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提高直流微电网稳定性的有源阻尼方法

电工技术学报 2018年第2期33卷 370-379页

作者：季宇王东旭吴红斌吴鸣吕齐中国电力科学研究院合肥工业大学电气与自动化工程学院清华大学电机工程与应用电子技术系

为解决直流微电网中恒功率负载大量接入引发的系统不稳定问题,提出一种基于并网接口变流器直流电流前馈的有源阻尼控制方法。研究直流微电网的并网接口DC-AC变流器数学模型和适用于DC-AC变流器的有源阻尼方法的控制策略,建立直流微电网... 详细信息

为解决直流微电网中恒功率负载大量接入引发的系统不稳定问题,提出一种基于并网接口变流器直流电流前馈的有源阻尼控制方法。研究直流微电网的并网接口DC-AC变流器数学模型和适用于DC-AC变流器的有源阻尼方法的控制策略,建立直流微电网的小信号数学模型。基于系统主导极点分布和阻抗匹配原则,分析恒功率负载对系统稳定性的不利影响及有源阻尼方法对系统稳定性的改善作用,并给出有源阻尼参数的设计原则。仿真和实验结果表明,所提有源阻尼方法可以提高在恒功率负载高渗透率下的直流微电网系统稳定性。

关键词：直流微电网稳定性恒功率负载有源阻尼方法参数设计

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一种用于并网电流控制器的有源高频阻尼方法

电气传动 2020年第4期50卷 68-73页

作者：张琦李锐任碧莹孙向东陈寿洛西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 西安理工大学陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室陕西西安710048

在数字控制器的应用中,并网逆变器的电感电流控制增益总是受到电感值、控制频率以及数字控制器实现时的控制延时限制。增加控制增益和提高系统稳定裕度之间存在固有矛盾。因此,针对大增益引起的谐波和稳定性问题,进行根本原因分析,提出... 详细信息

在数字控制器的应用中,并网逆变器的电感电流控制增益总是受到电感值、控制频率以及数字控制器实现时的控制延时限制。增加控制增益和提高系统稳定裕度之间存在固有矛盾。因此,针对大增益引起的谐波和稳定性问题,进行根本原因分析,提出了一种虚拟高频阻尼方法(VHD)来解决数字控制器对于电流控制增益的限制,并且也提出了一种改进的电流预测(CP)单元。Matlab仿真和实验结果验证了虚拟高频阻尼方法的有效性,并且电流环增益得到了放大。

关键词：数字控制器稳定性问题电流控制谐波有源阻尼方法

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柔性直流输电系统低频振荡机理及抑制策略

电网技术 2021年第8期45卷 3134-3144页

作者：张扬林卫星邓才波刘汉军刘普高添南昌工程学院机械与电气工程学院江西省南昌市330099 国网江西省电力有限公司电力科学研究院江西省南昌市330096 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 郑州轻工业大学电气与信息工程学院河南省郑州市450002 许继集团有限公司河南省许昌市474000

柔性直流输电技术已经发展为超高压直流输电的一种主要方式。然而多个工业现场出现低频振荡现象,从而影响了供电的可靠性。现有理论从感应发电机效应和次同步控制相互作用角度解释了暂态短路等异常工况下低频振荡的原因,却无法分析正常... 详细信息

柔性直流输电技术已经发展为超高压直流输电的一种主要方式。然而多个工业现场出现低频振荡现象,从而影响了供电的可靠性。现有理论从感应发电机效应和次同步控制相互作用角度解释了暂态短路等异常工况下低频振荡的原因,却无法分析正常功率调动时低频振荡的机理。基于此,该文从多个角度,系统地研究了柔性直流输电系统的低频振荡问题:1)通过数学模型定量地分析了其作用机理,MMC阻抗特性、开关频率、低频运行特征和环流的低通特性共同引起了低频振荡;2)采用环流抑制、开关频率优化和有源阻尼等多种控制手段,改进了现有的低频振荡抑制算法;3)搭建了双端±420kV柔性直流输电系统的基于实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)的硬件在环仿真,利用典型柔性直流输电工程的参数,对比所提算法和传统算法的实现结果,验证工业现场的适用性。该文所提低频振荡机理能够解释低频振荡发生的各种原因,所提控制策略可以抑制低频振荡发生,提高柔性直流输电系统的可靠性。

关键词：柔性直流输电系统低频振荡环流抑制开关频率优化有源阻尼方法

基于VSG的柔性直流输电接入串联补偿电网振荡抑制策略研究

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基于VSG的柔性直流输电接入串联补偿电网振荡抑制策略研究

作者：鲍一鸣上海电力大学

学位级别：硕士

能源与人们的生产生活息息相关,深刻影响着经济社会的发展。面对能源的日益紧张,大力发展可再生能源十分重要。太阳能、风能等新能源可以被持续利用且不会对环境造成污染。然而大量电力电子装置的应用使电力系统呈现低惯量、低阻尼的特... 详细信息

能源与人们的生产生活息息相关,深刻影响着经济社会的发展。面对能源的日益紧张,大力发展可再生能源十分重要。太阳能、风能等新能源可以被持续利用且不会对环境造成污染。然而大量电力电子装置的应用使电力系统呈现低惯量、低阻尼的特点,造成不稳定现象。虚拟同步机(VSG)技术通过模拟传统同步发电机的外特性,可以使电力电子装置表现出类似惯性和阻尼的特征,提高系统的稳定性。同时柔性直流输电系统有利于大规模新能源集中输电。将虚拟同步机技术应用到柔性直流输电系统中,柔直输电系统的抗扰动能力进一步提高。随着电力系统的不断发展,大量串联补偿电容接入线路中,降低电压损耗和功率损耗,提高传输效率。然而这也使得电网的阻抗特性较传统的感性电网发生变化。当采用串联电容补偿时,系统容易在运行中发生次同步振荡,危害系统的安全性。因此,研究虚拟同步机连接串联电容补偿电网场景下的系统建模方法和稳定性具有着十分重要的意义。并且需要在稳定性分析的基础上,提出抑制系统振荡的方法,提高系统保持稳定的能力,保证电力系统的安全运行。针对以上问题,本文围绕基于VSG的柔性直流输电系统和串联补偿电网之间的振荡问题,做了如下工作:1、设计了基于VSG控制的柔性直流输电系统结构,提高柔性直流输电系统的惯性和阻尼。围绕双端柔直系统电路结构,设计了单端和双端虚拟同步机控制。仿真结果表明基于VSG的柔性直流输电系统的稳定性得到了提高。2、通过VSG和串联电容补偿电网的序阻抗模型,研究了VSG与串联电容补偿电网连接的稳定性。首先为简化分析,将柔性直流输电系统的整流侧用直流电压源代替,将系统简化为电压型VSG。其次,采用谐波线性化的方法对电压型VSG和电流型VSG进行阻抗建模,并比较两者阻抗特性的不同之处。然后,采用伯德图判断系统是否稳定。为表明该方法的有效性,对电压型VSG分别连接感性弱电网和并联补偿电网时的稳定性进行分析。最后研究了系统运行方式变化时,电压型VSG与串联电容补偿电网之间发生次同步振荡的机理。3、在稳定性分析的基础上,研究了调制信号反馈有源阻尼方法对次同步振荡的抑制效果,分析了传统有源阻尼方法在抑制次同步振荡时的局限性。因为有源阻尼方法采用电压电流反馈等手段,产生虚拟电阻的效果,该方法提供的阻尼有限,当系统运行方式变化时可能无法完全抑制振荡。并且,传统有源阻尼方法投入后也易造成系统工作点偏移,产生功率损耗,过大的工作点偏移危害系统安全。4、针对电压型虚拟同步机与串联电容补偿电网的次同步振荡问题,从加入虚拟电阻和阻抗重塑两个角度,提出了两种抑制虚拟同步机与串联电容补偿电网次同步振荡的方法。其中,基于虚拟同步机阻尼系数的有源阻尼控制方法通过改变虚拟同步机的阻尼系数,同时采用有源阻尼方法产生虚拟电阻的效果,在抑制次同步振荡的同时减小工作点偏移。另一种基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法通过在虚拟阻尼系数反馈回路中引入阻抗重塑控制器,对虚拟同步机进行阻抗重塑,提高对不同运行方式系统的适应性,也使得系统工作点不发生偏移。仿真和实验验证所提两种方法的正确性,有效性。通过上述研究,明确了虚拟同步机应用在柔性直流输电系统的可行性。采用提出的方法,可以对系统的阻抗进行优化,实现有效抑制虚拟同步机连接串联电容补偿电网时的次同步振荡,减少了系统的工作点偏移,提高系统稳定运行的能力。

关键词：虚拟同步机串联电容补偿电网次同步振荡有源阻尼方法阻抗重塑

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直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究

中国电机工程学报 2016年第4期36卷 927-936页

作者：郭力冯怿彬李霞林王成山李运帷智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 阿尔伯塔大学电气与计算机工程系

该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的... 详细信息

该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的低阻尼LC环节会与电压源型变流器的输出阻抗相互影响,导致直流微电网发生高频振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响。文中利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,通过改变变流器的等效输出阻抗,使主导特征根向s域平面左侧移动。仿真与实验结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致;该有源阻尼方法能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。

关键词：直流微电网下垂控制稳定性分析高频谐振有源阻尼方法

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直流微电网稳定运行与自治控制策略研究

直流微电网稳定运行与自治控制策略研究

作者：冯怿彬天津大学

学位级别：硕士

随着用户对供电可靠性和电能质量的关注度不断提高,以及太阳能、风能等各种形式的可再生能源大量利用,微电网作为分布式电源接入电网的有效途径得到了国内外学者的广泛关注。微电网中的各类分布式电源,如光伏电池、超级电容和风力发电机... 详细信息

随着用户对供电可靠性和电能质量的关注度不断提高,以及太阳能、风能等各种形式的可再生能源大量利用,微电网作为分布式电源接入电网的有效途径得到了国内外学者的广泛关注。微电网中的各类分布式电源,如光伏电池、超级电容和风力发电机等,大多都是输出直流电（或者存在直流的中间环节）;而且众多的家用电器和办公设备等本质上也都需要直流电源才能正常工作。因此,相较于交流系统,直流微电网能更高效地接纳分布式电源,减少电能转换的中间环节,提高能源利用效率。近年来,作为系统稳定运行的关键,直流微电网的稳定性问题和自治控制策略等方面的研究逐渐成为关注的热点,研究一种系统稳定性好、运行灵活高效的控制策略具有重要的现实意义。本文首先从国内外研究现状、拓扑结构和运行模式等角度,对直流微电网系统运行的相关理论进行介绍和总结,并且在此基础上完成对直流微电网中典型电力电子变流器（包括DC-DC变流器、DC-AC变流器）的建模工作,详细分析了各变流器的具体控制策略及运行原理。其次,根据下垂控制直流微电网系统的小信号模型,本文通过特征值分析,研究了负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,并且利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。接着,针对直流微电网内不同组成单元功率分配和自治运行的问题,提出了一种考虑电网分时电价的直流微电网分层协调控制策略。该策略将直流微电网的控制系统分为三个层次:变流器控制层、母线电压控制层和功率调度层,在保证系统分布式自治运行的同时,提高系统运行的经济性。最后,通过搭建天津大学直流微电网实验平台,验证了本文所提的有源阻尼方法和分层协调控制策略的有效性。

关键词：直流微电网直流母线电压稳定性分析有源阻尼方法分布式自治控制分时电价经济性