。最后,数字仿真和基于RT-LAB的硬件在环仿真验证了广义阻抗判据的有效性。     

弱电网下基于DSOGI-PLL的并网换流器频率耦合阻抗建模与稳定性分析

三相电压源型换流器作为中低压直流配用电系统并网常用的接口电路,在系统运行中发挥着重要的作用。为了解决弱电网下基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)的并网换流器失稳的问题,首先建立了DSOGI-PLL的频率耦合阻抗模型,然后综合考虑多种频率耦合因素建立了并网换流器的频率耦合阻抗模型。基于此模型分析了DSOGI-PLL参数、直流电压环带宽以及电流内环带宽比对于并网换流器频率耦合特性的影响。然后推导了考虑频率耦合特性的等效单输入单输出奈奎斯特稳定判据,进而研究了各种因素对于并网换流器系统稳定性的影响。最后基于MATLAB/Simulink对频率耦合阻抗模型和系统稳定性进行了仿真验证,证明了所提频率耦合阻抗模型和理论分析的准确性。     

不平衡负载下三相离网逆变器的序阻抗建模及特性分析

孤岛微电网中三相负载不平衡是引起微电网电压不对称的主要原因。为了清晰直观地分析和改善电压不对称问题,从序阻抗角度,采用一种谐波线性化方法,建立了不平衡负载下三相离网逆变器采用无正负序分离电压控制模式的正负序阻抗模型,在不同PI控制参数、不同的运行工况下对三相离网逆变器的正负序阻抗特性进行了对比分析。分析表明PI控制参数对正负序阻抗特性影响较大,运行工况产生的影响较小。然后在三种不同运行工况下,对单序dq控制模式和无正负序分离电压控制模式进行了仿真对比分析。得到的序阻抗特性曲线和输出波形表明:采用单序dq电压控制模式时离网逆变器的输出电压幅值不平衡度高,而采用无正负序分离电压控制模式时,由于三相离网逆变器的负序等效输出阻抗在基频下较小,不平衡负载引起的负序电流流过阻抗产生的压降也较小,使逆变器的输出电压幅值基本保持平衡。最后,仿真验证了无正负序分离电压控制模式下的序阻抗模型的有效性。     

考虑直流侧动态的跟网型变换器稳定性分析

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态,在直流侧使用恒定电压源,一定程度上影响小干扰稳定性分析。本文主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先,分析了新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件,论证了并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之建立了考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间 (harmonic state-space, HSS) 阻抗模型。其次,在不同电网强度下,通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析,揭示了电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后,分析了锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下,锁相环与电网呈现强交互作用,降低了系统的小干扰稳定性,考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。     

低电压穿越期间双馈风电机组稳定性分析与电流分配方法

在弱电网情况下,双馈风电机组(DFIG)与电网阻抗之间会发生复杂的交互作用,若在低电压穿越期间有功、无功电流设置不当,则系统将面临失稳风险。为此,建立DFIG的小信号导纳模型,分析系统失稳机理,尤其是厘清输电线路阻抗、锁相环等因素对稳定性的影响规律。提出满足无功电流响应准则、变换器容量限制和系统稳定性约束的DFIG有功、无功电流分配原则,推导DFIG稳定运行范围,从而为弱电网下DFIG的电流指令设置提供参考。实验结果表明：有功、无功电流对稳定性的影响规律不同,与无功电流相比,有功电流对稳定性的影响更为显著,验证了理论分析的正确性,且进一步验证了所提电流分配方法的有效性。     

直驱风电机组阻抗建模及次同步振荡影响因素分析

弱电网条件下直驱风电机组与电网的交互影响得到了国内外的广泛关注。目前,阻抗分析法是研究风电机组并网系统稳定性分析的主要研究方法之一,传统的基于dq坐标系的阻抗建模过程中忽略了直流侧电压波动及直流电压环的影响,并且未分析风电机组控制参数对系统稳定特性的影响。因此,以直驱风电机组并网系统为例,计及锁相环动态特性、直流侧电压波动和直流电压环,建立风电机组在dq坐标系下的阻抗模型,并通过扫频实测阻抗特性验证了理论模型的正确性。结合基于系统总阻抗矩阵行列式的稳定判据分析系统稳定性的影响因素,为风电机组控制参数的优化奠定基础。时域仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

MMC型级联变换器阻抗建模和稳定性分析

工程中常通过不同类型的变换器灵活级联以实现不同的功能,然而变换器级联系统中前、后级变换器之间的相互作用可能会导致系统稳定裕度不足甚至失稳,不同类型的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)级联也将面临稳定性问题。建立了MMC型级联变换器的稳定性分析模型,并提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升策略。首先,建立了MMC型AC/DC变换器和DC/DC变换器的阻抗模型,在稳态工作点附近推导出两种MMC型变换器的小信号模型,从而获得前级变换器的输出阻抗和后级变换器的输入阻抗。其次,分析了MMC型级联变换器的稳定性,结果表明,当前级变换器输出阻抗与后级变换器输入阻抗不匹配时,级联系统稳定性裕度可能不足导致系统失稳。进而,分析了MMC型级联变换器的平波电感、桥臂电感和子模块电容等一次参数对级联系统稳定性的影响。最后,提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升方法,并给出了串联阻尼电阻的选择建议。仿真结果表明提出的稳定性控制方法可有效提升MMC型变换器级联系统的稳定性。     

虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。     

多桥换流器高压直流输电送端谐波不稳定分析与抑制

针对多桥换流器高压直流输电系统送端换流站不同工况直流偏磁下谐波不稳定问题,基于单桥6脉波换流器的开关函数和调制理论,考虑换流变压器的叠加特性,得到不同工况下多桥换流器数学模型。在此数学模型基础上,分析了谐波在交直流侧的相互调制,推导出了不同工况下多桥换流器的谐波放大倍数及谐波不稳定的定量判据,并且综合分析影响判据的多种因素,提出了通过合理设计交直流系统阻抗以及合理安排系统的运行工况从而提高系统谐波稳定性的有效措施。最后,在PSCAD中构建了多桥换流器高压直流输电系统电磁暂态仿真模型进行验证,仿真结果验证了所述措施的正确性与有效性。     

矩阵变换器系统的稳定性分析

论文提供了一种实用的矩阵变换器系统稳定性的分析方法。以非理想电源、输入滤波器、矩阵变换器及其驱动的三相对称阻感性负载组成的系统为对象，建立了两种不同的调制策略下系统的状态平均模型，分析了两种不同的调制策略下系统稳定性的不同性质。对非线性状态平均模型在稳态工作点处进行微偏线性化，建立了系统的小信号线性状态方程，通过对状态矩阵特征值移动规律的分析，研究了系统各参数影响稳定性的规律，并在此基础上，提出了改进滤波器结构来改善稳定性的措施，分析了改进的滤波器改善稳定性的根本原因。仿真结果表明了解析分析结论的正确性。     

弱电网下电压源型变换器静态稳定性分析

电压源型变换器(Voltage Source Converter, VSC)作为新能源发电的并网接口广泛地应用于电力系统。以单台VSC经线路阻抗并入无穷大电网为例,推导弱电网下VSC功率输出特性。基于VSC系统阻尼转矩模型得出阻尼系数直接决定系统静态稳定,同步系数通过影响阻尼功率相位间接影响系统稳定。根据阻尼功率与同步功率之间的相位关系解释了VSC系统静态失稳机理,并且利用Bode图研究了系统参数与运行工况对系统稳定性影响。结果表明,电流环比例增益越低、锁相环带宽越窄或无功功率运行不合理,VSC系统将面临静态失稳风险。同时在Matlab/Simulink中搭建VSC并入弱电网模型,验证了理论分析的正确性。