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级联型电力电子变压器直流电压波动机理与抑制策略研究

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级联型电力电子变压器直流电压波动机理与抑制策略研究

作者：袁靖兵湖南大学

学位级别：硕士

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是基于电力电子变流技术与高频变压器技术的新一代电力变压器,其在智能电网、能源互联网等应用领域具有明显优势,得到了国内外众多专家与学者的关注。区别于传统电力变压器,PET不仅具... 详细信息

电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是基于电力电子变流技术与高频变压器技术的新一代电力变压器,其在智能电网、能源互联网等应用领域具有明显优势,得到了国内外众多专家与学者的关注。区别于传统电力变压器,PET不仅具备变压、电气隔离、能量传递等功能,更兼备电能质量隔离、控制故障隔离、主动交直流能量管理和全景状态监测等优点。因此,PET在新能源入网、智能电网、能源互联网以及机车牵引系统等领域具有广阔的应用前景与价值。电力电子变压器作为电能变换的重要枢纽,可靠性、稳定性、效率、体积与成本等都是评价其重要指标。对于电力电子变压器自身而言,各功率模块参数差异和网侧纹波功率的存在将引起PET出现直流电压直流分量的不稳定和纹波电压分量电压过大等问题。这些问题将对PET的稳定性带来不良影响,降低网侧的电能质量,同时也会降低PET的运行效率,不利于整机体积的优化与成本的降低。因此,针对PET开展直流电压波动抑制具有重要意义。本文以PET的直流电压稳定均衡与纹波抑制为主要研究内容,通过对直流电压波动产生机理的深入分析,提出针对各问题的控制与运行策略。主要工作包括两个方面:(1)直流电压均衡方面:针对级联型PET各级模块参数不一致所导致的直流电压直流分量波动现象,深入分析了其直流电压波动的内在机理,指出采用差异化占空比控制可以避免直流电压出现波动,在简述与对比现有研究的基础上提出了一种基于低压直流母线功率前馈的均压均功率控制策略,仿真分析验证了所提控制策略的在抑制直流电压直流分量波动方面的正确性和有效性。(2)直流纹波电压抑制方面:针对电力电子变压器在功率传输过程中出现的直流纹波电压问题,深入分析了直流纹波电压在单相系统与三相系统中的生成机理,并针对不同系统结构特点提出了具有针对性的纹波抑制策略,仿真分析验证了所提控制策略的在抑制直流电压纹波纹波方面的正确性和有效性。本文最后,针对论文研究对象,借助RTAB系统构建半实物实验平台,绘制并调试了主控制器,对文中所提级联型PET控制策略进行数字化设计和控制效果的实验验证。实验结果表明,所提级联型PET直流电压波动抑制策略数字化实现的可行性以及其在抑制直流电压波动方面的有效性。

关键词：电力电子变压器直流电压波动波动机理分析直流电压波动抑制

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直流电压波动引起UPS逆变器模块爆裂分析

通信电源技术 2023年第19期40卷 52-54页

作者：巢泽江苏利港电力有限公司江苏江阴214444

研究一起大容量直流电机在启停过程中发生的不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)系统关断故障。在进行故障案例的信息分析、原因查找和反复试验过程中,故障再现并发展,因此又进行了事故处理、故障再分析、再定位的过程。该故... 详细信息

研究一起大容量直流电机在启停过程中发生的不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)系统关断故障。在进行故障案例的信息分析、原因查找和反复试验过程中,故障再现并发展,因此又进行了事故处理、故障再分析、再定位的过程。该故障中,大型直流负载存在隐形故障,导致对地电压瞬间变化,引发系统其他元件爆裂。通过对直流电压波动引起UPS逆变器模块爆裂的分析,为类似的事故处理提供参考。

关键词：不间断电源(UPS) 直流电压波动波形分析

直驱风机不对称故障穿越期间直流电压波动抑制研究

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直驱风机不对称故障穿越期间直流电压波动抑制研究

作者：刘洋山东大学

学位级别：硕士

直驱风电机组目前采取的低电压穿越控制策略主要应对电网发生对称故障的情况,但长期运行经验表明,电网故障中不对称故障占有较大比重,在不对称故障穿越过程中,变流器直流侧电压上升并伴有二倍频波动,严重影响机组变流器正常运行,增大直... 详细信息

直驱风电机组目前采取的低电压穿越控制策略主要应对电网发生对称故障的情况,但长期运行经验表明,电网故障中不对称故障占有较大比重,在不对称故障穿越过程中,变流器直流侧电压上升并伴有二倍频波动,严重影响机组变流器正常运行,增大直驱风电机组由故障导致大规模脱网的风险。本论文以此为背景,展开了直驱风电机组不对称故障穿越直流电压二倍频波动抑制研究。首先,引入正反向旋转坐标系,建立机侧整流器正反向序分量数学模型且分别给出等效电路,引入正负序同步旋转坐标系,建立网侧逆变器正负序分量数学模型且给出等效电路;在数学模型的基础上,阐述电网稳态运行时直驱风电机组机侧和网侧控制策略且给出控制框图;对并网电压不对称时机组输出功率进行理论推导,将其分解为六个功率分量,在此基础上从能量守恒角度,采用解析方法分析直流侧电容电压波动产生原因。其次,分析本文中基于构造旋转向量的瞬时对称分量法和基于陷波原理的瞬时对称分量法;给出同步发电机各电气量在正反向旋转坐标系中构成的向量图,在此基础上对同步发电机定子侧输出的二倍频功率分量进行理论推导,得出二倍频功率分量解析表达式,找出决定二倍频功率的变量;在机侧整流器控制策略中引入正反向序分量双电流环结构,使机侧电磁功率中含有网侧相同的二倍频功率,从而提出基于正反向旋转分量双电流环结构的直驱风电机组直流电压二倍频波动抑制策略,并给出控制框图和定子电流参考值设定步骤。再次,依次描绘比例积分控制器、比例谐振控制器以及准比例谐振控制器的波德图,在此基础上对其工作特性进行分析比较,阐述Quasi-PR控制器在控制策略中被使用的原因;基于直驱风电机组在两相旋转坐标系中的机侧等效电路,推导定子输出电磁功率和定子电流交轴分量之间的关系,描述机侧策略中交轴控制环路电流参考值设定步骤,令风电机组机侧有功功率追随馈入电网有功功率,网侧策略引入正负序双电流环结构来抑制并网电流负序分量,进而构成基于准比例谐振控制器的直驱风电机组直流电压二倍频波动抑制策略。最后,对电网故障期间,因采用本文策略引起的发电机转子转速上升进行数学推导,得出故障期间转子转速解析表达式;并根据仿真所得转子波形图,证明抑制发电机电磁功率引起的转子转速上升幅度较小,给风电机组运行带来的危害可忽略不计。本文理论分析了所提的两种控制方案,并以该方案为基础在Matlab/Simulink仿真环境中搭建相应直驱风电机组模型,在采用两种控制方案的情况下,分别对风电机组在电网不对称故障期间的暂态过程进行了模拟研究,并对仿真所得波形进行分析与探讨,由仿真数据可以判定本文提出的两种控制方案对直流侧电压波动可进行明显抑制。

关键词：直驱风电机组低电压穿越不对称故障直流电压波动准比例谐振

直流输电系统中高压直流电压波动的影响及处理

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通信电源技术 2014年第6期31卷 61-64页

作者：岳昊辛镇瀚南方电网超高压输电公司广州局广东广州510405

高压直流电压波动是困扰南方电网直流输电系统安全稳定运行的疑难问题之一。文中介绍了高压直流电压测量的原理,列举出直流电压波动对系统的影响,分析直流电压波动导致的后果及其在极控系统软件监视功能中的实现逻辑,并介绍一些直流电... 详细信息

高压直流电压波动是困扰南方电网直流输电系统安全稳定运行的疑难问题之一。文中介绍了高压直流电压测量的原理,列举出直流电压波动对系统的影响,分析直流电压波动导致的后果及其在极控系统软件监视功能中的实现逻辑,并介绍一些直流电压波动的常见处理方法。

关键词：直流电压波动极控系统逻辑处理方法

电网电压不平衡下光伏发电系统的改进功率控制

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中国电机工程学报 2013年第S1期33卷 30-37页

作者：王强钢周念成颜伟楼晓轩输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044

电网电压不平衡下光伏发电不脱网运行会出现输出功率波动、端电流峰值上升及谐波畸变。该文研究了电压不平衡下光伏发电的瞬时输出功率特性,推导出电流总谐波畸变率、相电流峰值、有功和无功功率波动以及直流电压波动与指令电流调节系... 详细信息

电网电压不平衡下光伏发电不脱网运行会出现输出功率波动、端电流峰值上升及谐波畸变。该文研究了电压不平衡下光伏发电的瞬时输出功率特性,推导出电流总谐波畸变率、相电流峰值、有功和无功功率波动以及直流电压波动与指令电流调节系数的解析表达式,进而分析光伏发电控制性能随调节系数的变化规律,确定调节系数的可行域。计及光伏发电系统的相电流限值及其直流侧电容电压波动约束,以有功和无功功率综合波动幅值最小为目标,建立指令电流调节系数的优化模型。基于无差拍控制实现提出的策略,利用PSCAD/EMTDC软件验证了该方法的可行性。

关键词：光伏逆变器不平衡电网电压功率控制峰值电流直流电压波动

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器直流侧电压灵活调节与波动抑制技术

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电工技术学报 2024年第20期39卷 6517-6525页

作者：孟维奇何晋伟韩俊飞蒋玮王成山天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器(UPQC)可以实现交流电压调节和并网点无功治理等功能,但传统控制方法直流侧母线电压高、二倍频波动大,既给设备带来巨大的电容成本,又影响设备的安全可靠运行。为了解决这些问题,该文详细分析了不... 详细信息

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器(UPQC)可以实现交流电压调节和并网点无功治理等功能,但传统控制方法直流侧母线电压高、二倍频波动大,既给设备带来巨大的电容成本,又影响设备的安全可靠运行。为了解决这些问题,该文详细分析了不同工况下直流侧电压的约束范围,推导了直流电压波动随并网点和负载功率因数、串联电压补偿相位、参考直流电压等复杂因素的关联性,并提出一种直流电压灵活降低与主动波动抑制控制方法。相比于传统控制,应用所提方法母线电压可降低至相电压峰值附近,二倍频电压波动可降低约80%。最后,实验验证了所提三桥臂UPQC直流电压控制技术的正确性。

关键词：单相三桥臂统一电能质量控制器直流电压波动直流电压控制主动波动抑制

直流侧电压波动对MMC的环流影响机理分析及抑制方法

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电力系统自动化 2021年第15期45卷 122-131页

作者：张夏辉韩民晓杨景刚孟祥坤邱子鉴华北电力大学电气与电子工程学院北京市102206 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省南京市210096

在基于模块化多电平换流器(MMC)的直流配电系统中,直流母线电压波动会在换流器内部激发环流。为了研究环流产生的机理,结合开关函数,对子模块电压波动和内部环流进行数学推导,得出环流幅值和频率的传导规律,并给出环流的解析表达式。为... 详细信息

在基于模块化多电平换流器(MMC)的直流配电系统中,直流母线电压波动会在换流器内部激发环流。为了研究环流产生的机理,结合开关函数,对子模块电压波动和内部环流进行数学推导,得出环流幅值和频率的传导规律,并给出环流的解析表达式。为消除此环流的影响,基于快速全局最小二乘子空间旋转不变(TLS-ESPRIT)和比例积分-矢量比例积分(PI-VPI)设计了一种自适应环流抑制控制器。通过改变MMC调制函数来调节桥臂电压,使其跟随直流母线电压波动,从而实现环流抑制。在MATLAB/Simulink平台上进行仿真,结果验证了直流电压波动对MMC的影响机理的正确性,且所提控制策略将环流幅值抑制到原幅值的3.2%~4.5%。

关键词：直流配电网直流电压波动环流谐波检测矢量比例积分快速全局最小二乘子空间旋转不变(TLS-ESPRIT) 模块化多电平换流器

不平衡电压下IGBT串联STATCOM稳定运行范围确定及应用

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电力系统保护与控制 2021年第13期49卷 158-166页

作者：龙云波张曦徐永海张持徐少博刘亚民华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司河北邯郸056000

利用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)串联技术,可使压接型IGBT串联静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)采用结构简单的三相两/三电平拓扑便可直挂于高压配电系统。但是配电系统中电压... 详细信息

利用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)串联技术,可使压接型IGBT串联静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)采用结构简单的三相两/三电平拓扑便可直挂于高压配电系统。但是配电系统中电压不平衡会使STATCOM直流侧电容电压产生二倍频波动,严重危及设备运行安全。利用能量守恒建立STATCOM直流电压二倍频波动的数学模型并进行简化,进而分析直流电压波动与电压不平衡度、直流电容容值以及直流电压幅值之间的关系,提出压接型IGBT串联STATCOM直流电压波动稳定运行范围确定方法,实现不平衡电压下对装置运行稳定性的直观判断。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：静止同步补偿器 IGBT串联电压不平衡直流电压波动运行范围

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

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高电压技术 2016年第7期42卷 2184-2192页

作者：宋平岗吴继珍邹欢华东交通大学电气与电子工程学院南昌330013

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MM... 详细信息

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。

关键词：模块化多电平换流器高压直流输电电网电压不平衡直流电压波动直接功率控制功率补偿