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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2023年第6期11卷 2028-2042页

作者： Hailiang Xu Mingkun Gao pingjuan ge Jiabing Hu College of New Energy China University of Petroleum(East China)Qingdao 266580China School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

The modular multilevel converters(MMCs) are popularly used in high-voltage direct current(HVDC) transmission systems. However, for the direct modulation based MMC, its complex internal dynamics and the interaction with the grid impedance would induce the frequency coupling effect, which may lead to instability issues, especially in the case of weak grid. To effectively suppress the sub-and super-synchronous oscillations, this paper proposes a linear active disturbance rejection control(LADRC) based MMC control strategy. The LADRC mainly consists of the linear extended state observer(LESO) and the linear state error feedback(LSEF). And it is a potential method to enhance the system stability margin, attributing to its high anti-interference capability and good tracking performance. Thereupon, the system small-signal impedance model considering frequency coupling is established. And the effect of the introduction of the LADRC on the system stability is further investigated using the Nyquist criterion. Particularly, the influences of key control parameters on the stability are discussed in detail. Meanwhile, the impact of LADRC on the transient performance is explored through closed-loop zero poles. Finally, the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed control strategy are verified via electromagnetic simulations.

关键词： Modular multilevel converter(MMC) linear active disturbance rejection control(LADRC) sub-and supersynchronous oscillation stability weak grid

Stability Analysis and Enhanced Virtual Synchronous Control for Brushless Doubly-fed Induction generator Based Wind Turbines

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2024年第5期12卷 1445-1458页

作者： Hailiang Xu Chao Wang Zhongxing Wang pingjuan ge Rende Zhao China University of Petroleum(East China) Qingdao 266580China

The brushless doubly-fed induction generator(BDFIG)presents significant potential for application in wind power systems,primarily due to the elimination of slip rings and *** application of virtual synchronous control(VSynC)has been demonstrated to effectively augment the inertia of BDFIG ***,the dynamic characteristics and stability of BDFIG under weak grid conditions remain largely *** critical stabilizing factors for BDFIG-based wind turbines(WTs)are methodically investigated,and an enhanced VSynC method based on linear active disturbance rejection control(LADRC)is *** stability analysis reveals that the proposed method can virtually enhance the stability of the grid-connected system under weak grid *** accuracy of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed method are affirmed through extensive simulations and detailed experiments.

关键词： Brushless doubly-fed induction generator(BDFIG) virtual synchronous control(VSynC) stability analysis linear active disturbance rejection control(LADRC)

Design-oriented Transient Stability Assessment for Droop-controlled Converter Considering Grid Voltage Phase-angle Jump

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Chinese Journal of Electrical Engineering 2024年第3期10卷 63-76页

作者： pingjuan ge Hailiang Xu Ruitong Mao Chunming Tu Fan Xiao Qi Guo College of New Energy China University of Petroleum(East China)Qingdao 266580China College of Electrical and Information Engineering Hunan UniversityChangsha 410082China

Droop-controlled voltage-source converters(VSCs)can provide frequency and voltage support to power ***,during a grid fault,VsCs may experience transient instability,which can be significantly affected by both the control parameters and fault *** mechanism has not been fully elucidated in previous *** particular,grid-voltage faults are commonly accompanied by a grid voltage phase-angle jump(VPAJ),which is typically ignored in the evaluation of the transient stability of *** address this issue,this study comprehensively assesses the impact of the VPAJ and key control parameters on the transient characteristics of ***,the critical clearing angle and critical clearing time are quantitatively calculated to define the transient stability *** addition,a transient stability-enhancement control method that considers the transient stability constraints is ***,simulations and experimental tests are conducted to validate both the theoretical analysis and proposed method.

关键词： Droop-controlled VSC grid voltage phase-angle jump(VPAJ) transient stability boundary transient stability assessmentcontrol

面向暂态稳定性能提升的VSG参数灵活控制策略

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中国电机工程学报 2022年第6期42卷 2109-2123页

作者：葛平娟涂春鸣肖凡郭祺国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在模拟传统同步发电机(synchronous generator,SG)稳态输出特性的同时,也将面临与SG类似的暂态稳定性问题。相比SG,VSG的强非线性使其暂态稳定性分析愈加复杂,目前鲜有研究综合系统... 详细信息

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在模拟传统同步发电机(synchronous generator,SG)稳态输出特性的同时,也将面临与SG类似的暂态稳定性问题。相比SG,VSG的强非线性使其暂态稳定性分析愈加复杂,目前鲜有研究综合系统状态极限与故障持续时间极限对VSG暂态稳定性能进行量化分析。该文从极限切除角(critical clearing angle,CCA)与极限切除时间(critical clearing time,CCT)两个表征VSG暂态稳定性能的核心指标出发,对VSG进行暂态分析与控制。首先,基于扩展等面积法则,并借助于Runge-Kutta算法与最小二乘法等数学分析手段,对CCT与CCA进行定量分析,指出转动惯量对CCA与CCT的作用效果不一致;基于此,提出一种基于转动惯量灵活控制的等比例面积准则(equal proportional area criterion,EPAC),可为VSG转动惯量的控制提供指导;然后,基于定量的理论分析提出一种面向暂态稳定性能提升的VSG参数灵活控制策略,从CCA与CCT两方面提高VSG的暂态稳定性。仿真与实验证明理论分析与所提方法的正确性。

关键词：虚拟同步发电机暂态稳定定量分析等比例面积准则暂态控制策略

基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究

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中国电机工程学报 2020年第7期40卷 2071-2080页

作者：李清辉葛平娟肖凡兰征葛钦国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082 湖南工业大学电气与信息工程学院湖南省株洲市412007

电网发生故障时,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的运行稳定性受到影响,且无法抑制短路过电流,影响其对电网的支撑能力。保证在电网故障下VSG能够继续为微电网提供电压频率支撑是提高电网稳定性的重要方法。针对该问... 详细信息

电网发生故障时,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的运行稳定性受到影响,且无法抑制短路过电流,影响其对电网的支撑能力。保证在电网故障下VSG能够继续为微电网提供电压频率支撑是提高电网稳定性的重要方法。针对该问题,该文充分利用VSG灵活可控的优势,提出一种基于暂态功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法。所提方法能够抑制故障期间VSG输出电压与电网电压之间的相位偏移,在保证VSG在故障期间的暂态功角稳定性的同时可以兼顾对短路电流的控制,有效防止VSG短路过电流。通过分析,给出暂态控制策略原理与具体控制流程。仿真与实验结果证明所提VSG暂态控制策略的正确性和有效性。

关键词：虚拟同步发电机故障穿越暂态功角稳定短路电流限制

不平衡负荷下输出并联型电力电子变压器的优化控制策略

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电工技术学报 2018年第A01期33卷 149-156页

作者：周柯葛钦葛平娟李元涛王斌广西电网有限责任公司电力科学研究院南宁530023 国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 长沙410082 广西电网有限责任公司北海供电局北海536000

输出电压的对称性是评价电力电子变压器(PET)性能的重要指标,造成PET输出电压不对称的主要原因在于不平衡负荷的存在。针对模块化输出并联型电力电子变压器,提出基于其拓扑特点的不平衡运行优化策略。首先,简析PET输出级模块化并联的运... 详细信息

输出电压的对称性是评价电力电子变压器(PET)性能的重要指标,造成PET输出电压不对称的主要原因在于不平衡负荷的存在。针对模块化输出并联型电力电子变压器,提出基于其拓扑特点的不平衡运行优化策略。首先,简析PET输出级模块化并联的运行策略,建立输出级的控制模型。然后,分析不平衡负荷对电力电子变压器输出电压的不利影响,进而对经典的输出级主从控制策略进行改进,在不改变主电源模块运行的基础上,从电源进行功率跟随控制。最后,通过仿真和硬件在环实验共同验证了该文提出拓扑结构和控制策略的有效性及可行性。

关键词：电力电子变压器输出级并联不平衡负荷负序电流

不对称弱电网下双馈风机系统的稳定性评估及正负序虚拟转子电感控制策略

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电力自动化设备 2024年第9期44卷 49-56页

作者：徐海亮陈翔宇葛平娟中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

不对称弱电网下,双馈风机与电网之间存在着复杂且剧烈的交互作用,严重影响风机运行的稳定性以及向电网输送功率的能力。针对该问题,建立了双馈风机系统源荷耦合的单输入单输出(SISO)等效模型,分析了系统失稳机理,特别是探明了正序有功... 详细信息

不对称弱电网下,双馈风机与电网之间存在着复杂且剧烈的交互作用,严重影响风机运行的稳定性以及向电网输送功率的能力。针对该问题,建立了双馈风机系统源荷耦合的单输入单输出(SISO)等效模型,分析了系统失稳机理,特别是探明了正序有功电流、电网不对称故障深度等因素对稳定性的作用规律。提出了正负序虚拟转子电感控制策略,厘清了虚拟转子电感参数对系统稳定性的作用机理,并据此给出了参数整定依据,有效提升了双馈风机系统在弱电网下的稳定运行能力。理论分析表明所提模型大幅减小了稳定性分析时间,仿真及实验验证了理论分析结果的正确性和正负序虚拟转子电感控制策略的有效性。

关键词：双馈风机弱电网不对称故障小信号建模稳定性分析虚拟转子电感

考虑故障限流的下垂控制型逆变器暂态控制策略

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电工技术学报 2022年第14期37卷 3676-3687页

作者：葛平娟肖凡涂春鸣陈乐祺周达湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心长沙410082 江苏省电力有限公司营销服务中心南京210019

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为... 详细信息

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为两个独立问题进行解决,鲜有研究兼顾功角控制与故障电流控制对下垂控制型逆变器展开综合调控。基于此,首先,对下垂控制型逆变器暂态特性展开分析,详细阐述电流限幅环节与无功-电压环路对逆变器暂态特性的影响。接着,提出兼顾故障限流与功角稳定性的下垂控制型逆变器暂态控制方法。所提方法综合考虑故障期间电网电压与逆变器端电压的变化,通过对有功-频率环路的优化调控实现功角稳定控制。此外,在功角控制的基础上,改进无功-电压环路控制实现故障电流的有效抑制。最后,通过仿真与实验验证了该文所提方法的有效性。

关键词：下垂控制型逆变器暂态特性分析故障限流暂态控制

基于C型滤波器的MMC高频振荡抑制及参数设计方法

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电力系统自动化 2023年第8期47卷 206-215页

作者：刘春震徐海亮高铭琨葛平娟中国石油大学(华东)新能源学院山东省青岛市266580

由于链路延时,基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统的高频段规律性出现负阻尼特性,易与交流系统阻抗相互作用,造成高频振荡现象。为完全消除MMC的负阻尼,提出在交流母线处并联C型滤波器的无源抑制方法,通过设计其串联谐振支... 详细信息

由于链路延时,基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统的高频段规律性出现负阻尼特性,易与交流系统阻抗相互作用,造成高频振荡现象。为完全消除MMC的负阻尼,提出在交流母线处并联C型滤波器的无源抑制方法,通过设计其串联谐振支路在基频处谐振,可减少滤波器的基频有功损耗。此外,提出了基于第1负阻尼频段的参数设计方法,且参数选取时考虑了元件成本。电磁暂态仿真结果表明,所提C型滤波器及其参数设计方法能够大幅减少基频有功损耗,有效抑制MMC高频振荡,且不会影响系统的稳态和暂态特性。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器无源阻尼阻抗重塑高频振荡抑制参数设计

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基于不对称正负反馈效应的PQ功率控制并网逆变器稳定性分析

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电工技术学报 2023年第2期38卷 496-509页

作者：涂春鸣邹凯星高家元肖凡葛平娟湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心长沙410082

针对弱电网下PQ功率控制并网逆变器的稳定性问题,该文通过构建有功/无功环的小信号控制框图,首次揭示弱电网下PQ功率控制是一种不对称控制的本质,即无功环控制器会在有功和无功控制环中形成不对称的正负反馈环路。同时,基于PQ功率环小... 详细信息

针对弱电网下PQ功率控制并网逆变器的稳定性问题,该文通过构建有功/无功环的小信号控制框图,首次揭示弱电网下PQ功率控制是一种不对称控制的本质,即无功环控制器会在有功和无功控制环中形成不对称的正负反馈环路。同时,基于PQ功率环小信号控制框图的不对称现象,揭示有功/无功环控制器参数变化对并网逆变器稳定性影响存在差异性的机理,指出无功环控制器参数变化对并网系统稳定性的影响程度要明显强于有功环控制器参数变化。在此基础上,借助有功与无功环小信号控制框图中的正负反馈效应,分析并网逆变器稳定性随无功环控制器参数增加而出现先增强后减弱的“拐点”现象。最后,通过仿真与实验验证了该文理论分析的正确性。

关键词：弱电网并网逆变器 PQ功率控制小信号模型不对称正负反馈效应稳定性