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弱交流电网条件下VSC无功类控制分析与优化

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电网技术 2016年第3期40卷 696-703页

作者：袁艺嘉赵成勇苑宾许建中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

针对接入弱交流电网的电压源换流器(voltage sourced converter,VSC)所采用的无功类控制器的适用性进行分析,并提出了改进的无功功率控制方法。首先针对连接到弱交流电网的VSC整流侧和逆变侧系统,分别建立了两个系统在定有功功率定无功... 详细信息

针对接入弱交流电网的电压源换流器(voltage sourced converter,VSC)所采用的无功类控制器的适用性进行分析,并提出了改进的无功功率控制方法。首先针对连接到弱交流电网的VSC整流侧和逆变侧系统,分别建立了两个系统在定有功功率定无功功率控制和定有功功率定交流电压控制下的小信号模型,其次利用参与因子法分析影响主导极点的主要状态变量,基于此提出了一种改进的无功功率控制方法,分别在VSC整流侧和逆变侧系统中进行验证,并分析了参数k的选取。最后,在PSCAD/EMTDC环境下进行仿真实验,验证了建立的小信号模型正确性,同时,考虑VSC系统运行极限分析了不同无功类控制下系统的临界有功功率传输极限值。所得结论为:对于连接到弱交流电网的VSC类换流器,定交流电压控制较定无功功率控制更适用于极低短路比(short-circuit ratio,SCR)的交流系统,在选取合适的参数k的条件下,采用改进的无功功率类控制可以提高有功功率传输极限,更有效地增强系统稳定性。

关键词：弱交流电网电压源换流器小信号分析参与因子无功类控制

弱交流电网条件下VSC-HVDC改进矢量控制方法

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中国电机工程学报 2017年第16期37卷 4577-4590页

作者：吴广禄周孝信李亚楼梁军 Agusti Egea-Alvarez 彭红英张星电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院) 北京市海淀区100192 卡迪夫大学

当电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)联接弱交流电网输送功率接近交流电网静态稳定极限时,经典矢量控制方法无法保证换流器稳定运行。文中分析VSC联接于弱交... 详细信息

当电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)联接弱交流电网输送功率接近交流电网静态稳定极限时,经典矢量控制方法无法保证换流器稳定运行。文中分析VSC联接于弱交流电网时的潮流特性,研究经典矢量控制外环在弱交流电网条件下的特性,通过基于小信号模型的极点分析研究导致换流器无法稳定运行的原因,基于VSC联接于弱交流电网时的失稳机理提出一种改进矢量控制方法,在矢量控制外环增加前馈支路,增加暂态无功响应速度,提高弱交流电网条件下VSC在输送功率接近交流电网静态稳定极限时的稳定性。最后,基于小信号建模的极点分析和时域仿真结果验证改进矢量控制方法的有效性。

关键词：电压源换流器直流输电弱交流电网改进矢量控制

弱交流电网下含STATCOM的LCC-HVDC系统的附加阻尼协调控制方法

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中国电机工程学报 2018年第20期38卷 5957-5964页

作者：郭春义蒋雯殷子寒赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

通过在电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）逆变侧交流母线装设静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）,来达到抑制换相失败的目的。然而研究发现,在弱交流系统工况下,STATCOM的控制系统（特别是交流电压控制外环）与LCC锁相环之间存在相互作用,会对后者的稳定可行域造成不利影响,进而可能引发整个混合系统的小干扰失稳现象。针对此现象,该文提出一种适用于弱交流系统下含STATCOM的LCC-HVDC系统的新型附加阻尼协调控制（supplementarydampingcoordination control,SDCC）,该方法基于LCC锁相环输出频率信息,引入阻尼系数以附加分量形式反馈到STATCOM定交流电压控制器外环输入中。基于Matlab的特征根理论分析及基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,提出的SDCC控制可以有效抑制含STATCOM的LCC-HVDC系统中LCC锁相环增益过大引起的系统小干扰失稳现象,从而提高系统的稳定裕度。

关键词：电网换相换流器高压直流输电锁相环静止同步补偿器小干扰稳定性附加阻尼协调控制弱交流电网

VSC-HVDC与弱交流电网混联系统大扰动行为机理及稳定控制

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中国电机工程学报 2019年第3期39卷 629-641,943页

作者：郑超张鑫吕盼吕思卓中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074 国网新疆电力公司经济技术研究院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830016

基于电压源换流器的柔性直流输电(voltagesourceconverterHVDC,VSC-HVDC),其与弱交流电网构成的混联系统的稳定问题,是当前工程界关注的重点和学术界研究的热点。该文首先建立计及限幅环节、故障穿越策略,以及保护闭锁逻辑的VSC-HVDC机... 详细信息

基于电压源换流器的柔性直流输电(voltagesourceconverterHVDC,VSC-HVDC),其与弱交流电网构成的混联系统的稳定问题,是当前工程界关注的重点和学术界研究的热点。该文首先建立计及限幅环节、故障穿越策略,以及保护闭锁逻辑的VSC-HVDC机电暂态仿真模型;提出VSC换流器非线性功率特性的大扰动测辨方法,分析和识别影响VSC功率特性的关键因素。在此基础上,揭示大扰动冲击下混联系统存在的不同形式的失稳现象及其行为机理,并提出稳定控制策略。VSC-HVDC与弱交流电网混联系统的大扰动时域仿真结果验证了机理分析的正确性以及控制策略的有效性。

关键词：电压源换流器柔性直流弱交流电网混联系统大扰动受扰行为机理稳定控制策略

连接弱交流电网的VSC-HVDC失稳机理及判据研究

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电工技术学报 2019年第18期34卷 3884-3888,3889-3896页

作者：邵冰冰赵书强高本锋宋斯珩李忍新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

为分析连接弱交流电网的柔性直流输电(VSC-HVDC)系统矢量控制环节与弱交流电网交互作用对系统稳定性的影响,分别建立了电压源换流器(VSC)不同运行方式下连接弱交流电网的VSC-HVDC系统线性化传递函数模型。通过研究线性化传递函数模型开... 详细信息

为分析连接弱交流电网的柔性直流输电(VSC-HVDC)系统矢量控制环节与弱交流电网交互作用对系统稳定性的影响,分别建立了电压源换流器(VSC)不同运行方式下连接弱交流电网的VSC-HVDC系统线性化传递函数模型。通过研究线性化传递函数模型开/闭环传递函数的零极点分布,提出了系统失稳的解析判据。同时研究了VSC输出有功功率、无功功率和端电压幅值与注入电网的dq轴电流间的关系,揭示了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统失稳机理,得出了失稳判据的物理意义。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统仿真模型,对理论研究进行了仿真验证。

关键词：柔性直流输电矢量控制弱交流电网线性化传递函数模型失稳

利用虚拟电阻提高接入弱交流电网的MMC小信号稳定性控制方法

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中国电机工程学报 2015年第15期35卷 3794-3802页

作者：苑宾许建中赵成勇何智鹏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

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流阀具有自关断能力,适用于向弱交流电网供电。该文对已有功率同步控制方法进行改进,通过在电压调制波处增加虚拟电阻控制,等效增大系统与弱交流电网之间的电阻,从而增强系统的... 详细信息

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流阀具有自关断能力,适用于向弱交流电网供电。该文对已有功率同步控制方法进行改进,通过在电压调制波处增加虚拟电阻控制,等效增大系统与弱交流电网之间的电阻,从而增强系统的稳定性。该方法实现简单,同时虚拟电阻并不消耗能量,不会降低换流器的传输效率。文中建立了受端弱交流电网MMC系统小信号数学模型,通过对多输入多输出系统开环传递函数矩阵进行分析,得到虚拟电阻对系统稳定运行特性的影响;同时对虚拟电阻的作用机理进行研究,分析得出虚拟电阻对系统运行极限的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了101电平受端弱交流电网MMC系统仿真模型,仿真结果验证了虚拟电阻控制的有效性,同时体现了虚拟电阻对系统运行极限的影响。

关键词：虚拟电阻模块化多电平换流器弱交流电网功率同步控制稳定性分析运行极限

混合型MMC接入弱交流电网稳定性分析及控制参数优化

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电力系统自动化 2020年第22期44卷 70-78页

作者：鲁晓军向往林卫星文劲宇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 电力安全与高效湖北省重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074 特变电工新疆新能源股份有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最... 详细信息

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最大有功功率,并基于参与因子及模式分析得到了不稳定模态的典型参与变量和振荡频率,且进行电磁暂态仿真验证。基于控制参数灵敏度及动态特性影响分析,得到有利于增强小干扰稳定性和提升最大有功传输能力的控制参数优化策略。研究表明:弱电网接入下,混合型MMC逆变运行时失稳主要与q轴控制相关,需减小内环比例控制系数和降低前馈交流电流、电压滤波截止频率;整流运行时失稳主要与d轴控制相关,需增大外环比例控制系数。

关键词：混合型模块化多电平换流器弱交流电网小信号模型小干扰稳定性

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光伏并入弱交流电网次同步振荡机理与特性分析

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中国电机工程学报 2018年第24期38卷 7215-7225页

作者：赵书强李忍高本锋汪洋新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

随着我国西北地区集中式光伏装机容量的持续增加,规模化光伏发电经长距离输电线路并入主网成为重要的外送方式,然而,大规模光伏并入弱交流电网可能面临次同步振荡的威胁。该文建立大型光伏电站的序阻抗模型,基于阻抗分析法,分析光伏并... 详细信息

随着我国西北地区集中式光伏装机容量的持续增加,规模化光伏发电经长距离输电线路并入主网成为重要的外送方式,然而,大规模光伏并入弱交流电网可能面临次同步振荡的威胁。该文建立大型光伏电站的序阻抗模型,基于阻抗分析法,分析光伏并入弱交流电网次同步振荡的机理和参数特性。结果表明,在一定条件下,光伏发电系统阻抗在次同步频域可能呈容性;随着电网强度的降低以及装机容量的增加,容性光伏系统可能与感性电网发生次同步频率的电气谐振;随着光伏逆变器电流环比例增益减小,光伏发电系统次同步振荡风险增大,而增加锁相环比例增益和积分增益,可以降低这一风险。最后,基于PSCAD/EMTDC时域仿真验证上述分析结果,研究结果可为大规模光伏接入弱电网工程提供参考。

关键词：光伏并网次同步振荡阻抗分析法弱交流电网

连接弱交流电网的柔性直流换流站外环控制器参数解析计算及其限制因素分析

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中国电机工程学报 2023年第24期43卷 9682-9695页

作者：李云丰赵文广贺之渊杨杰周家培许杰锋电网防灾减灾全国重点实验室(长沙理工大学) 湖南省长沙市410114 先进输电技术全国重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市昌平区102200

柔直换流站连接弱交流电网的交流电压动态响应速度与交流电压控制器参数、短路比、稳态点和公共耦合接入点并联等效电容有关。针对柔直换流站连接弱交流电网外环控制器参数解析计算及其限制因素分析研究欠缺问题,该文在建立整个系统详... 详细信息

柔直换流站连接弱交流电网的交流电压动态响应速度与交流电压控制器参数、短路比、稳态点和公共耦合接入点并联等效电容有关。针对柔直换流站连接弱交流电网外环控制器参数解析计算及其限制因素分析研究欠缺问题,该文在建立整个系统详细模型的基础之上,根据外环闭环传递函数零极点分布情况,分析影响系统动态响应速度和稳定性相关特征根的关键变量及其参与程度。其次,基于交流系统准稳态模型,推导外环控制器参数解析计算表达式,并对其选择范围进行了初步分析。再次,研究外环控制器参数、电流内环带宽、锁相环参数以及短路比对稳定性的影响,结果表明,外环带宽与锁相环带宽接近并不一定是诱导系统发生谐振失稳的因素,降低交流电压控制器和锁相环参数有利于提升柔直换流站运行于逆变状态下的稳定性。最后,通过电磁暂态仿真验证了参数计算与稳定性分析的正确性。

关键词：弱交流电网柔直换流站参数解析计算阻抗模型稳定性分析