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考虑交流侧运行状态和直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制研究

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考虑交流侧运行状态和直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂...

作者：崔汉阳华北电力大学

学位级别：硕士

我国能源负荷逆向分布的问题可以通过高压直流输电得到有效解决,与两端直流输电相比,基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter multi-terminal DC,MMC-MTDC）更经济高效,可以对潮流进行灵活控制。在高... 详细信息

我国能源负荷逆向分布的问题可以通过高压直流输电得到有效解决,与两端直流输电相比,基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter multi-terminal DC,MMC-MTDC）更经济高效,可以对潮流进行灵活控制。在高压直流输电系统中,当交流电网受到干扰时,电压源换流器可以对输出的功率进行快速调节,因此随着新能源发电量的逐年增加,电网的整体惯性下降,MMC-MTDC可以为交流系统提供强有力的频率支撑。在直流系统对交流系统进行频率支援过程中,保证交流侧运行状态稳定和直流电压的稳定对于整个多端柔性直流输电系统具有重要意义。首先针对直流系统参与交流系统频率调节过程中交流系统出现的频率波动较大和负载率过高的问题,提出一种考虑交流侧运行状态的MMC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略。将交流系统频率变化量和负载率变化量与换流站电压下垂系数建立函数关系并分析了此控制系统的稳定性。各换流站不用变动换流器的结构只需根据交流系统频率和负载率灵活调节电压下垂系数大小,从而防止交流系统频率偏移过大以及系统负载率过高,使换流站间的不平衡功率分配的更加合理。其次针对直流系统参与交流系统频率调节过程中直流电压波动较大的问题,提出一种考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略。先利用虚拟惯性技术将直流侧有功功率和交流侧系统频率耦合,推导出自适应频率下垂系数表达式;再建立直流电压与有功功率间耦合关系,得到自适应电压下垂系数表达式;最后对此控制系统的稳定性进行了分析。该方法不需要站间通信,减少了直流系统参与电网调频时直流电压的超调量,提高了电压质量和互联的交流系统稳定运行的能力。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了三端柔性直流输电系统和四端柔性直流输电系统的仿真模型。在三端柔性直流输电系统中对附加频率的定电压下垂控制和本文提出的自适应电压下垂控制进行了对比仿真和分析;在四端柔性直流输电系统中对附加频率的定频率下垂控制和考虑直流电压稳定的自适应频率下垂控制进行了对比仿真验证和分析,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词：多端直流输电自适应下垂控制交流侧运行状态直流电压稳定频率调

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

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电力电容器与无功补偿 2024年第2期45卷 107-116页

作者：王正齐徐浩王德全南京工程学院电力工程学院南京211167 国网淮安供电公司变电检修室江苏淮安223200

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控... 详细信息

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。

关键词：柔性多状态开关线性自抗扰控制 Matlab/Simulink 干扰抑制直流电压稳定

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

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电力系统自动化 2006年第19期30卷 28-33页

作者：陈海荣徐政浙江大学电机系

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理,然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流... 详细信息

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理,然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证,结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高,且获得良好的动态性能。

关键词：电压源型换流器(VSC) 多端高压直流输电(MTDC) 直流电压稳定直流电压偏差控制多点直流电压控制

双PWM型动态电压恢复器的最大输出能力分析

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电工技术学报 2018年第21期33卷 5015-5025页

作者：涂春鸣孙勇李珺郭祺姜飞国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 长沙410082 深圳出入境检验检疫局深圳518172 长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410004

动态电压恢复器(DVR)可以抑制系统侧电压波动对敏感负荷的影响。该文综合考虑了电网电压跌落深度、负荷波动幅度以及并联变流器带载能力对双PWM型DVR补偿能力的影响,深入分析其极限输出电压范围。通过建立并、串联变流器的等效数学模型... 详细信息

动态电压恢复器(DVR)可以抑制系统侧电压波动对敏感负荷的影响。该文综合考虑了电网电压跌落深度、负荷波动幅度以及并联变流器带载能力对双PWM型DVR补偿能力的影响,深入分析其极限输出电压范围。通过建立并、串联变流器的等效数学模型,从保持直流侧电压稳定的并联变流器带载能力角度出发,得到了串联变流器调制比与电网电压幅度、负荷大小、直流侧电压以及变流器电路参数的关系,由此确定了系统定参数下基于直流侧稳定的DVR最大输出能力,并绘制了电网电压跌落深度和负荷波动幅度对DVR输出能力的影响关系曲线。此外,结合以上分析对变流器电路参数和容量进行了系统设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词： DVR 输出能力电压跌落深度负荷波动幅度直流电压稳定

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直流电网功率控制体系构建及实现方式研究

中国电机工程学报 2015年第15期35卷 3803-3814页

作者：刘云荆平李庚银周飞陈禹辛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 国网智能电网研究院北京市昌平区100028

直流电网技术优势突出,发展前景广阔。功率控制体系和控制策略设计是关系直流电网规划、运行和发展的基础性问题。分析交、直流高压电网控制在承担主体、目标、特性曲线、响应速度等方面异同,提出直流电网有功功率分层控制体系方案,明... 详细信息

直流电网技术优势突出,发展前景广阔。功率控制体系和控制策略设计是关系直流电网规划、运行和发展的基础性问题。分析交、直流高压电网控制在承担主体、目标、特性曲线、响应速度等方面异同,提出直流电网有功功率分层控制体系方案,明确各层功能定位:一次控制负责直流电压实时稳定;二次控制按照调度指令实时调整系统输送功率;三次控制基于预测数据计算结果,提前下达系统经济环保调度指令;四次控制承担电网故障及恢复过程中大时间尺度下功率平衡、稳定控制等任务。一次、二次和三次控制瞄准系统正常运行工况,而四次控制针对事故和系统恢复过程中系统结构变化和四种不同状态转换过程。分析各层控制策略、运行方式和实现途径,研究分层控制系统间计算结果、响应速度、参数更新周期、通信延迟等协调配合关键技术,分析系统调节容量、通信能力、交流系统强弱等关键影响因素。该方案既借鉴现有电网成熟经验,又体现直流电网技术特点,促进控制精确性和复杂性平衡,有利于提高与现有电网技术管理体系兼容性,加快推进直流电网研究和工程应用。同时,提出未来直流电网在控制体系构建标准化、控制策略设计差异化、仿真分析高效化、研究途径多样化等方面尚待深入研究。

关键词：直流电网功率控制分层结构直流电压稳定控制策略

风电场多端柔直送出系统电压稳定控制策略研究

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风电场多端柔直送出系统电压稳定控制策略研究

作者：卢筱莉华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

风电场和电网通过多端柔直输电系统(Voltage Source Converter Based MTDC,VSC-MTDC)进行互联,由于扰动或故障引起的功率变化会导致各个换流站之间的功率分配失衡,进而引发直流电压不稳定问题,而且换流站的消纳水平有限,当扰动量大于VSC... 详细信息

风电场和电网通过多端柔直输电系统(Voltage Source Converter Based MTDC,VSC-MTDC)进行互联,由于扰动或故障引起的功率变化会导致各个换流站之间的功率分配失衡,进而引发直流电压不稳定问题,而且换流站的消纳水平有限,当扰动量大于VSC-MTDC互联系统各端换流站的功率储备时,会造成换流站功率越限,严重影响了系统的安全稳定运行。对此,本文围绕VSC-MTDC互联系统端口功率分配、直流电压稳定问题,挖掘风电场对互联系统进行功率支援以稳定直流电压的潜能,研究互联系统协调控制策略,同时引入了多设备并行联合实时仿真技术对其进行仿真验证。具体内容:(1)建立了风电场经多端柔直输电系统并网的数学模型和控制模型,并进行了离线仿真验证。首先建立了永磁同步风电机组的数学模型及其控制模型;然后利用K-means聚类法以风电机组运行点相近为分群原则,搭建了风电场的等值模型;接着建立了端口换流站数学模型及其底层调制和功率控制模型;最后对风电场经VSC-MTDC系统并网模型进行了稳态仿真,得到换流站端口功率波形,验证了模型的有效性。(2)针对受端功率突变引起的VSC-MTDC互联系统端口功率不平衡、直流电压不稳定问题,提出了一种计及风电功率备用的改进电压下垂协调控制策略,并进行了离线仿真验证。首先分析了直流电压稳定和端口功率平衡问题,并在此基础上阐明了挖掘风电场支援潜能以改善直流电压的机理;然后针对传统下垂协调控制的局限性,引入logistic函数对其进行了改进,精简计算量并提升控制效果;在此基础上通过附加转速和桨距角控制来调整机组对互联系统的功率支援,以提高系统的协调互济能力;最后在不同风速下施加负荷扰动,验证了该协调控制策略的有效性。(3)搭建了基于多设备联合实时仿真平台的风电VSC-MTDC互联模型,并进行了实时仿真验证。首先为了扩大实时仿真规模,采用传输线解耦法将本文所搭建的风电VSC-MTDC互联模型进行分割,得到实时仿真的接口模型;然后基于虚拟功率的接口延时补偿方法同步接口信号以提高接口模型的仿真精度;接着将本文所提出的协调控制策略搭载在控制器RCP中,分割后的风电场直流系统模型搭载在PXI仿真器2中,岸上电网交流系统模型搭载在PXI仿真器1中,三台仿真器通过联合仿真接口进行实时仿真。实时仿真结果验证了所搭建模型的准确性和协调控制策略的有效性与可行性,具有一定的工程应用参考价值。

关键词：多端柔直系统直流电压稳定协调控制实时仿真

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风电背靠背PWM变流器直流能量平衡新方法

电力自动化设备 2016年第7期36卷 28-33,46页

作者：王冕陈国柱浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对基于背靠背PWM变流器的永磁同步发电机(PMSG)风力发电系统,从能量平衡角度出发,分析了引起直流侧能量波动的2个主要因素,即风机能量波动和电网电压波动,并基于小信号模型分析,利用功率平衡关系提出了网侧变流器的输出电流补偿控制... 详细信息

针对基于背靠背PWM变流器的永磁同步发电机(PMSG)风力发电系统,从能量平衡角度出发,分析了引起直流侧能量波动的2个主要因素,即风机能量波动和电网电压波动,并基于小信号模型分析,利用功率平衡关系提出了网侧变流器的输出电流补偿控制策略。仿真和实验结果表明,所提出的电流控制策略不仅能在风机能量波动时保证直流侧电压稳定,还能在电网电压故障时最大限度地利用变流器的容量,协助风电机组实现穿越,同时降低直流电容容量要求。

关键词：风电 PMSG 背靠背PWM变流器直流电压稳定电流控制补偿故障穿越

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

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电力自动化设备 2016年第2期36卷 32-39页

作者：闫文宁李可军王卓迪霍雪松吴海伟张明孟新涵山东大学电气工程学院山东济南250061 国网江苏省电力公司江苏南京210024 国网南京供电公司江苏南京210019

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,... 详细信息

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。

关键词： VSC-MTDC 附加有功功率信号改进有功功率-直流电压特性曲线直流电压稳定直流输电

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分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制

太阳能学报 2021年第2期42卷 376-382页

作者：高长伟刘晓明孟昭军辽宁科技学院电气与信息工程学院本溪117004 沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870 天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)... 详细信息

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)的基础之上进一步采用了直流电压稳定控制技术,提出改进的虚拟同步发电机控制策略。当光伏电源输出功率低于负载需求时起到抑制直流母线电压跌落、维持直流电压稳定的作用,实现按照负荷或并网功率需求进行功率匹配的目的。仿真与实验结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。

关键词：光伏电源功率波动改进虚拟同步发电机直流电压稳定功率匹配