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短路故障时锁相环型变流器的暂态建模与同步稳定性分析

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短路故障时锁相环型变流器的暂态建模与同步稳定性分析

作者：易相彤湖南大学

学位级别：硕士

大力发展可再生能源发电技术是实现“双碳”目标与能源转型的重要手段。以光伏、风电为代表的可再生能源大量接入配电网,其网侧变流器常采用锁相环实现并网同步(以下称为“锁相环型变流器”)。锁相环型变流器与同步发电机在同步机制上迥... 详细信息

大力发展可再生能源发电技术是实现“双碳”目标与能源转型的重要手段。以光伏、风电为代表的可再生能源大量接入配电网,其网侧变流器常采用锁相环实现并网同步(以下称为“锁相环型变流器”)。锁相环型变流器与同步发电机在同步机制上迥异,且不同控制回路间存在耦合影响,致使系统同步动态行为更为复杂。此外,随着可再生能源发电单元占比的不断提高,交流电网逐渐变弱,变流器之间及变流器与电网间的交互作用增强。在短路故障等大扰动下变流器易发生同步失稳而跳闸脱网,严重威胁到系统的安全稳定运行。为此,本文围绕锁相环型变流器的暂态同步稳定问题,在暂态建模与同步稳定分析两方面开展了相关研究,所得结论可为高比例可再生能源配电网的参数设计和稳定控制提供参考。本文主要研究工作如下:(1)针对锁相环型变流器无穷大并网系统,建立了考虑与电网交互时的变流器暂态模型,揭示了锁相环内在同步机理,并通过数值求解的方法量化了关键参数对暂态同步稳定性的影响。研究表明,锁相环不平衡的电压输入量是造成暂态同步失稳的根本原因,且随着变流器注入电流幅值的增加与电网强度的减小,系统暂态同步稳定性降低,而增加锁相环阻尼比或减小其带宽可提升暂态同步稳定性。(2)提出了基于同调等值的多锁相环型变流器系统的聚合降阶方法。首先建立了多变流器系统的数学模型并改写为摇摆方程形式,发现阻抗压降差异是造成同母线与不同母线变流器间同调特性差异的根本原因。在此基础上,提出了基于阻抗压降的同调判据,解决了基于同调定义的摇摆曲线形式判据难以解析求解的难题。接着,在聚合前后输出功率不变的前提下,给出了等值电路参数的计算方法,并借助惯性中心的概念,在保证聚合前后同步动态特性不变的前提下,给出了等值控制参数的计算方法。(3)基于所建立的同调等值模型,揭示了变流器间暂态交互机理,分析了关键参数对系统暂态同步稳定性的影响。首先,建立了多变流器系统的暂态模型,确定了变流器间交互耦合项,发现变流器间交互作用由互阻抗压降项决定,且主要受注入电流相角的影响。基于此,进一步定量分析了注入电流相角和锁相环带宽差异对系统暂态同步稳定性的影响。研究表明,通过合理配置变流器间有功无功电流分量或减小大容量变流器锁相环带宽可显著提升系统暂态同步稳定性。

关键词：可再生能源发电锁相环型变流器暂态建模暂态同步稳定性同调等值

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基于深度学习的变换器宽范围暂态等效建模

电气传动 2022年第9期52卷 26-31页

作者：胡博杨超田小蕾李云路杨俊友崔嘉国网辽宁省电力有限公司辽宁沈阳110004 沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

当电力变换器的内部参数及拓扑未知时,现有的基于频率扫描阻抗建模方法仅能保证所建立的暂态模型在单一工作点有效。为了使所建立的暂态模型在宽范围内有效,提出了一种基于深度学习方法的变换器暂态等效建模方法。首先,对变换器黑盒建... 详细信息

当电力变换器的内部参数及拓扑未知时,现有的基于频率扫描阻抗建模方法仅能保证所建立的暂态模型在单一工作点有效。为了使所建立的暂态模型在宽范围内有效,提出了一种基于深度学习方法的变换器暂态等效建模方法。首先,对变换器黑盒建模问题与深度循环神经网络的等效性进行研究。然后,提出基于门控单元循环神经网络的变换器黑盒宽范围等效建模方法。最后,在变换器接入点大扰动下、多工作点下进行仿真实验,验证了所提出的方法在宽范围内的暂态过程均具有等效性。

关键词：电力变换器暂态建模深度学习神经网络等效建模

面向故障暂态建模的光伏并网逆变器控制器参数辨识

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电力系统保护与控制 2017年第11期45卷 65-72页

作者：孔祥平袁宇波阮思烨徐凯弓新月国网江苏省电力公司电力科学研究院江苏南京211103 国家电力调度控制中心北京100031

为了构建电网故障情况下高可信度的光伏电源暂态等效模型,为含光伏电源的电网故障特性分析和继电保护研究奠定基础,提出了一种面向故障暂态建模的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法。该参数辨识方法以差分进化算法为基础,不仅可以辨识... 详细信息

为了构建电网故障情况下高可信度的光伏电源暂态等效模型,为含光伏电源的电网故障特性分析和继电保护研究奠定基础,提出了一种面向故障暂态建模的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法。该参数辨识方法以差分进化算法为基础,不仅可以辨识出PI调节器参数,也能准确辨识出限幅环节参数,以弥补现有控制器参数辨识方法的不足,从而确保光伏电源故障暂态建模的准确性。建立了PI调节器参数和限幅环节参数的分阶段辨识流程,并采用理论计算方法确定了初始种群中各解向量的初始值,以加快待辨识参数收敛到真实值的速度,提高控制器参数的辨识效率。

关键词：光伏电源暂态建模参数辨识 PI调节器限幅环节差分进化算法

含多种分布式电源和储能的低压微网系统的暂态建模与仿真

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含多种分布式电源和储能的低压微网系统的暂态建模与仿真

作者：丁菲天津大学

学位级别：硕士

目前,常见的分布式发电技术主要包括风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池发电和微型燃气轮机发电等。随着分布式发电技术研究的深入,各种分布式电源除了作为集中式电网的补充接入大电网供电之外,还可以形成一个微电网作为独立的供电单... 详细信息

目前,常见的分布式发电技术主要包括风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池发电和微型燃气轮机发电等。随着分布式发电技术研究的深入,各种分布式电源除了作为集中式电网的补充接入大电网供电之外,还可以形成一个微电网作为独立的供电单元存在。微电网将分布式电源、储能、负荷和各种控制器有机结合,既可以高效地利用各种电源发电,又具有较高的灵活性,是未来电力系统发展的战略目标之一。暂态建模和仿真是研究微网系统动态特性的重要手段之一。微网系统的暂态建模要求对微网中各个分布式电源、储能和控制器详细建模,并能够精确地模拟电力电子开关器件的动作。微网系统的暂态仿真主要用于研究微网系统中的各种动态过程,如故障分析、电能质量分析、不同运行方式下的控制等,它是用于捕捉系统中的快动态过程,需要采用详细的元件模型和小仿真步长以得到精确的仿真结果。由于微网中的分布式电源类型多样,既包括如光伏、燃料电池等静止型电源,又包括如微型燃气轮机等旋转型电源,并且系统中涉及大量电力电子器件和多重能量转换,因此,微网系统的暂态建模和仿真是一项十分精细而复杂的工作。针对以上问题,本文首先基于各种分布式电源的详细数学模型,利用MA- TLAB/Simulink和EMTDC/PSCAD两种仿真软件对光伏并网发电系统、蓄电池储能、燃料电池并网发电系统和微型燃气轮机并网发电系统建立暂态模型,并对每种分布式发电系统进行不同场景下的仿真测试;然后,将各种分布式发电子系统接入欧盟低压配网形成一个完整的含多种分布式电源和储能的低压微网系统;最后,对该微网系统进行稳态运行仿真和短路故障仿真,测试整个系统的动、静特性。通过不同的仿真测试,本文验证了各种分布式电源和微网系统建模的可行性以及控制方法的有效性。

关键词：光伏电池燃料电池微型燃气轮机蓄电池储能暂态建模暂态仿真

感应式起动发电机暂态建模仿真研究与实验验证

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黑龙江科技信息 2016年第4期 19-21页

作者：齐超大唐黑龙江发电有限公司哈尔滨第一热电厂黑龙江哈尔滨150030

感应式起动发电机能够有效克服阻力矩带来的原动机起动困难的问题,具备并网方便、运行可靠等特点,具有广阔的发展前景。本文在坐标系下,建立了自激感应发电机模型,并分别对其空载与投切负载的暂态建压过程进行仿真,通过实验验证模型的... 详细信息

感应式起动发电机能够有效克服阻力矩带来的原动机起动困难的问题,具备并网方便、运行可靠等特点,具有广阔的发展前景。本文在坐标系下,建立了自激感应发电机模型,并分别对其空载与投切负载的暂态建压过程进行仿真,通过实验验证模型的正确性。在此基础上,对感应式起动发电机起动过程进行仿真,并用实验验证该起动过程,从而有效指导感应式起动发电机的设计与运行。

关键词：感应式起动发电机暂态建模仿真研究实验验证

三种风电机组拓扑下风光储混合系统的雷电过电压仿真分析

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高电压技术 2022年第11期48卷 4506-4515页

作者：沈思远刘亚坤张毅龙上海交通大学电气工程系电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200240

风光储混合系统与单一风电场或光伏系统的雷电暂态响应存在较大差别,混合系统中风电机组通常有链形、环形和星形3种拓扑,不同拓扑会改变系统的端口阻抗网络特征,进而影响混合系统的过电压分布。为此,采用PSCAD/EMTDC搭建了3种风机拓扑... 详细信息

风光储混合系统与单一风电场或光伏系统的雷电暂态响应存在较大差别,混合系统中风电机组通常有链形、环形和星形3种拓扑,不同拓扑会改变系统的端口阻抗网络特征,进而影响混合系统的过电压分布。为此,采用PSCAD/EMTDC搭建了3种风机拓扑下风光储混合系统的暂态模型,计算3种拓扑下风机遭受雷击后混合系统的过电压分布,分析风机拓扑对过电压的影响。结果表明,链形及环形拓扑下,接闪风机的位置会显著影响混合系统的过电压水平,最靠近母线风机遭雷击时光伏及储能系统的过电压峰值是其余风机接闪时的3倍;链形、环形和星形3种拓扑对混合系统过电压的抑制效果依次增强,结果可为风光储混合系统的雷电防护提供参考。

关键词：雷电过电压风光储混合系统风机拓扑暂态建模 PSCAD

全控型器件电流源换流器直流输电线路保护方案研究

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全控型器件电流源换流器直流输电线路保护方案研究

作者：王傲群华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

目前海上风电送出工程通常使用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)直流输电完成电能汇集,但MMC海上换流平台体积大、成本高,制约了海上风电的发展。全控型器件电流源换流器(Current Source Converter,CSC)直流侧无... 详细信息

目前海上风电送出工程通常使用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)直流输电完成电能汇集,但MMC海上换流平台体积大、成本高,制约了海上风电的发展。全控型器件电流源换流器(Current Source Converter,CSC)直流侧无储能电容,具有功率密度高、可实现直流故障穿越等优点,特别是采用基频调制的 CSC(Fundamental Frequency Modulation-Based CSC,FFM-CSC),降低了器件的开关频率,尤其适用于海上风电送出。然而,目前对于FFM-CSC特有的故障电流机理还未理清,更缺乏针对FFM-CSC的直流输电线路保护方案。论文就此方面开展了研究:首先,研究了 FFM-CSC的运行原理与控制方法。论文建立了 FFM-CSC稳态数学模型,分析了基频调制控制方法特点。在PSCAD/EMTDC中建立了±500kV/3kA双极FFM-CSC直流输电系统仿真模型,其中直流线路采用分布参数模型,提高了模型精确性,通过仿真验证了 FFM-CSC拓扑和控制方法的正确性。其次,对FFM-CSC关键设备进行了暂态建模,并推导了直流故障电流的数学解析式。FFM-CSC换流阀采用全控型器件,换相过程时间极短,且换流阀出口处并有滤波电容,交流电源可以通过并联电容向直流侧馈入短路电流,导致其暂态模型与电网换相换流器(Line Commutated Converter,LCC)具有明显差异。在对系统进行暂态建模的基础上,对故障首行波进行了数学解析。之后结合工程参数求解了直流故障电流时域表达式,并与PSCAD/EMTDC仿真结果进行了对比。最后,针对FFM-CSC直流故障特点,提出了基于改进递归小波的直流线路保护方案。FFM-CSC发生直流故障时故障特征不明显,且全控型器件过流能力差,因此保护既要求较高的灵敏度,又要求一定的速动性。改进递归小波变换(Improved Recursive Wavelet Transform,IRWT)能全面展现故障行波的时频域信息,只采用历史数据,无需故障时刻后的信息,可以牺牲一部分的灵敏性换取更高的速动性,因此非常适用于识别FFM-CSC直流故障。论文利用改进递归小波变换后的相角和幅值信息构造了保护判据,并从速动性、灵敏性和可靠性三方面对保护算法进行了综合评价。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该保护能够有效识别区内外故障,可实现全线故障快速检测,并且具备较好的抗干扰和抗过渡电阻能力。

关键词：电流源换流器基频调制暂态建模直流线路保护改进递归小波

双馈式风力发电系统的机电暂态建模与运行分析

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2016年第9期 144-144页

作者：王轶宁夏盐池哈纳斯能源有限公司宁夏银川750001

本文建立了双馈式风力发电系统的暂态模型,旨在准确分析双馈式风力系统在电网中的运行特性。文中分别建立了风力数学模型、机械传动装置数学模型、以及双馈感应发电机工作原理及其数学模型,结果表明所建模型反映了系统的机电暂态特性和... 详细信息

本文建立了双馈式风力发电系统的暂态模型,旨在准确分析双馈式风力系统在电网中的运行特性。文中分别建立了风力数学模型、机械传动装置数学模型、以及双馈感应发电机工作原理及其数学模型,结果表明所建模型反映了系统的机电暂态特性和运行特性。

关键词：风力发电双馈发电机暂态建模