应用于直流电网的直流断路器参数选取研究

混合式高压直流断路器所能承受的电流水平不仅反映了整个网络向故障点的馈能情况,同时也是其内部各开关器件承受能力的外在体现。直流电网的稳态潮流分布及故障时的电流变化情况则是高压直流断路器载流支路及主断路器支路参数选取的重要依据。本文以直流电网潮流分布为基础,考虑了直流电网可能存在的多种运行方式,分析了高压直流断路器承受的稳态电流水平,进而为其载流支路参数选取提供参考。同时,在基于半桥子模块结构的换流器故障机理分析的基础上,进一步研究了直流电网线路发生故障时的网络电流、换流器出口电流及换流器桥臂电流的变化情况,为高压直流断路器所需开断故障电流水平提供理论依据,并为高压直流断路器的主断路器支路参数及限流电感参数整定及其与换流站闭锁保护相互配合提供一定的参考。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的四端环网模型上验证了所提方法的正确性。     

基于MMC的柔性直流输电动模装置节点控制器的设计及其动模实验

为了解决目前模块化多电平换流器动模装置所有子模块均由一个阀级控制器控制从而导致的控制系统复杂、系统成本升高等问题。本文提出了一种在阀级控制器和子模块级控制器间加入节点控制器的方案并在此方案上研制了动模装置。节点控制器的加入降低了主机控制器的硬件要求和光纤通道的使用数量,大大地降低了装置成本。同时,主机控制器与节点控制器之间的通讯采用循环冗余校验算法,增加了大容量数据高速传输的实时性和可靠性。通过对动模装置进行稳态实验和功率阶跃实验,结果表明系统能够正确快速地进行有功类物理量和无功类物理量的追踪控制以及子模块电容电压的稳定。     

基于虚拟同步发电机控制策略的多端柔性直流系统自适应下垂控制

基于电压源型多端柔性直流输电系统采用dq双环控制,无法为系统提供惯性.提出了一种虚拟同步发电机技术的自适应下垂控制策略,该策略不需要站间通信,根据交流系统的频率变化情况,生成自适应下垂系数,分配多端柔性直流系统换流站的功率,使交流网络参与多端换流站不平衡功率的分配.该策略提升了交流网络的惯性水平,减小扰动发生时交流网络频率变化率,使功率分配更加合理.在PSCAD/EMTDC仿真平台进行所提策略的有效性验证,表明所提策略可以减小整个系统的频率变化情况.     

直流断线故障特性分析及一种基于控制的保护策略

随着"直流电网"概念的形成,传输距离的增长使得架空线成了构建直流传输网络的最佳选择。相较电缆线路,架空线故障率更高,更易发生断线故障。基于多端柔性直流环网拓扑结构,对直流网络中部分线路断开后换流站及相连线路的暂态特性进行了研究,阐述了故障后产生直流侧过电压以及非故障线路过电流的机理;以抑线路过电流水平、加快系统恢复速度为目的,提出改进后的电流控制器模型。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端环网模型,验证了提出的控制策略的有效性,能够明显的抑制线路过流峰值和加快直流网络恢复速度。     

基于储能单元SOC的改进下垂控制策略

针对孤岛直流微电网中的储能单元间荷电状态(state of charge,简称SOC)不均衡的问题,提出基于储能单元SOC的改进下垂控制策略.分析各储能单元SOC及其在一定时间内的变化率,对各储能单元设置独立的下垂系数,实时控制各储能单元充放电电流,实现SOC均衡控制.采取更新指数的方法解决均衡速率逐渐变慢的问题.在Matlab/Simulink中仿真验证改进控制策略,结果表明:相对于传统下垂控制策略,改进下垂控制策略能实现各储能单元SOC均衡控制,且提升了均衡后期的SOC均衡速率.     

基于模糊自适应PI控制和模型预测控制的MMC-HVDC控制方法

模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current, MMC-HVDC)系统包含外环控制器和内环控制器,是柔性直流输电系统的重要组成部分。传统的外环比例-积分(proportional-integral, PI)控制器的参数固定,没有自适应能力,稳定性和抗干扰性能较差;同时传统的内环控制器是在dq旋转坐标系下的解耦控制系统,其结构复杂,容易出现超调。因此,提出一种基于模糊自适应PI控制和模型预测控制(model predictive control, MPC)的MMC-HVDC控制方法,以简化系统结构,增强动态响应性能,进而使用准比例谐振(proportional resonance, PR)环流抑制控制器来替换传统环流抑制控制器,消除静差值。在Power Systems Computer Aided Design(PSCAD)仿真平台搭建MMC-HVDC系统模型,分别对比了改进前后内外环控制器的性能和环流抑制控制器的环流抑制效果,结果验证了所提方法的有效性和实用性。     

交流侧故障下MMC-HVDC能量平衡控制策略

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)在交流侧故障下的常规控制方法存在换流器内部能量难以快速控制,交流侧故障导致各桥臂间能量可能出现不平衡等问题.从换流器内部机理的控制角度出发,提出了基于能量平衡控制的MMC控制方法,该方法通过优化控制MMC各桥臂电流分量来调节换流器桥臂间的功率流向,实现交流侧电流与换流器内部能量的协同控制,有效抑制换流器在系统故障过程中所引起的内部能量不均衡过程.最后,通过MATLAB/Simulink平台搭建了37电平MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性.     

基于载波移相调制的MMC控制策略研究及仿真

为研究模块化多电平换流器(MMC)的控制策略,首先介绍了MMC的拓扑结构及其基本工作原理,在对比其他调制策略的基础上,综合考虑该新型换流器的结构特点以及需要实现的电平数,选取了载波移相正弦脉宽调制策略(carrier phase-shifted PWM,CPS-PWM);接着根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,针对载波移相调制策略,选择了一种子模块电容均压策略,以确保子模块电压稳定在同一水平;最后通过仿真结果验证所设计的控制策略的有效性。     

基于改进下垂控制的并联微源功率分配控制策略研究

针对传统下垂控制策略的多台逆变器并联孤岛运行时,因固有局限性及分布式电源之间的线路阻抗差异,会导致频率偏移、电压偏差和各逆变器不能按比例精确输出无功功率,导致系统不稳定的问题.提出一种新型改进下垂控制策略.将功率偏差量和电压偏差量引入传统下垂控制策略的串联校正环节中,提高有功-无功功率的分配精度,实现PCC处频率和电压...     

适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略

模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高，且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题，提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先，引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数；在此基础上，分析阶梯波修正量对电容电压的影响，提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法，实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制，从而限制电容电压波动范围，提高设备安全裕度.最后，在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.     

基于改进下垂法的逆变器并联控制技术

针对低压微电网下并联逆变器在容量比和线路阻抗比不一致的条件下无法实现功率合理输出的问题,结合传统下垂方法提出了一种改进的控制策略。首先通过添加虚拟阻抗解决了传统下垂控制在低压微电网下不适用的问题,并且用无功功率输出比例关系和电压幅值限制的约束条件确定了最佳虚拟阻抗值。再通过添加电压降落补偿项、积分和微分环节以及电压动态反馈环节实现了逆变器功率的合理精确输出。通过仿真验证,该策略不仅能够完成功率的合理输出,同时在增加负载时响应迅速,具有较高的动态响应速度。     

基于自适应虚拟电阻的低压微电网多阻性逆变器下垂控制策略

低压微电网线路阻抗以阻性为主的特点,影响了下垂控制策略的性能。为解决问题,首先通过电压、电流双闭环控制参数将逆变器等效输出阻抗设计成阻性,然后引入虚拟电阻,改善线路参数,以适应P-V、Q-f下垂控制。逆变器加入虚拟电阻之后,削减了功率之间的强耦合;但系统电压降落也会大为增加。因此,给虚拟电阻增加自适应环节,使其取值随母线电压幅值波动不断地调整,因而能够减小母线电压偏差,保证系统的稳定运行,提高微电网的供电质量;并有效抑制系统环流。最后,通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于PQ下垂控制的逆变器并联系统仿真研究

针对太阳能光伏发电系统并网的特点,分析基于功率下垂特性的逆变器无连接线并联控制的基本原理,通过对传统PQ法并联控制的下垂特性进行改进,得出一种可用于光伏并网系统的逆变器无连线并联控制方法,并进行MATLAB/Simulink仿真.仿真结果表明,该方法在系统输出滤波器参数变化时,能较好地解决并联系统逆变器模块间的环流问题.     

改进的多端柔性直流系统多点直流电压无差协调控制策略

针对换流站采用传统下垂控制消纳不平衡功率时引起的直流电压偏差问题,提出一种改进的多点直流电压优化协调控制策略。将不平衡功率作为前馈补偿量注入传统下垂控制中,通过平移下垂曲线来实现直流电压的准无差调节;根据换流站功率裕度,来合理设定各换流站的前馈补偿量;为避免不平衡功率过大而导致下垂控制换流站满载运行,将偏差控制引入定有功功率换流站,协同下垂控制换流站消纳余下的不平衡功率。最后,基于PSCAD/EMTDC建立五端基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current, VSC-MTDC)系统模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略可以实现直流电压的准无差调节,优化了系统的潮流分布,提升了系统的运行稳定性。     

考虑控制方式的MMC-HVDC系统单极接地故障电流计算方法

直流侧单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modular mutilevel converter, MMC)的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统最常见的故障类型,一般以换流站闭锁前子模块电容放电电流近似故障电流,忽略了换流站控制环节的影响,结果存在误差。提出一种考虑换流站控制方式的故障电流计算方法,针对换流站主从控制,改进了基于微分方程的求解方法,在故障后的等效回路中使用并联受控电流源将换流站控制环节纳入考虑范围,分别对定功率控制与定电压控制方式下的故障电流进行计算。在PSCAD/EMTDC平台搭建了两端MMC-HVDC系统模型,验证了所提方法的准确性。     

MMC-HVDC的环流抑制和并网控制策略

为了使得柔性直流输电MMC-HVDC更加稳定地接入电网,并且有效地抑制其桥臂环流,提出了一种改进型的控制策略.首先,实时监测上、下桥臂电流以及子模块电容电压;通过计算得到环流抑制分量以及子模块电容电压平衡分量,将两者叠加到MMC的调制波中,从而有效地抑制桥臂二次环流分量,同时也降低了系统的开关损耗.然后,利用并网控制策略,独立地控制系统的整流侧和逆变侧的电力潮流,保证直流母线电压在负荷改变时保持恒定,实现了子模块电容电压的动态平衡.最后,搭建MMC-HVDC系统的仿真模型,仿真结果表明,桥臂环流被有效地抑制,直流母线电压保持恒定.同时,搭建了五电平实验样机,实验结果也有效地证明了控制策略的正确性.     

基于滑模变结构的模块化多电平铁路功率调节器直接功率控制

为解决传统牵引网中存在的负序、无功、谐波等电能质量问题,在采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器(modular multilevel converter-railway static power conditioner,MMC-RPC)基础上,提出一种基于滑模变结构的直接功率控制策略(sliding mode variable structure-direct power control,SMVS-DPC)。该控制策略不仅无需锁相环,动态响应快,而且能够减小切换滑模面时产生的高频抖振,稳定性和鲁棒性优越。首先建立单相MMC-RPC数学模型,分析其工作原理;其次详细论述SMVS-DPC控制策略的原理及其设计过程;最后以V/v变压器为例,在Matlab/Simuink中搭建MMC-RPC仿真模型,通过仿真结果验证SMVS-DPC控制策略运用到MMC-RPC的有效性和优越性。     

基于MMC的永磁同步电机驱动系统新型电容电压控制策略

为改善模块化多电平永磁同步电机驱动系统的控制性能,对变换器的双星半桥型拓扑结构进行改进,并建立上桥臂和下桥臂中子模块电容电压可变控制的原理分析模型,提出一种根据电机运行速度灵活调节变换器电容电压的新型控制策略,与传统控制方法下变换器的电容电压恒定相比,此新型策略为驱动系统多增加了一维控制量,使系统在灵活性和准确性控制方面得到了明显改善.在实验室中搭建了模块化五电平永磁同步电机驱动系统测试平台,实验结果表明,该新型电容电压控制策略能够有效地控制和调节变换器各个子模块的电容电压,有利于降低系统损耗和改善电机控制性能.