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并网逆变器的电磁暂态同步稳定问题

清华大学学报（自然科学版） 2021年第5期61卷 415-428页

作者：姜齐荣赵崇滨电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京100084

新能源通过并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)汇集正深刻地改变着现代电力系统的动态特性,由同步发电机主导的机电暂态稳定分析因未全面计及电磁暂态影响而面临失效。该文综述了一类大扰动使新能源发电机组故障穿越期间,GCI与主... 详细信息

新能源通过并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)汇集正深刻地改变着现代电力系统的动态特性,由同步发电机主导的机电暂态稳定分析因未全面计及电磁暂态影响而面临失效。该文综述了一类大扰动使新能源发电机组故障穿越期间,GCI与主网失去同步,引发对应机组退出系统的电磁暂态同步稳定问题。首先介绍了GCI的电流源和电压源型控制结构,指出与同步发电机同步机理的异同;其次介绍了体现电力电子特征的关注要素和兼顾精度与速度的简化条件;进而介绍了面向该问题典型的建模-分析流程和稳定性提升策略;最后展望了面向未来电力系统暂态稳定的研究挑战。

关键词：并网逆变器电磁暂态大扰动稳定同步机理面向设计分析控制策略

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阻抗法分析背靠背变流器稳定性的释义与推广

高电压技术 2023年第9期49卷 3988-3998页

作者：赵崇滨姜齐荣电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京100084

已有文献指出,在局部交/直流回路应用阻抗法分析多端系统稳定性是不完备的。基于一个两电平电压源型背靠背变流器,理论解释了该现象。首先,借助状态空间,完善了常用坐标系下端口/回路解析阻抗模型的一般导出方法。进而对比不同回路稳定... 详细信息

已有文献指出,在局部交/直流回路应用阻抗法分析多端系统稳定性是不完备的。基于一个两电平电压源型背靠背变流器,理论解释了该现象。首先,借助状态空间,完善了常用坐标系下端口/回路解析阻抗模型的一般导出方法。进而对比不同回路稳定性的频域判定结果和全系统的时域零极点信息,证实了零极点对消导致子系统对全系统模式的不完全可观,是部分判据失效的根本原因。阐明了该结论对同一变流器采用不同控制策略与不同类型变流器间的通用性。最后,由相关概念设计了一种基于阻抗交互的多端系统致稳方案。

关键词：背靠背变流器零极点对消可观性阻抗交互阻抗法交−直流系统

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大容量交流电弧炉柔性供配电方案控制策略

电工技术学报 2021年第16期36卷 3386-3399页

作者：赵崇滨姜齐荣郭旭刘东电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084 中冶京诚工程技术有限公司北京100176

合理化供配电技术是调控大容量交流电弧炉负载能量平衡的关键。含模块化电力电子功率单元的柔性供配电方案可显著减轻交流电弧炉运行对系统电能质量的影响,通过改进其多环节控制策略可以进一步提高交流电弧炉冶炼的性能并降低对系统的... 详细信息

合理化供配电技术是调控大容量交流电弧炉负载能量平衡的关键。含模块化电力电子功率单元的柔性供配电方案可显著减轻交流电弧炉运行对系统电能质量的影响,通过改进其多环节控制策略可以进一步提高交流电弧炉冶炼的性能并降低对系统的频率冲击。首先,该文提出功率单元逆变级采用电流控制模式取代电压控制模式与固有电极调节配合,提升控制系统带宽;其次,设计该方案针对多种运行工况的控制策略,增加其实际应用的灵活性与面向系统的友好性;再次,改进逆变级调制策略以抑制潜在的高频共模电流风险;最后,根据实际参数仿真验证了多种控制策略的有效性,可充分发挥所提方案电力电子主导的软硬件优势。

关键词：交流电弧炉柔性供电电能质量电流控制模式零共模PWM

H桥分时复用方法及其在电力电子变压器中的应用

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电网技术 2023年第7期47卷 2651-2658页

作者：赵崇滨张春朋姜齐荣电力系统及发设备控制与仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084

能源互联网中,电力电子变压器(powerelectronic converter,PET)因功率变换级数较多,体积庞大,成本高昂,且效率不佳。为此,提出了一种有助于减少PET级数的H桥分时复用方法。首先,阐明了分时复用方法的基本原理,定义了单载波周期的工作模... 详细信息

能源互联网中,电力电子变压器(powerelectronic converter,PET)因功率变换级数较多,体积庞大,成本高昂,且效率不佳。为此,提出了一种有助于减少PET级数的H桥分时复用方法。首先,阐明了分时复用方法的基本原理,定义了单载波周期的工作模式,分析了变压器原边的电流特征;其次,介绍了实用的谐振式开环工作模式切换方法,理论推导了电流脉冲与谐振角度的对应关系;通过样机实验验证了所提高频变压器间歇功率传输与模式切换方法;最后,基于分时复用方法构建了新型PET,并使用电力电子仿真软件PLECS真验证了基本功能。相关方法为优化PET的拓扑与控制提供了新思路。

关键词：能源互联网电力电子变压器 H桥分时复用模式切换

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模块化多电平变流器环流回路阻抗建模与稳定性分析

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电力自动化设备 2024年

作者：赵崇滨姜齐荣清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室

目前应用阻抗法分析宽频振荡时，对模块化多电平变流器（modular multilevelconverter, MMC）通常仅建立互联电气回路的阻抗模型。尽管相关研究方式计及了MMC交流共模环流动态的影响，但从传递函数对系统模式可观性的角度考虑是不充分... 详细信息

目前应用阻抗法分析宽频振荡时，对模块化多电平变流器（modular multilevelconverter, MMC）通常仅建立互联电气回路的阻抗模型。尽管相关研究方式计及了MMC交流共模环流动态的影响，但从传递函数对系统模式可观性的角度考虑是不充分的。为此，基于谐波线性化理论，推导了计及频率耦合效应的MMC一维闭环环流回路阻抗模型，特别说明了由于环流回路无法实现可靠的源-荷划分，环流回路阻抗模型与已有阻抗模型在推导和检验方式的区别。进一步改进对数导数判据，结合最优化方法，辨识嵌入闭环阻抗模型分子多项式的闭环系统模式。仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：模块化多电平变流器环流回路阻抗稳定性分析可观性

基于大容量电力电子功率变换的交流电弧炉柔性供配电方案

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电力系统自动化 2020年第21期44卷 89-98页

作者：赵崇滨姜齐荣刘东刘广文郭旭清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084 中冶京诚工程技术有限公司北京市100176

交流电弧炉作为电力系统高载能负荷的代表广泛应用于钢铁行业。针对交流电弧炉传统供配电方案在系统侧电能质量治理效果与负载侧生产效益的局限性,文中介绍了一种新型柔性供配电方案:在匹配传统方案主体结构的基础上,将多绕组移相变压... 详细信息

交流电弧炉作为电力系统高载能负荷的代表广泛应用于钢铁行业。针对交流电弧炉传统供配电方案在系统侧电能质量治理效果与负载侧生产效益的局限性,文中介绍了一种新型柔性供配电方案:在匹配传统方案主体结构的基础上,将多绕组移相变压器与模块化电力电子功率单元串联引入供电回路,显著提升了负载侧量测与控制精度,且改变了并联补偿治理该类负荷引发电能质量问题的固有方法。详细介绍了电源装置各部分功能,并参考传统方案工作原理设计了功率单元的控制策略。依据某100 t交流电弧炉实际参数在PSCAD/EMTDC中建立了柔性供配电方案完整仿真模型,验证了新型方案的可行性与优势。

关键词：交流电弧炉柔性供配电方案电能质量电力电子功率单元高载能负荷

基于MMC的背靠背异步联网系统宽频带频率耦合阻抗模型及小信号稳定性分析

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中国电机工程学报 2023年第10期43卷 3691-3704页

作者：赵崇滨姜齐荣冯海全王鹏刘芮彤电力系统及发设备控制与仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 国网北京市电力公司北京市西城区100031 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁省沈阳市110006

背靠背变流器的稳定性分析是保障电力电子化新型电力系统安全可靠运行的重要基础。该文建立详细模型,研究了基于模块化多电平变流器三相对称背靠背异步联网系统的小信号稳定性。首先提出一种系统频域稳态分析方法并使用牛顿-拉夫逊迭代... 详细信息

背靠背变流器的稳定性分析是保障电力电子化新型电力系统安全可靠运行的重要基础。该文建立详细模型,研究了基于模块化多电平变流器三相对称背靠背异步联网系统的小信号稳定性。首先提出一种系统频域稳态分析方法并使用牛顿-拉夫逊迭代快速求解多谐波变量。进而基于多谐波线性化法,建立充分计及频率耦合效应的系统交/直流阻抗模型,对比扫频结果证实其宽频带范围的精确性。最后,应用广义Nyquist判据解释小信号失稳工况,体现了包含两端变流器动态的理论模型的必要性,并讨论了交/直流互联端口判据的联系。

关键词：背靠背系统频率耦合频域稳态分析阻抗模型模块化多电平变流器多谐波线性化

三电平SPQC统一拓扑与中点电位振荡抑制策略

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电力电容器与无功补偿 2021年第6期42卷 158-165页

作者：赵崇滨姜齐荣电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

三电平并联型电能质量调节器(shunt power quality controller,SPQC)可集中治理三相四线制配电系统中多种由谐波电流引发的电能质量问题。三桥臂与四桥臂二极管中点箝位(neutral point clamped,NPC)拓扑作为主流方案得到了广泛应用,但... 详细信息

三电平并联型电能质量调节器(shunt power quality controller,SPQC)可集中治理三相四线制配电系统中多种由谐波电流引发的电能质量问题。三桥臂与四桥臂二极管中点箝位(neutral point clamped,NPC)拓扑作为主流方案得到了广泛应用,但缺乏不同场景下合理选择的结论。提出一种统一拓扑,可用于指导不同拓扑的参数优化,并实现补偿性能的定量比较。三电平结构固有的中点电位振荡问题严重影响装置的硬件安全与补偿效果,对不同分立拓扑分别改进脉宽调制(pulse width modulation,PWM)策略,在每个开关周期时间尺度内最大限度抑制中性点电位振荡,替代了传统控制策略的附加均压环。最后,仿真验证了理论结果与改进策略的有效性。

关键词：三电平SPQC 统一拓扑中性点振荡抑制电能质量三相四线制

功率复用型高频隔离FDS及其在低压配电台区的应用

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电工电能新技术 2023年第5期42卷 81-87页

作者：李笑霏肖劲涛王鹏纪斌刘学忠赵崇滨姜齐荣国网北京市电力公司北京100031 新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京100084

目前,柔性多状态开关(FDS)多采用背靠背拓扑,需要工频变压器隔离零序回路,整体占地面积较大且效率偏低。为提升FDS在低压配电台区普及的可行性,本文提出了一种基于高频变压器隔离的功率复用型FDS。首先,介绍了变流器功率复用的基本原理... 详细信息

目前,柔性多状态开关(FDS)多采用背靠背拓扑,需要工频变压器隔离零序回路,整体占地面积较大且效率偏低。为提升FDS在低压配电台区普及的可行性,本文提出了一种基于高频变压器隔离的功率复用型FDS。首先,介绍了变流器功率复用的基本原理,分析了时分复用方法相比频分复用方法更适合构建高频隔离FDS的原因;其次,阐明了高频隔离FDS的详细拓扑结构,设计了装置各变流器的控制策略,并使用PSCAD仿真初步验证原理;最后,设计算例验证了新型FDS在减少配电台区线损和均衡负载等方面的优势。所提装置与方法为在低压台区配电网中应用FDS提供了新选择。

关键词：配电台区柔性多状态开关高频变压器功率复用