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采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

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电力系统自动化 2017年第18期41卷 46-52页

作者：夏晨阳陈国平任思源雷轲张杨孙彦景江苏省煤矿电气与自动化工程实验室(中国矿业大学) 江苏省徐州市221008 中国矿业大学信息与电气工程学院江苏省徐州市221008

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得... 详细信息

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。

关键词：无线电能传输复合谐振网络漏感模型恒流源频率稳定

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考虑采样过程的换流器混杂宽频导纳模型

中国电机工程学报 2022年第16期42卷 6017-6027页

作者：冯麟马俊鹏王顺亮黄河刘天琪吴子豪王若谷四川大学电气工程学院四川省成都市610065 国网陕西电力科学研究院陕西省西安市710099

并网换流器系统中同时具有控制系统的离散特性和被控对象的连续特性,为典型的混杂系统。传统建模方法并未同时兼顾该混杂系统的离散和连续特性,无法精确描述变流器在奈奎斯特频率附近及以上频段的导纳特性。针对该问题,为保证换流器导... 详细信息

并网换流器系统中同时具有控制系统的离散特性和被控对象的连续特性,为典型的混杂系统。传统建模方法并未同时兼顾该混杂系统的离散和连续特性,无法精确描述变流器在奈奎斯特频率附近及以上频段的导纳特性。针对该问题,为保证换流器导纳模型在奈奎斯特频率附近及以上频段内的准确性,该文首先采用复矢量建模的方法得到描述并网换流器频率耦合效应的导纳模型;然后,考虑换流器控制系统采样过程,引入泊松求和定理,推导考虑采样过程的换流器复矢量模型;相较连续域的复矢量模型,考虑采样过程的换流器混杂复矢量模型同时兼顾控制系统的离散特性和被控对象的连续特性,在奈奎斯特频率以上仍具有较高准确性。最后,通过仿真及半实物实验验证所提建模理论的准确性。

关键词：并网换流器导纳模型复矢量建模采样频率耦合混杂系统

考虑多频率谐波动态的模块化多电平换流器建模及耦合特性分析

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电网技术 2021年第8期45卷 3164-3172页

作者：刘天琪周攀王顺亮马俊鹏张海川四川大学电气工程学院四川省成都市610065

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)复杂的电力电子化特征,使其与交直流电网间存在不易描述的多频率耦合现象。基于谐波状态空间原理建立起MMC主电路和包括电流矢量与环流抑制等在内的控制系统的小信号模型,通过二... 详细信息

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)复杂的电力电子化特征,使其与交直流电网间存在不易描述的多频率耦合现象。基于谐波状态空间原理建立起MMC主电路和包括电流矢量与环流抑制等在内的控制系统的小信号模型,通过二者的接口关系整合出MMC系统模型,其涵盖了多频率谐波的动态特性。以该模型为基础,提出MMC系统谐波传递函数计算方法,并根据谐波传递函数矩阵给出交、直流电流及MMC内部环流的谐波耦合阻抗全局关系,进一步分析了扰动谐波与这3组不同电流谐波分量的频率耦合特性。最后,通过电磁暂态仿真模型与文中建立的小信号模型进行不同工况下的仿真与计算的对比,验证了小信号建模的有效性和谐波耦合特性分析的正确性。

关键词：模块化多电平换流器内部动态耦合分析

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MMC-HVDC直流侧阻抗模型简化方法

电力自动化设备 2022年第8期42卷 229-234页

作者：毛光亮彭乔舒稷刘天琪王顺亮张敏王腾鑫四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详... 详细信息

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详细建模,根据分析得到的等效电容在高频段的旁路特性,保留低频段下的阻抗详细模型,忽略对整体阻抗特性几乎没有影响的部分,实现阻抗模型的简化,并基于简化模型提取阻抗特性的关键影响参数进行稳定性分析。最后基于PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,仿真结果验证了所提简化阻抗模型的准确性,以及关键参数对系统稳定性影响的分析结果。

关键词：模块化多电平换流器直流侧阻抗模型模型简化稳定性分析控制方式

考虑谐波耦合特性的LCC-HVDC换流站小信号建模

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电网技术 2021年第1期45卷 153-161页

作者：周攀刘天琪王顺亮马俊鹏张海川四川大学电气工程学院四川省成都市610065

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里... 详细信息

谐波间的耦合作用关系着系统的动态稳定性能,为在对电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)系统数学建模时考虑该动态耦合过程,提出了基于12脉波换流器的开关函数理论与指数傅里叶级数相结合的LCC-HVDC小信号谐波状态空间(harmonic state space,HSS)建模方法。该建模方法不仅考虑了谐波的相互耦合作用,具有较高建模精度,同时也揭示了换流站处于不同运行模式下,交/直流侧谐波通过换流站传递到直/交流侧的动态耦合机理。最后,通过PSCAD电磁暂态仿真结果与小信号模型计算结果的对比,验证了文中提出的LCC-HVDC系统小信号HSS模型的有效性及内部谐波动态分析的正确性。该研究结果还为系统稳定性评估与参数优化奠定基础。

关键词：高压直流输电开关函数谐波状态空间小信号模型

基于动态相量法的电网换相换流器谐波传递研究

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中国电机工程学报 2021年第12期41卷 4250-4260页

作者：陈代忠王顺亮焦宁孟锦豪刘天琪四川大学电气工程学院四川省成都市610065

在高压直流系统中,尤其是电网换相换流器(line commutated converter,LCC)中,由于电力电子器件的非线性特性而产生的丰富谐波,对交直流互联系统的稳定构成了潜在的威胁。首先,在考虑换流变压器连接方式的前提下,通过结合换相过程物理意... 详细信息

在高压直流系统中,尤其是电网换相换流器(line commutated converter,LCC)中,由于电力电子器件的非线性特性而产生的丰富谐波,对交直流互联系统的稳定构成了潜在的威胁。首先,在考虑换流变压器连接方式的前提下,通过结合换相过程物理意义进行数学推导,改进电压开关函数,提出一种改进统一的电压电流开关函数,改进后的电压和电流开关函数具有相同的形式,计算时可节约一半的储存空间;然后,基于动态相量使用矩阵运算,提出LCC谐波变换定量分析计算方法,包括LCC特征谐波的计算方法,所提方法可以计算谐波的幅值及谐波的相位,简化计算过程并提高计算精度;最后,将所提方法及相关文献方法的计算结果与PSCAD仿真结果进行比较,证明所提方法有效且精度更高,可作为滤波器设计和谐波传递评估的基础。

关键词：高压直流电网换相换流器动态相量开关函数谐波传递

电网不平衡下基于SOGI的MMC环流抑制策略

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工程科学与技术 2023年第1期55卷 59-69页

作者：周诗丁王顺亮张英敏马俊鹏冯麟单鹏四川大学电气工程学院四川成都610065

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响... 详细信息

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响系统性能。首先,本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理,得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后,提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的环流抑制策略,该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制,采用比例积分(proportional integral,PI)控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量,采用准比例谐振(proportional resonant,PR)控制环流的零序2倍频分量。最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型,将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明:在单相非金属接地故障时,与其他3种环流抑制策略作对比,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA,将谐波畸变率降低到0.03%,表明所提策略的优越性;同时在两相非金属接地故障时,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA,谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。

关键词：电网不平衡模块化多电平换流器二阶广义积分器环流抑制策略

基于谐波状态空间的模块化多电平换流器直流侧改进建模

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电网技术 2021年第8期45卷 3173-3180页

作者：刘小林王顺亮马俊鹏刘天琪彭光强四川大学电气工程学院四川省成都市610065 中国南方电网超高压输电公司检修试验中心广东省广州市510700

目前谐波状态空间方法应用于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)时将控制系统和电气系统的建模统一集成到MMC系统状态空间方程的矩阵A中。该建模方法并没有给出便利的控制系统建模接口,不方便研究控制环节的影响以... 详细信息

目前谐波状态空间方法应用于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)时将控制系统和电气系统的建模统一集成到MMC系统状态空间方程的矩阵A中。该建模方法并没有给出便利的控制系统建模接口,不方便研究控制环节的影响以及不利于模型的扩展。提出了基于谐波状态空间的MMC直流侧闭环阻抗统一建模方法。该建模方法将电气回路与控制回路分别建模表示,控制回路的建模表现为电气状态变量到调制波信号的传递函数矩阵,最后通过调制波信号对电气回路的作用矩阵来实现MMC系统的整体建模。控制回路进行单独建模且并未引入新的变量,使得模型结构更加清晰,并省略了控制系统中多余的状态变量的建模。提出的建模方法还保持了谐波状态空间方法高精度的特点,为MMC的直流侧阻抗分析和参数优化提供了支撑。RT-LAB实时硬件仿真结果验证了所建立模型的正确性。

关键词：阻抗建模谐波状态空间模块化多电平换流器闭环控制

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弱电网下并网逆变器正交功率同步控制策略

中国电机工程学报 2022年第23期42卷 8475-8485页

作者：王顺亮孙瑞婷马俊鹏杨文莉刘天琪吴子豪王若谷四川大学电气工程学院四川省成都市610065 国网陕西电力科学研究院陕西省西安市710099

功率同步控制(power synchronization control,PSC)是电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)连接至弱交流电网的有效控制策略。极弱电网的短路比(short circuit ratio,SCR)接近1,系统稳态功角接近90°的稳定运行极限。电网电压... 详细信息

功率同步控制(power synchronization control,PSC)是电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)连接至弱交流电网的有效控制策略。极弱电网的短路比(short circuit ratio,SCR)接近1,系统稳态功角接近90°的稳定运行极限。电网电压暂降极易引起VSC功角越过稳定极限并出现同步失稳。针对这一问题,该文首先通过相图法对PSC的暂态同步稳定性进行深入的分析,给出一阶同步环的暂态功角响应特性。然后,引入虚拟功率的概念,给出具有正/余弦特性的同步环暂态功角特性。进而,提出一种正交功率同步控制策略,该方法能够防止VSC在不同电网电压暂降深度下失去静态稳定工作点,有效的保证并网系统的暂态同步稳定。所提方法无需检测电网故障工况,且无需进行控制模式切换,提高了并网逆变器的控制性能。最后,通过半实物实时仿真验证所提出控制策略的有效性。

关键词：极弱电网功率同步控制暂态同步稳定相图正交功率同步控制