含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统阻抗建模及稳定性分析

“双碳”目标下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备成为中低压直流配电系统的主要特征,使得系统因其低惯量、弱阻尼的特性所引起的稳定性问题尤为突出。为此,针对含输入串联输出并联型双有源桥(ISOP-DAB)变换器的中低压直流配电系统进行阻抗建模并提出一种适用于中低压直流配电系统的稳定性分析方法。首先,建立了ISOP-DAB变换器的二端口阻抗模型以及其他单元的阻抗模型。在此基础上根据系统内各单元的端口特性将中低压直流配电系统等效为2个单母线直流子系统,并得到整个系统在中、低压侧的等效阻抗比,当且仅当该等效阻抗比满足奈奎斯特判据时,系统可稳定运行。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统的时域仿真模型,通过仿真实验以及理论计算对比分析了恒功率负载及线路参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了ISOP-DAB变换器的小信号模型以及所提稳定性分析方法的准确性和有效性。     

直流配电系统有源阻尼控制的阻抗释义与谐振点灵敏度参数调节方法

直流配电系统有源阻尼控制一般通过在换流站配置补偿环节调节输入或输出阻抗来实现。为进一步阐述有源阻尼补偿环节对系统阻抗的影响机理,并指导其参数调节和设计,首先在建立定电压控制换流站阻抗降阶模型的基础上,分别以串、并联虚拟阻尼支路对直流电压反馈、直流电流前馈两类补偿环节进行溯源。其次,分析补偿环节对定电压站输出特性的影响,并在阻抗-频率曲线维度重构Nyquist稳定性判据,确定对有源阻尼补偿环节的基本约束。结合阻抗灵敏度,推导建立阻抗-频率曲线的谐振点灵敏度,提出采用阻抗/谐振点灵敏度的有源阻尼补偿环节参数调节方法。最后,以双端与四端直流配电系统为例,通过对比扫频结果展示了定电压站降阶阻抗模型的准确性,并分别在定电压站与定功率站配置补偿环节,以Nyquist曲线、MATLAB/Simulink时域仿真为参照,验证重构稳定性判据和所提阻抗/谐振点灵敏度参数调节方法的有效性。     

MMC-HVDC输电系统中高频阻抗建模及谐振机理分析

目前对基于模块化多电平换流器的高压直流(modular multilevelconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,MMC-HVDC)输电系统的中高频谐振机理尚缺乏系统性的研究,因此,基于分块化阻抗建模方法和谐波阻抗分析法系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的中高频谐振机理。首先,基于分块化阻抗建模方法,将MMC-HVDC输电系统进行分块,通过对交直流系统电路及MMC控制系统的分析,分别建立了MMC交、直流侧等效阻抗模型,同时根据线路的分布参数特性建立了输电线路阻抗模型,形成了MMC-HVDC输电系统等效模型;其次,通过研究控制环节和参数对MMC等效阻抗的影响,获得了主要的影响因素;然后将谐振分为有源谐振和无源谐振,从而系统地揭示了MMC-HVDC输电系统的谐振机理;最后,通过仿真验证了所建模型及谐振分析方法的有效性和正确性。分析及仿真结果表明：在中高频段,MMC直流侧系统仅可发生有源谐振,谐振频率主要与直流线路参数有关;MMC交流侧系统可发生无源和有源谐振,无源谐振主要受MMC交流侧阻抗负阻尼特性的影响,而有源谐振与MMC和电网参数均相关。     

直流微网谐振模态分析及有源阻尼抑制方法

谐振可能引起直流微网的谐波不稳定,是导致电压崩溃的潜在原因。利用频域分析法确定直流微网的谐振频率需要建立复杂的高阶传递函数,且不能提供谐振影响范围等信息。提出了分布式控制下直流微网的谐振模态分析方法,通过分析系统的节点导纳矩阵确定系统的谐振频率,并利用频域分析验证该方法的有效性;根据参与因子确定谐振的影响范围,进一步地研究了线路参数对系统模式和谐振频率的影响;提出了有源阻尼抑制方法,通过在电流内环注入阻尼信号降低线路调节变流器(LRC)输出阻抗的谐振峰值,提高系统的稳定性;基于PSCAD/EMTDC平台对所提分析方法和有源阻尼控制进行仿真验证。     

移相全桥直流变换器阻抗降阶建模及附加有源阻尼控制

受限于多端直流配电系统运行点的多样性与阻抗环境的复杂性,基于换流站单点配置的有源阻尼控制往往难以提供足够的稳定性提升效果。为满足复杂系统中有源阻尼的多源配置需求,从负载角度出发,以移相全桥直流变换器为例,在建立其平均等效电路、阻抗降阶模型与输入输出侧并联阻抗低频换算关系的基础上,对输入电压前馈有阻尼控制策略进行了溯源,并提出了输出电压反馈有源阻尼控制策略。最后,以双端直流配电系统为应用对象,通过时域仿真、小信号特征值轨迹对比以及对应硬件在环实验,验证了移相全桥直流变换器阻抗降阶模型的准确性与有源阻尼策略的有效性。     

含电池储能的直流配电网振荡抑制有源阻尼控制及参数计算方法

运行于Buck模式的双向DC-DC变换器是引起直流配电网发生振荡失稳的主要因素之一。首先,该文通过简单的直流配电网案例,建立了三相VSC考虑交流系统动态过程的阻抗模型和双向DC-DC变换器的阻抗模型,分析了主电路参数、控制系统参数以及稳态运行点对两者阻抗模型的影响程度与规律,并揭示了直流网络等效电感和双向DC-DC变换器相互作用诱发直流配电网振荡失稳的机理。其次,从直流配电网振荡抑制所需的阻抗特性角度考虑,提出了一种双向DC-DC变换器反馈直流电流的有源阻尼控制策略,并研究了阻尼控制器参数对其阻抗特性的影响规律。再次,以电池储能装置并联谐振抑制和直流网络串联谐振抑制为约束条件,解析了阻尼控制器的参数选择范围表达式。最后,采用电磁暂态仿真验证所给计算公式的正确性。     

模块化三电平静止无功补偿器的新型有源阻尼控制研究

本文关注模块化三电平静止无功补偿器因为并联台数变化引起的电网等效阻抗的变化,并据此提出了针对传统有源阻尼策略的改进策略。首先,建立了单台小信号等效模型,并从PCC处将单台等效模型拓展到多台并联模型。通过对谐振电流特性的分析,得出结论,在N台并联系统中,单台等效网侧阻抗扩大了N倍。同时分析了系统并联台数对谐振特性的影响,并提出了针对模块化三电平静止无功补偿器的新型有源阻尼策略。最后,通过实验研究,验证多台并联系统建模和谐振特性分析的正确性,所提出的新型有源谐振阻尼策略能够很好地抑制并联系统谐振。     

小电容电机驱动系统的直流母线电压稳定性分析与控制

对电机驱动系统中采用小电容的直流母线稳定性进行研究。由于在控制过程中驱动电机对直流母线呈现负阻抗的恒功率特性,系统可能存在不稳定的问题,采用阻抗方法对系统的稳定性进行分析。根据直流母线侧LC滤波器的输出阻抗和电压型逆变器——电机驱动系统的输入阻抗,构造出系统的传递函数,并得出相应的系统稳定工作条件,同时探讨阻抗参数对直流母线电压稳定性的影响。基于阻抗特性的分析,提出一种在不增加实际电阻的情况下,使直流母线阻尼虚拟增加的有源阻尼控制方案。该方法可在直流母线电容较小、常规系统稳定性条件不满足时仍能保证直流母线电压稳定,并将所提方法与无源阻尼控制进行对比分析。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统分析

为了克服柔性中压直流配电网工频方案中变压器体积大、重量大、噪音大、控制不够灵活等问题,提出一种基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统。该系统中直流配电母线不仅包括中压直流母线,还包括低压直流母线;中低压直流母线之间通过直流变压器进行连接;低压直流母线用于接入各类分布式电源。该系统中高频链直流变压器的使用不仅实现了不同电压等级直流母线间的电压变换、能量管理,还可以有效提高系统功率密度。介绍了中压柔性直流配电系统架构,给出了高频链直流变压器以及其它典型换流器的设计和分析,并对直流配电系统的工作模式和控制器进行了设计。最后,搭建了仿真平台,验证了系统的有效性。     

采用混合阻尼自适应调整的并网逆变器控制方法

由于在地处偏远的分布式发电系统中,长距离的传输线以及大量变压装置的存在给电网带来一个不可忽略的等效阻抗,电网阻抗的引入会对并网系统的控制稳定性造成影响。论文对基于LCL滤波的并网逆变器控制系统进行小信号建模,以电感–电阻串联模型作为弱电网模型,研究了电网阻抗对并网逆变器控制系统稳定性的影响。论文针对无源阻尼和有源阻尼两种常用的谐振抑制方案进行了进一步分析,定量分析了不同阻尼方案下电网阻抗对控制系统的阻尼系数影响,并在此基础上提出一种弱电网工作条件下的混合阻尼控制方案;同时基于电网阻抗的在线测量实现技术,实时改变比例谐振(proportional resonant,PR)电流控制环与有源阻尼控制环的控制参数,形成基于混合阻尼的并网逆变器自适应控制策略,使得并网逆变器在各种电网阻抗条件下都可以保持稳定的控制特性。论文最后通过样机实验验证了文中所提出的并网逆变器阻抗自适应控制策略的有效性。     

低压直流配电系统结构分析

结合国内外直流配电网的研究现状,对配电系统构架所包含的高压配电母线的供电方式,低压直流配电母线的构成形式,高压配电母线到低压配电母线的连接方式,分布式电源的组织形式及分布式电源和负荷到低压配电母线的连接方式等方面进行了详细分析,并探讨了适合城市低压直流配电网发展的合理电压等级。最后,结合我国现有电网条件,针对城市直流配网的发展方向提出了建议。     

基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制

由于电网阻抗的耦合作用,基于LCL滤波器并网的光伏逆变器之间会产生并联谐振。针对多逆变器并网的谐振问题,提出了一种基于多逆变器并网闭环控制模型的有源阻尼控制策略。基于多逆变器并网拓扑,依据戴维南等效定理建立了多逆变器并网的闭环数学模型,分析了多逆变器之间的谐振机理;采用电容电流反馈构成有源阻尼以抑制并网谐振,给出了基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网闭环控制框图;依据谐振阻尼表达式研究了有源阻尼系数对并网系统的稳态及动态特性的影响。在三台10 k W并网逆变器上进行了无阻尼环并网控制算法与加入有源阻尼环控制算法的对比实验,实验结果表明了所提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性。     

基于VSG的低压柔性直流系统连接串联补偿电网的稳定性分析

低压柔性直流输电系统可实现异步电网互联,并且具有控制灵活等优点。而虚拟同步机技术通过模拟传统同步发电机的外特性可以弥补电力电子设备无惯性和阻尼的缺点。然而,虚拟同步机与串联补偿电网之间的阻抗交互作用可能导致系统失稳,而目前这方面的研究较少。该文对基于虚拟同步机的低压柔性直流输电系统进行序阻抗建模,通过伯德图分析低压柔直虚拟同步机连接串联电容补偿电网的稳定性。提出一种动态虚拟阻尼系数的有源阻尼控制方法,通过动态调节虚拟同步机阻尼系数,同时结合调制信号反馈有源阻尼方法,共同抑制次同步振荡。所提出的改进后的有源阻尼控制方法可以解决调制信号反馈有源阻尼方法中,虚拟电阻值设置过大造成的工作点偏移。最后通过Simulink仿真验证所提出方法的有效性。     

多端直流配电系统VSC换流站交流电流反馈阻尼控制策略

多端直流配电系统VSC定功率站的恒功率特性与直流电网交互作用,易引起系统直流电压和电流的振荡甚至失稳。为此,文中提出一种适用于定功率站的交流电流反馈有源阻尼控制策略,该策略可充分利用已有交流量测量,并避免新的反馈通路引入。首先以定功率站平均值模型和背景直流配电系统戴维南等值电路为基础,分析不同阻尼策略的差异性及其在直流侧阻抗表征上的相互联系。其次,通过改变采样点和反馈点,得到交流电流反馈有源阻尼控制策略的降阶实现方式,并基于等值电路阻抗给出阻尼补偿环节参数设计方法。进而,建立计及所提阻尼控制策略的定功率站小信号模型,并推导能准确反映阻尼控制特性的输入阻抗模型。最后,以三端直流配电系统为例,通过波德图、小信号特征值轨迹和阻抗奈奎斯特曲线对比及Matlab/Simulink时域仿真和RT-Lab硬件在环实验,验证所提策略对抑制直流侧振荡和提升功率传输极限的有效性。     

LCL型多逆变器并网系统谐振研究综述

多逆变器并网系统谐振将威胁电网的稳定运行。由于具备较好滤波效果,LCL型滤波器常被作为并网逆变器的输出滤波器。鉴于近年来又有很多LCL型多逆变器并网系统谐振机理分析和抑制方法被提出,有必要进一步梳理和总结。首先,介绍了多逆变器并网发电系统电路拓扑及等效电路。然后,梳理了频域分析法、模态分析法和多输入多输出模型分析法的基本概念及其在系统谐振机理分析中取得的新成果。接着,重点介绍了有源阻尼法、阻抗重塑法和采用有源阻尼器在系统谐振抑制方面的优点和局限性,揭示了虚拟电阻和陷波器的应用是上述方法的关键技术。同时,还分析了分层控制、控制器参数优化以及系统配置优化在系统谐振抑制方面的应用。最后,从新型电力系统建设趋势的角度,认为多逆变器并网系统正朝着大规模、多参数和不同控制方法并用的复杂系统方向发展,需要多种分析方法相结合才能准确分析其谐振机理。对于多逆变器并网谐振的抑制方法而言,传统有源阻尼法、阻抗重塑法和有源阻尼器将得到进一步深入研究,谐振在线监测技术或将成为该研究新的突破口。     

组串式三电平并网逆变器有源阻尼的研究*

组串式LCL型三电平并网逆变器结构广泛用于光伏发电系统中,其高阶输出滤波器与非隔离特性极易引起逆变器输出电流谐振甚至导致系统不稳定.为抑制其输出电流谐振,首先根据组串式并网逆变器的结构和控制建立闭环控制模型;然后针对此结构和控制的特点提出了有源阻尼算法的基本方案,并派生出四种有源阻尼方案;再利用系统闭环零级点对四种方案进行比较得出抑制效果较好的方案,并对其电网阻抗适应性进行分析.最终,通过搭建20 kW实验平台,对该有源阻尼的谐振抑制效果和电网阻抗适应性进行了检验.     

并网逆变器系统的谐振抑制研究综述

总结了并网逆变器系统谐振抑制方法的国内外研究现状。分别针对单机型和多机型两个类型进行综述。建立了并网逆变器系统等效模型,并据此分析了单机和多机并网系统的谐振机理;分析了各无源阻尼方法的阻尼特性、滤波特性以及损耗特性,指出了影响单电流闭环控制系统稳定性的因素,从系统降阶、串联滤波器以及状态反馈3种不同的谐振抑制思想总结了现有有源阻尼方法,并从系统性能方面分析了各有源阻尼方法的优点和不足。依据多机并网谐振机理归纳和探讨了谐波源消除法和阻抗重塑法的谐振抑制思路,指出两者均具有全局性的特点,并展望了多机并网系统谐振抑制的进一步研究方向。     

LCL滤波器无源阻尼和有源阻尼对多逆变器并网谐振影响对比分析

多并网逆变器系统谐振是由滤波器输出谐波与电网谐波共同作用的结果。LCL滤波器谐振是滤波器输出谐波的主要因素之一,因此提出LCL滤波器谐振阻尼方法对多并网逆变器系统谐振的影响进行分析。首先,分析多并网逆变器系统谐波交互的机理;其次,建立无源阻尼和有源阻尼的多并网逆变器系统阻抗模型,对比分析2种阻尼方法对低频谐振和超高次谐振的影响;最后,采用3台并网逆变器进行仿真实验验证所提理论的有效性。     

中低压直流配电系统:关键装备阻抗建模与稳定性分析

中低压直流母线电压稳定是中低压直流配电系统稳定的关键指标.针对由多绕组变压器隔离型变换器与输入串联输出并联的多模块Boost+LLC型直流变压器组成的中低压直流配电系统,为分析其小信号阻抗稳定性,建立柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的小信号模型,推导中压和低压直流端口阻抗表达式.采用阻抗分析法分析了表征级联系统稳定性的参数,以伯德图和奈奎斯特曲线为依据,分析了电路参数和控制参数对系统阻抗特性和级联系统稳定性的影响.分析结果表明,增加柔性变换器电压控制环参数和直流变压器电流控制环参数,可提高中压直流级联系统的稳定性.增加直流变压器电压控制环参数,可提高低压直流级联系统的稳定性.最后在MATLAB/Simulink平台中搭建系统仿真模型,验证了所推小信号阻抗模型的正确性.     

一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略

LCL型并网逆变器中,电容电流反馈有源阻尼法可以有效抑制LCL滤波器的谐振。但是,数字控制延时会改变电容电流反馈有源阻尼效果,从而影响系统对电网阻抗的鲁棒性。为削弱数字控制延时的不利影响,提出相位超前补偿方法以补偿电容电流反馈的控制延时。通过分析不同谐振频率下系统的稳定性,得出改进后系统的增益裕度要求都能被满足,并设计出相位超前补偿器的参数。接着,为保证电网阻抗变化时系统的稳定性,给出电容电流反馈系数的设计方法。当采用选取的电容电流反馈系数时,分析加入相位超前补偿器前后的闭环极点轨迹。最后,通过一台1kW原理样机,验证了所提出理论研究的有效性。