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高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估

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中国电机工程学报 2022年第8期42卷 2873-2888页

作者：于浩天吕敬厉璇蔡旭汤广福电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102200 全球能源互联网研究院有限公司北京市昌平区102200

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,... 详细信息

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,综合评估高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响。分别建立不同高频振荡抑制策略下模块化多电平换流器(modular multilevel convertor,MMC)的详细宽频阻抗模型,利用阻抗法分析高频振荡抑制策略对柔直系统次/超同步振荡风险的影响;构建输入–输出和扰动–输出传递函数,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统动态响应特性的影响;建立计及MMC电流内环和电容电压动态的柔直换流站故障暂态下交流电流峰值的理论分析模型,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统故障暂态特性的影响。最后,讨论高频振荡抑制策略参数交互对单一参数分析结论的影响。研究结论可为柔直工程高频振荡抑制策略的设计提供参考。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器高频振荡次/超同步振荡动态响应特性故障穿越特性

计及SVG的双馈风电场高频阻抗建模及振荡分析

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电网技术 2023年第7期47卷 2905-2915页

作者：熊小玲罗博晨刘京波张扬帆吴宇辉郭春义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 华北电力科学研究院有限责任公司(国网冀北电力有限公司电力科学研究院) 北京市海淀区100045

接入静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG),由于它们的交互作用,易产生高频振荡现象,极大地威胁到了双馈风电场的安全稳定运行。针对这一问题,分别建立了SVG、双馈风力发电机... 详细信息

接入静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG),由于它们的交互作用,易产生高频振荡现象,极大地威胁到了双馈风电场的安全稳定运行。针对这一问题,分别建立了SVG、双馈风力发电机组和电缆线路的高频阻抗模型,并通过MATLAB/Simulink仿真平台进行频率扫描,验证了阻抗模型的正确性。经分析发现双馈机组与电缆连接后高频阻抗呈现容性,SVG高频阻抗呈现负电阻电感特性,因此双馈风电场接入SVG后会引发高频谐振现象,导致高频振荡失稳。同时,基于高频阻抗模型研究了接入SVG后影响互联系统高频稳定性的关键因素,发现SVG和DFIG网侧换流器的延时环节、电流环的比例系数是引发风电场高频振荡的主要原因。针对振荡原因,进一步提出了一种基于同步旋转坐标系下电压前馈的SVG阻抗重塑策略,提高了风电场高频稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中建立了双馈风电场的电磁暂态仿真模型,结合实际案例参数,验证了理论分析的正确性和阻抗重塑方法的有效性。

关键词：静止无功发生器双馈风机小信号稳定性高频振荡阻抗重塑

一种动态性能友好型柔性直流输电系统高频自稳控制策略

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中国电机工程学报 2023年第9期43卷 3293-3307页

作者：于浩天吕敬蔡旭汤广福电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 国网智能电网研究院有限公司北京市昌平区102209

现有高频振荡有源抑制策略存在恶化柔直系统动态性能、对电网工况变化的适应性差等不足。该文提出一种动态性能友好型高频自稳控制策略,在基本不影响柔直系统动态性能的基础上,能够完全消除模块化多电平换流器(modular multilevel conve... 详细信息

现有高频振荡有源抑制策略存在恶化柔直系统动态性能、对电网工况变化的适应性差等不足。该文提出一种动态性能友好型高频自稳控制策略,在基本不影响柔直系统动态性能的基础上,能够完全消除模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流端口的高频负电阻特性,对不同电网工况具有强适应性。首先,在静止坐标系中建立包含正负序分离环节、正负序电流控制环节和锁相环等的MMC高频阻抗模型,通过对比传统高频简化阻抗模型,发现锁相环对MMC高频阻抗的附加电阻效应,并进一步分析锁相环控制参数和静态工作点变化对附加电阻效应的影响。其次,阐述所提高频自稳控制策略的基本原理,并给出其参数设计方法。此外,通过建立柔直系统的动态响应模型和暂态电流模型,分析所提策略在柔直系统动态性能方面的优势。最后,通过仿真验证了所提策略能够有效适应不同电网工况,且基本不影响柔直系统的动态性能。

关键词：柔性直流输电模块化多电平换流器高频振荡自稳控制动态性能

三相四桥臂逆变器高频振荡机理分析及基于电流反馈的阻抗重塑方法

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电网技术 2023年第1期47卷 83-90页

作者：廖玉茗年珩李萌孙丹胡彬刘一鸣浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

在分布式电网和配电网中,相较于三相三线制系统,由于三相四线制系统中存在额外的零序通路且零序分量也会引起高频振荡,导致现有的高频振荡抑制方法不再适用。分析了单电感滤波的三相四桥臂并网逆变器接入带并联补偿电容的电网时的高频... 详细信息

在分布式电网和配电网中,相较于三相三线制系统,由于三相四线制系统中存在额外的零序通路且零序分量也会引起高频振荡,导致现有的高频振荡抑制方法不再适用。分析了单电感滤波的三相四桥臂并网逆变器接入带并联补偿电容的电网时的高频振荡产生原因。为抑制正序、负序和零序分量引起的高频振荡,提出了一种基于电流反馈的阻抗重塑方法。该方法可以改变三相四桥臂逆变器的正序、负序和零序阻抗在高频段的幅值和相位,确保系统在高频段有足够的相位裕度。理论分析和硬件在环实验验证了所提出控制策略的正确性和有效性。

关键词：三相四桥臂并网逆变器高频振荡阻抗重塑

基于高频振荡的变流器杂散电感多参数提取方法

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高电压技术 2024年第2期50卷 775-783页

作者：肖云鹏向大为李豪郑燕赵宁同济大学电子与信息工程学院上海201804 上海电力大学电气工程学院上海200090

针对变流器不同位置杂散电感准确获取困难的问题,提出一种基于LC高频振荡原理的杂散电感多参数提取方法,充分利用变流器自身结构,通过3个现场实验主动构建不同的谐振电路,并根据它们的振荡频率计算变流器不同位置的杂散电感。首先阐述... 详细信息

针对变流器不同位置杂散电感准确获取困难的问题,提出一种基于LC高频振荡原理的杂散电感多参数提取方法,充分利用变流器自身结构,通过3个现场实验主动构建不同的谐振电路,并根据它们的振荡频率计算变流器不同位置的杂散电感。首先阐述了高频振荡法的基本原理,建立了不同谐振实验的等值电路模型。然后,以1700 V/450 A IGBT变流器系统为例,通过仿真与实验进行了可行性与有效性验证。最后,通过实验与传统双脉冲法进行了对比分析。研究表明:所提出的方法可有效提取变流器内不同位置的杂散电感参数,与双脉冲法提取开关杂散电感结果基本一致,精度可达纳亨级。

关键词：变流器杂散电感高频振荡 LC谐振电力电子开关暂态双脉冲法

V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理分析

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电力系统自动化 2023年第11期47卷 50-59页

作者：李冠群叶华宾子君山东大学电气工程学院山东省济南市250061 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省南京市211103

风电经柔性直流输电并网系统中,V/f控制的模块化多电平换流器(MMC)带换流变压器空载充电时可能发生高频振荡,换流变压器动态和MMC控制环节动态对系统高频振荡有较大影响。文中研究V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理,分... 详细信息

风电经柔性直流输电并网系统中,V/f控制的模块化多电平换流器(MMC)带换流变压器空载充电时可能发生高频振荡,换流变压器动态和MMC控制环节动态对系统高频振荡有较大影响。文中研究V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理,分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响。首先,建立考虑换流变压器杂散电容的送端MMC换流站谐波状态空间模型,通过分析换流变压器杂散电容变化时的特征值轨迹,并与时域仿真结果进行对比,说明高频小干扰稳定性分析中考虑杂散电容的必要性。然后,对MMC带换流变压器空载充电时的高频振荡模式进行参与因子分析,确定参与程度较高的状态变量和关键环节,建立适用于高频小干扰稳定性分析的降阶模型,并利用阻抗特性分析揭示系统发生高频振荡的机理。最后,通过计算系统特征值轨迹,分析交流电路参数和MMC控制参数对系统高频小干扰稳定性的影响,利用电磁暂态仿真验证了分析结果的正确性。

关键词：柔性直流输电高频振荡模块化多电平换流器稳定性分析谐波状态空间特征值分析阻抗分析

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共高频母线电能路由器局部模块闭锁研究

中国电机工程学报 2023年第20期43卷 8005-8014页

作者：袁立强戴宇轩牟迪郑名皓张凯华陈凯楠赵争鸣电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084

以模块化多有源桥电路为基础的新型共高频母线结构的电能路由器由于具有变换环节少、功率密度高等特点,在交直流混合系统应用中具有显著优势。实际应用中,局部模块因故障保护或冗余控制等原因需封锁器件脉冲停运,但在杂散参数引发的高... 详细信息

以模块化多有源桥电路为基础的新型共高频母线结构的电能路由器由于具有变换环节少、功率密度高等特点,在交直流混合系统应用中具有显著优势。实际应用中,局部模块因故障保护或冗余控制等原因需封锁器件脉冲停运,但在杂散参数引发的高频振荡影响下仍能传输功率,可能造成系统安全问题。为保证装置的稳定运行,文中建立高频母线结构下的闭锁模块高频振荡模型,可快速计算不同工况下的电路稳态波形,由此分析局部模块闭锁后的系统振荡特性和模块功率传输行为,并提出于模块交流侧安装隔离开关的措施,分析隔离开关杂散参数对振荡特性和闭锁模块传递功率行为的影响。最后,在实际功率单元模块进行实验,仿真和实验对比验证了所提模型的准确性和隔离开关措施的可行性。

关键词：高频母线结构局部模块闭锁功率传输高频振荡

双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价

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中国电机工程学报 2023年第19期43卷 7497-7508页

作者：甘繁欣郭春义程浩谭尚晨杜东冶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

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线... 详细信息

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线路的链路详细高频阻抗模型。然后,采用常规等值方法聚合风电场,获得等值高频阻抗模型。进而,在同一链路不同风电机组之间控制延时、电流内环控制参数、网侧滤波器等关键参数存在差异的场景下,采用振荡频率相对误差、高频段相位均方根误差两个指标综合评价等值与详细风电场高频阻抗模型的一致性,并研究考虑与忽略风电机组间集电线路对等值高频阻抗模型适用性的影响。结果表明,风电机组间集电线路对风电场等值高频阻抗模型的适用性有较大影响;然而,在考虑风电机组间集电线路的影响后,同一链路不同风电机组的关键参数存在差异时对风电场等值高频阻抗模型的适用性影响较小。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建双馈风电场的仿真模型,通过仿真验证理论分析的正确性。文章所得结论可以为研究规模化风电场高频振荡现象提供等值模型的适用性参考依据。

关键词：双馈风电场风电场等值模型高频振荡适用性评价

粗粒化强化有限-离散元多尺度耦合方法在颗粒-连续体表面动态作用问题上的应用

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Acta Mechanica Sinica 2023年第1期39卷 110-123页

作者：程宏旸 Stefan Luding Thomas Weinhart University of Twente Chair of Soil MicroMechanics Department of Civil Engineering Faculty of Engineering Technology MESA+ Enschede The Netherlands (GRID:grid.6214.1) (ISNI:0000 0004 0399 8953) University of Twente Multi-Scale Mechanics Group Department of Thermal and Fluid Engineering Faculty of Engineering Technology MESA+ Enschede The Netherlands (GRID:grid.6214.1) (ISNI:0000 0004 0399 8953)

颗粒材料和可变形结构之间的相互作用与采矿、施工、粉末加工等许多工业过程相关.离散(DEM)和有限元法(FEM)之间的表面耦合通常用来模拟颗粒材料与连续体介质间的相互作用.本文使用最新提出“广义表面耦合”方法,通过粗粒化(CG)强化连... 详细信息

颗粒材料和可变形结构之间的相互作用与采矿、施工、粉末加工等许多工业过程相关.离散(DEM)和有限元法(FEM)之间的表面耦合通常用来模拟颗粒材料与连续体介质间的相互作用.本文使用最新提出“广义表面耦合”方法,通过粗粒化(CG)强化连续物理场从离散颗粒尺度数据中的提取,在离散-连续体接触面实现微观-宏观过渡.本文着重研究了颗粒-连续耦合系统中动量和能量的时间演化及其在CG宽度(即平滑内核有效范围)上的依赖性.通过三个数值算例,包括(1)密实颗粒流撞击柔性障碍物,(2)粘弹性立方体坠落并静止于颗粒床,(3)悬臂梁表面受重力作用滑动继而使梁弯曲的颗粒流,证明了CG强化的FEM-DEM表面耦合可以使数值结果更加准确,并减少耦合系统中的多余能量.通过比较三个计算实例,本文发现随着颗粒-连续体相互作用从静态到动态过度,CG强化面耦合方法的优势更加明显.随着CG宽度增加,耦合系统中过剩能量的衰减越强,高频振荡的振幅也越小,从而促进耦合系统中的应力松弛过程.但是最佳CG宽度的选择仍然取决于具体的耦合问题.

关键词：颗粒材料粗粒化多尺度耦合高频振荡可变形结构耦合系统连续体颗粒流