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考虑右半平面极点的三相并网变换器小干扰稳定性分析

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电力系统保护与控制 2024年第6期52卷 42-50页

作者：邢法财蒋哲武诚张志轩田鸣鹤赵玉静叶华国网山东省电力公司电力科学研究院山东济南250000 山东省智能电网技术创新中心山东济南250000 国网山东省电力公司电力调度控制中心山东济南250000 山东大学电气工程学院山东济南250061

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降,对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据,但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(righ... 详细信息

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降,对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据,但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题,基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型,提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先,对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(-1, j0)的次数进行估算。然后,在奈奎斯特判据的基础上,利用SISO系统阻抗伯德图进行分析,在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后,基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型,验证了在有无RHP极点的不同场景下,所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

关键词：并网变换器单输入单输出小干扰稳定性右半平面极点源荷耦合阻抗伯德图

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

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电力系统保护与控制 2024年第13期52卷 35-46页

作者：郑峰苏明鸿陈静刘宝谨刘莞玲梁宁福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108 国网兰州供电公司甘肃兰州730070 福州大学计算机与大数据学院福建福州350108 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率... 详细信息

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。

关键词：直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制模型预测控制

弱电网故障下新能源并网变换器的奇异摄动模型与暂态稳定性分析

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中国电机工程学报 2023年第2期43卷 454-465页

作者：张梓钦朱东海马玉梅邹旭东胡家兵康勇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该... 详细信息

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该挑战,该文同时考虑锁相环和电流环的控制动态,研究弱电网故障下并网变换器的暂态稳定性。首先,建立并网变换器接入弱电网的奇异摄动模型,将原高阶模型降阶简化为二个低阶的快、慢子系统。然后,分别采用李雅普诺夫第一法和第二法分析了快、慢子系统的稳定性,由此揭示了工作点、线路阻抗和控制参数等多重因素对暂态稳定性的影响规律,并给出一些参数优化设计的指导原则。最后,通过实验验证了分析结果的正确性。

关键词：弱电网并网变换器暂态稳定性奇异摄动模型李雅普诺夫稳定

集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制

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电力系统自动化 2023年第1期47卷 153-161页

作者：贾文慧郭祺涂春鸣姜飞侯玉超李庆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 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410004 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院安徽省合肥市230000

针对传统串联型电能质量治理装置利用率较低、可靠性较差,而并联型电能质量治理装置解决电压波动问题的能力有待进一步提升的问题,提出了一种集成电压支撑与无功调控能力的多功能并网变换器(MF-GCC)。电网电压波动时,MF-GCC工作于串联... 详细信息

针对传统串联型电能质量治理装置利用率较低、可靠性较差,而并联型电能质量治理装置解决电压波动问题的能力有待进一步提升的问题,提出了一种集成电压支撑与无功调控能力的多功能并网变换器(MF-GCC)。电网电压波动时,MF-GCC工作于串联接入模式,实现电压调节功能。电网电压正常时,MF-GCC工作于并联接入模式,实现网侧单位功率因数运行。与传统串联接入型电能质量治理装置相比,MF-GCC仅多了一个开关和一个耦合电容,即可实现串联和并联接入型电能质量治理装置功能的有效集成。此外,在系统故障时,MF-GCC有源部分的端口电压钳位为零,故障电流被遏制,MF-GCC自身及其接入电网的可靠性均得到了提升。文中详细分析了MF-GCC的拓扑结构、工作原理、控制策略及参数设计。仿真与实验结果验证了所提拓扑结构与控制策略的有效性和可行性。

关键词：并网变换器电压补偿电流补偿功能集成故障限流拓扑优化可靠性

弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析

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电力系统自动化 2022年第24期46卷 76-84页

作者：熊佳旺孔力叶华裴玮韩一江中国科学院电工研究所北京市100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京市100049

电力电子变换器具有惯量小、动态过程快且复杂等特点,这给新型电力系统的暂态分析带来严峻挑战。尤其是在弱电网条件下,锁相环的非线性特性使并网变换器系统稳定分析变得更为复杂。然而,传统的暂态分析方法忽略了关键非线性特性,难以获... 详细信息

电力电子变换器具有惯量小、动态过程快且复杂等特点,这给新型电力系统的暂态分析带来严峻挑战。尤其是在弱电网条件下,锁相环的非线性特性使并网变换器系统稳定分析变得更为复杂。然而,传统的暂态分析方法忽略了关键非线性特性,难以获得简洁实用的稳定判据。针对上述问题,建立了基于并网变换器系统扰动量的二阶非线性动力学模型,引入非线性振动学科的平均法对模型进行求解,获得了低阶近似解析解,进而推导出弱电网环境下并网变换器系统的稳定判据,并根据理论推导分析了模型的非线性项、锁相环控制参数及系统短路比对系统暂态稳定性的影响。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和分析结果的正确性。

关键词：并网变换器非线性二阶动力学模型平均法暂态稳定参数分析

并网变换器电流-内电势与端电压-电流激励响应特性的等效机制及仿真分析

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电源学报 2023年

作者：付天照袁小明龚轩华中科技大学电气与电子工程学院

系统动态过程中，当网侧电流变化时变换器电流控制将通过调节输出的电压来实现电流与指令的平衡，表现为电流激励下的电压响应。由于变换器交流电压通过控制幅值/频率产生且系统运行需要维持电压的幅值/频率水平，因此当发生功率不平衡... 详细信息

系统动态过程中，当网侧电流变化时变换器电流控制将通过调节输出的电压来实现电流与指令的平衡，表现为电流激励下的电压响应。由于变换器交流电压通过控制幅值/频率产生且系统运行需要维持电压的幅值/频率水平，因此当发生功率不平衡时电流控制应被描述为有功/无功电流激励下的内电势幅值/频率响应。与此同时，从变换器对所并入电网影响的角度看，端电压幅值/频率激励下的有功/无功电流响应也是认识并网变换器特性的另一视角。因此对于变换器电流控制，本文提出了服务于大系统动态分析的有功/无功电流-内电势特性以及从单机视角认识设备对电网影响的端电压-有功/无功电流特性。在此基础上，通过说明电流控制中电流和端电压间的冗余关系，解释了两种特性在本质上是等效的。最后，通过仿真验证了两特性间的等效并初步探究了锁相控制参数对于电流控制特性的影响。

关键词：并网变换器电流控制激励-响应特性有功/无功电流内电势端电压幅值/频率

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同方期刊数据库

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高可靠性三相多功能并网变换器研究

中国电力 2023年第5期56卷 172-181页

作者：黎燕程馨黄祖梁杨琢中南大学自动化学院湖南长沙410018

三相多功能并网变换器(three-phase multi-functional grid-connected converter,TMGC)在实现微电网并网的同时,复合了电能质量治理功能,具有重要的应用前景。为提高TMGC的运行可靠性,提出了TMGC的重构技术及其容错控制策略。首先,采用... 详细信息

三相多功能并网变换器(three-phase multi-functional grid-connected converter,TMGC)在实现微电网并网的同时,复合了电能质量治理功能,具有重要的应用前景。为提高TMGC的运行可靠性,提出了TMGC的重构技术及其容错控制策略。首先,采用一种适用于变换器开路故障的故障诊断方法,当开路故障发生时,依据变换器故障前后中点电压偏差的特征和实时开关状态来进行故障诊断;其次,提出一种TMGC的重构拓扑,实现TMGC二次故障的重构,容错空间大;然后,提出TMGC的容错控制策略,结合谐波抑制控制、PQ控制及脉冲重置方法,使TMGC故障后能继续实现并网微电网的功率控制及谐波抑制功能,最终形成高可靠性三相多功能并网变换器(high reliability three-phase multi-functional grid-connected converter,HRTMGC);最后,通过Matlab/Simulink仿真,结果证明了所提重构技术及其容错控制策略的有效性。

关键词：微电网并网变换器故障诊断重构谐波抑制

基于虚拟阻尼补偿的船舶并网变换器直流母线电压振荡抑制方法

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大连海事大学学报 2022年第2期48卷 118-127,135页

作者：吕旭刘彦呈张勤进王洪来郑祥鲁大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

为解决船舶直流微电网中恒功率负载与LC滤波器级联引起的母线电压高频振荡问题,提出一种基于虚拟阻尼补偿的并网变换器母线电压振荡抑制方法。首先,建立源侧并网变换器及恒功率负载的小信号模型,分析恒功率负载负阻抗特性减小LC滤波器... 详细信息

为解决船舶直流微电网中恒功率负载与LC滤波器级联引起的母线电压高频振荡问题,提出一种基于虚拟阻尼补偿的并网变换器母线电压振荡抑制方法。首先,建立源侧并网变换器及恒功率负载的小信号模型,分析恒功率负载负阻抗特性减小LC滤波器阻尼引起电压振荡的机理,推导出LC滤波器与恒功率负载级联的稳定约束条件。在此基础上,引入基于非线性扰动观测器的虚拟负电感有源阻尼补偿方法,对并网变换器直流侧输出电流进行虚拟测量,并构建虚拟负电感补偿环节抵消LC滤波器较大电感值,从而抑制系统的低阻尼振荡。最后,采用奈奎斯特判据分析级联系统的稳定性,建立Simulink仿真模型验证了所提控制算法的有效性。

关键词：并网变换器恒功率负载低阻尼振荡虚拟负电感非线性扰动观测器

非理想电网下并网变换器频率自适应特定次谐波重复控制策略

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电源学报 2023年

作者：胡立聪卢闻州王尉周克亮周小期江南大学物联网工程学院国网吉林省电力有限公司延边供电公司变电运检中心武汉理工大学自动化学院

电力系统在各种新能源接入的背景下，网侧存在频率波动的非理想状态，固定参数下传统重复控制器会使并网变换器的并网电流质量严重下降，提高非理想电网下并网变换器的频率自适应能力尤为重要。对此，提出一种频率自适应特定次谐波重复... 详细信息

电力系统在各种新能源接入的背景下，网侧存在频率波动的非理想状态，固定参数下传统重复控制器会使并网变换器的并网电流质量严重下降，提高非理想电网下并网变换器的频率自适应能力尤为重要。对此，提出一种频率自适应特定次谐波重复控制器(FSA-SHRC)，通过内模与无限脉冲滤波器(IIR)的结合，能够实现对于基频波动带来参数变换部分的精确近似和补偿。相较于常规重复控制器(CRC),FSASHRC在结构上具有内模所需内存单元小的优点，在性能上具有误差收敛速度快、精度高的优势，在基频波动时能够在线地调节IIR的系数，具有一定的频率自适应性能。将FSA-SHRC应用到三相并网逆变控制系统中，验证了理论的优越性以及在非理想电网条件下的适应性。

关键词：重复控制(RC) 频率自适应性误差收敛速度 IIR滤波器并网变换器脉宽调制(PWM)