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超级电容储能型MMC多工况电磁暂态等值建模方法

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电力系统自动化 2024年

作者：付乐融冯谟可许建中新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学)

超级电容储能型模块化多电平换流器(modular multilevel converter with supercapacitor energy storage system,MMC-SESS)结合了MMC与超级电容储能系统的优势，可应用于新能源大规模送出领域，但由于MMC-SESS子模块结构更为复杂、运行... 详细信息

超级电容储能型模块化多电平换流器(modular multilevel converter with supercapacitor energy storage system,MMC-SESS)结合了MMC与超级电容储能系统的优势，可应用于新能源大规模送出领域，但由于MMC-SESS子模块结构更为复杂、运行方式更为多样，为提高其仿真效率，提出一种适用于稳态、闭锁启动、直流故障闭锁等多类型暂稳态工况的MMC-SESS等值模型。首先，对MMC-SESS的子模块拓扑及运行模态进行分析，利用开关组的二值电阻模型以及梯形积分离散化方法，获取单个子模块的伴随电路；然后，提出适配EMTDC仿真平台解算逻辑的戴维南等值流程，实现子模块与桥臂的等值简化，获得整体等值电路。进一步分析闭锁工况下的运行模态，构建出闭锁等值电路，并集成至整体等值电路中，最终得到MMC-SESS的多工况电磁暂态等值模型。在PSCAD/EMTDC中通过仿真验证了所建立的等值模型具有良好的仿真精度和仿真效率。

关键词：模块化多电平换流器储能电磁暂态建模戴维南等值闭锁超级电容

用于全直流海上风电系统的单相混合型MMC直流变压器及其控制策略

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高电压技术 2023年第1期49卷 51-60页

作者：杜舒赵成勇冯谟可汤海雁华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司北京102209

全直流海上风电场是未来发展大规模远距离海上风电的重要手段之一,然而高变比大容量的直流变压器作为全直流海上风电场中的关键设备,其拓扑结构和控制方式仍有待深入研究。为此,提出了一种单相混合型模块化多电平换流器型直流变压器(sin... 详细信息

全直流海上风电场是未来发展大规模远距离海上风电的重要手段之一,然而高变比大容量的直流变压器作为全直流海上风电场中的关键设备,其拓扑结构和控制方式仍有待深入研究。为此,提出了一种单相混合型模块化多电平换流器型直流变压器(single-phase hybrid modular multilevel converter DC transformer,SHMMC-DCT),可以通过最近电平逼近控制实现超高变比的直流升压,并且令子模块电容电压在较低的开关频率下保持均衡。故障处理方面,提出混合子模块与耗能电阻结合的方式清除故障电流,可以代替价格高昂的直流断路器。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了采用SHMMC-DCT的全直流海上风电系统的仿真模型。结果表明,SHMMC-DCT不仅能够可靠高效地送出风电场直流功率,而且可以在高压直流侧短路时快速阻断电流,验证了SHMMC-DCT拓扑及其控制策略的可行性。

关键词：海上风电直流汇集和输送直流变压器最近电平逼近控制故障阻断能力

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考虑参数频变特性的电力电缆改进贝杰龙模型

中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3722-3731,I0033页

作者：王惠泽曹书豪冯谟可许建中新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

新型电力系统中电力电子设备、可再生能源机组和交直流电网间的相互作用会导致宽频谐振问题,而电力电缆作为新能源并网的关键环节,其不可忽略的分布电容会增加系统发生宽频谐振的风险。目前,对该问题的研究多使用时域仿真法、阻抗分析... 详细信息

新型电力系统中电力电子设备、可再生能源机组和交直流电网间的相互作用会导致宽频谐振问题,而电力电缆作为新能源并网的关键环节,其不可忽略的分布电容会增加系统发生宽频谐振的风险。目前,对该问题的研究多使用时域仿真法、阻抗分析法等方法,但对电力电缆的建模多未考虑其分布参数特性及参数频变特性,由此会导致稳定性评估结果不准确及时域仿真效率降低、虚值振荡等问题。传统贝杰龙模型具有分布参数特性,但由于其未考虑参数频变特性,会造成高次谐波放大等问题。为确定适用于谐波频段内的电力电缆建模方法,该文根据电缆结构总结出简化的电力电缆谐波频段电气参数计算方法;在此基础上,深入挖掘贝杰龙模型优势,根据相关谐波频率修正电缆电气参数来改进传统贝杰龙模型;最后对比电力电缆电气参数简化计算方法得出的结果与PSCAD/EMTDC中计算得出的结果,同时对提出的改进模型进行时域仿真测试,验证其正确性和有效性。

关键词：电力电缆建模贝杰龙模型频变特性电缆参数计算

多有源桥型PET开关死区的电磁暂态等效建模方法

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中国电机工程学报 2023年第15期43卷 5995-6004页

作者：王晓婷冯谟可许建中赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型... 详细信息

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型,而采用平均值建模思想的加速模型虽然可以考虑死区的整体影响,但无法准确反映PET内部暂态特性。为在反映开关死区精度的同时提高效率,需要在PET的电磁暂态等效模型中集成开关死区的功能。基于此,该文以多有源桥型PET拓扑为例,首先基于其等效电路的生成过程和开关死区的控制策略,将死区分为单侧死区和双侧死区,并分别进行等效建模。随后针对不同的死区设置和控制参数,建立不同模式的多有源桥型PET的死区电磁暂态等效模型。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建电磁暂态详细和等效模型,对比结果表明,考虑死区的PET等效模型可以提高整体仿真精度,并且具有较高的加速比,因此可以更好地满足工程测试和仿真需求。

关键词：电力电子变压器多有源桥死区时间电流过零点等效建模

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国产化电磁暂态仿真平台发展方向分析及展望

电力系统自动化 2022年第10期46卷 64-74页

作者：冯谟可王傲群袁帅许建中赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

国产电磁暂态仿真平台存在用户群小、推广困难、难以面向工程的难题,亟须寻找合适的研究方向提升仿真性能。随着中国电网逐渐向大规模、高复杂度、电力电子化的方向发展,现有仿真平台的效率越来越难以满足需求。除此之外,现有仿真平台... 详细信息

国产电磁暂态仿真平台存在用户群小、推广困难、难以面向工程的难题,亟须寻找合适的研究方向提升仿真性能。随着中国电网逐渐向大规模、高复杂度、电力电子化的方向发展,现有仿真平台的效率越来越难以满足需求。除此之外,现有仿真平台在软件内核、底层开放性和与硬件实物的交互能力上还存在提高空间,平台易用性还需进一步优化。总结了当前模块化电力电子装备的建模方法,提出了仿真技术的前瞻方向,并归纳出能够有效提高仿真效率的一般化加速仿真框架。最后,提出了国产平台易用性优化的具体建议,并指明了技术研究方向。

关键词：电力电子电磁暂态仿真平台建模方法仿真效率

适用于实时仿真的MMC子模块电容电压优化均衡方法

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电力自动化设备 2020年第11期40卷 175-180页

作者：樊强王乐冯谟可俞永杰赵成勇许建中华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

针对并行全比较算法存在的高空间复杂度问题,提出一种适用于模块化多电平换流器(MMC)实时仿真的电容电压均衡优化方法。在子模块电容电压的排序方面,采用分组排序的均压策略,组内子模块采用并行全比较算法以减少排序时间,组间子模块根... 详细信息

针对并行全比较算法存在的高空间复杂度问题,提出一种适用于模块化多电平换流器(MMC)实时仿真的电容电压均衡优化方法。在子模块电容电压的排序方面,采用分组排序的均压策略,组内子模块采用并行全比较算法以减少排序时间,组间子模块根据所定义的能量平衡因子计算结果来平衡其电容电压值。此外,提出一种子模块电容电压值重构方法处理含相同电容电压值的子模块排序问题。在触发脉冲产生方面,提出一种串、并行触发结合的混合触发模式,将触发脉冲产生环节消耗的时间与MMC各桥臂子模块总数解耦。在PSCAD/EMTDC仿真程序和低功率MMC物理样机平台的阀级控制器中验证了所提MMC子模块电容电压优化均衡方法的逻辑有效性和工程实用性,证明了所提方法在保证低时间复杂度的同时,其空间复杂度亦有所降低。

关键词： MMC 换流器时空复杂度并行全比较算法能量平衡因子物理样机

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风电场站等值模型综合评价体系

电力自动化设备 2024年第7期44卷 271-277页

作者：王晗玥付乐融刘星井航冯谟可许建中华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

为实现多类风电场站等值模型综合评价,搭建全拓扑详细模型作为基准模型,通过集电网络等值与风电机组聚合分别得到单机等值模型、馈线等值模型2个评价对象。提出基于改进层次分析的等值模型综合评价体系,包含多工况的时空层面评价指标。... 详细信息

为实现多类风电场站等值模型综合评价,搭建全拓扑详细模型作为基准模型,通过集电网络等值与风电机组聚合分别得到单机等值模型、馈线等值模型2个评价对象。提出基于改进层次分析的等值模型综合评价体系,包含多工况的时空层面评价指标。针对所提评价指标,在PSCAD/EMTDC环境中对3个模型展开仿真测试,给出2个等值模型的综合评价结果:在对仿真速度要求不高时,馈线等值模型评价综合值更高,具备多种问题分析能力,普适性更好。所提综合评价体系从仿真层面出发,实现了对风电场站等值模型包括稳态运行点、小干扰、暂态运行条件、集电网络空间体征、仿真速度多项指标的全方位评价。

关键词：风电场站等值模型层次分析评价指标综合评价体系

级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型

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中国电机工程学报 2021年第9期41卷 2999-3011页

作者：冯谟可高晨祥丁江萍许建中赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

文中提出一种级联H桥型电力电子变压器(cascaded H-bridge type power electronic transformer,CHB-PET)高频链解耦等效模型。该模型利用Ward等值先将功率模块内部节点的对外贡献转移到边界节点上,再根据相邻仿真步长间高频链端口电容... 详细信息

文中提出一种级联H桥型电力电子变压器(cascaded H-bridge type power electronic transformer,CHB-PET)高频链解耦等效模型。该模型利用Ward等值先将功率模块内部节点的对外贡献转移到边界节点上,再根据相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点以历史电压值替代当前时刻电压,实现电路解耦,最后再进行一次Ward等值消去剩余节点,得到功率模块的背靠背等效电路。每个相单元中,根据CHB-PET的输入串联输出并联连接特征,将功率模块背靠背电路级联形成相单元等效电路。各相等效电路接入外部系统中,由电磁暂态解算器统一求解。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建基于分立元件的详细模型和基于所提方法的等效模型,从仿真精度和时间效率两方面验证所提模型的正确性。

关键词：级联H桥型电力电子变压器电磁暂态 Ward等值高频链端口解耦等效输入串联输出并联连接形式

基于节点导纳方程预处理的ISOP型DAB变换器双端口解耦等效模型

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中国电机工程学报 2021年第6期41卷 2255-2266页

作者：高晨祥丁江萍冯谟可许建中赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

电力电子变压器是柔性直流配电网的主要设备,常包含大量开关器件与储能设备,且高频特征限制了仿真步长,仿真效率极低。文中针对典型的输入串联输出并联(input-series-output-parallel, ISOP)型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,... 详细信息

电力电子变压器是柔性直流配电网的主要设备,常包含大量开关器件与储能设备,且高频特征限制了仿真步长,仿真效率极低。文中针对典型的输入串联输出并联(input-series-output-parallel, ISOP)型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种基于节点导纳方程预处理的双端口解耦等效模型。首先,将变压器用双端口等效电路表示,列写单个DAB单元的节点导纳方程。然后,通过嵌套快速求解法,列写DAB端子对外等效节点导纳方程,并利用矩阵的对称性与稀疏性进行节点导纳方程的预处理,求解等效参数表达式。其次,利用DAB单元端口电容电压不突变性质进行单步长约等,建立串并联侧解耦的单模块等效电路。最后,给出ISOP型DAB变换器的对外等效电路参数与求解流程。在PSCAD/EMTDC环境中对所提等效建模方法进行仿真加速比与精度的测试,结果表明,当DAB模块数大于50时,所提模型可实现2个数量级的提速,并且与详细模型相比具有极高的仿真精度。

关键词： ISOP型DAB变换器节点导纳方程预处理双端口解耦等效模型