2017年 第34卷 第5期
2017, 34(5): 1-6.
摘要:
直流的分层接入方式将特高压直流输电线路接入不同电压等级电网,作为一种新的网络结构,其控制系统需要重新设计。本文结合传统的特高压直流输电控制系统详细分析了分层接入方式下特高压直流系统的控制系统,并介绍了工程中广泛使用的两种技术路线,据此设计了两种不同的特高压直流输电分层接入方式下的控制系统。基于PSCAD＼EMTDC的仿真平台,本文针对两种控制系统建立了详细的仿真模型,并分析了控制系统之间的差异。研究发现分层接入方式下逆变侧的控制系统较常规特高压直流输电控制系统有一定差异,本文设计的控制系统均可以满足分层接入的方式下,直流输电控制系统对于控制的要求。
直流的分层接入方式将特高压直流输电线路接入不同电压等级电网,作为一种新的网络结构,其控制系统需要重新设计。本文结合传统的特高压直流输电控制系统详细分析了分层接入方式下特高压直流系统的控制系统,并介绍了工程中广泛使用的两种技术路线,据此设计了两种不同的特高压直流输电分层接入方式下的控制系统。基于PSCAD＼EMTDC的仿真平台,本文针对两种控制系统建立了详细的仿真模型,并分析了控制系统之间的差异。研究发现分层接入方式下逆变侧的控制系统较常规特高压直流输电控制系统有一定差异,本文设计的控制系统均可以满足分层接入的方式下,直流输电控制系统对于控制的要求。
2017, 34(5): 7-13.
摘要:
提出了一种基于有效相对增益矩阵(ERGA)的多直流控制回路配对方法。由于ERGA兼顾了带宽和稳态增益,计及了系统的动态特性,它能有效降低直流之间的耦合作用,避免发生模式谐振而恶化控制效果,便于分散控制器的设计。同时,本文基于ERGA提出了多直流协调控制策略,首先采用总体最小二乘-旋转不变技术参数估计(TLS-ESPRIT)算法对不同可取信号辨识系统传递函数,分析系统振荡模态和振型,从而得到各反馈信号的稳态增益和带宽。其次通过ERGA量化地分析各直流采用不同信号配对方式时的交互影响程度,并选取耦合作用最小的信号组合作为反馈信号,最后设计了考虑时滞的阻尼控制器。PSCAD仿真结果证明了该控制策略的有效性。
提出了一种基于有效相对增益矩阵(ERGA)的多直流控制回路配对方法。由于ERGA兼顾了带宽和稳态增益,计及了系统的动态特性,它能有效降低直流之间的耦合作用,避免发生模式谐振而恶化控制效果,便于分散控制器的设计。同时,本文基于ERGA提出了多直流协调控制策略,首先采用总体最小二乘-旋转不变技术参数估计(TLS-ESPRIT)算法对不同可取信号辨识系统传递函数,分析系统振荡模态和振型,从而得到各反馈信号的稳态增益和带宽。其次通过ERGA量化地分析各直流采用不同信号配对方式时的交互影响程度,并选取耦合作用最小的信号组合作为反馈信号,最后设计了考虑时滞的阻尼控制器。PSCAD仿真结果证明了该控制策略的有效性。
2017, 34(5): 14-21.
摘要:
基于酒泉-湖南±800kV特高压直流控制系统出厂联调现场经验,阐明了GAMMA控制器、电压控制器与电流控制器的限幅配合方式及其得以实现的参数配置,探讨了电压控制器对电压偏高和电压偏低的灵敏度及GAMMA控制器附加电流项的作用机制,研究了极启动与阀组退出时逆变侧分接头档位逆向变化的成因,深入剖析了特高压直流所配各控制器在极启动与停运、阀组在线退出、交流系统电压波动、极间电磁干扰等特殊工况下的控制特性及其分析方法。论文分析方法与研究结果有助于剖析特高压直流系统在复杂工况下的控制特性,具有较强的实用性和普适性。
基于酒泉-湖南±800kV特高压直流控制系统出厂联调现场经验,阐明了GAMMA控制器、电压控制器与电流控制器的限幅配合方式及其得以实现的参数配置,探讨了电压控制器对电压偏高和电压偏低的灵敏度及GAMMA控制器附加电流项的作用机制,研究了极启动与阀组退出时逆变侧分接头档位逆向变化的成因,深入剖析了特高压直流所配各控制器在极启动与停运、阀组在线退出、交流系统电压波动、极间电磁干扰等特殊工况下的控制特性及其分析方法。论文分析方法与研究结果有助于剖析特高压直流系统在复杂工况下的控制特性,具有较强的实用性和普适性。
2017, 34(5): 22-29.
摘要:
精密空调应用广泛,但在精密空调应用场所,空调系统能耗占场所总能耗的很大比例。为优化精密空调运行及节约能耗,建立基于能耗模拟的精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用热平衡理论,结合场所室内设备的散热功率及室外温度变化,建立室内温度设定值与空调负荷的热平衡方程;进一步考虑室内外相对湿度的差异,建立空调加湿与除湿的能耗平衡模型;并以空调运行的经济性和稳定性为目标,建立精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用理想点法和遗传算法对模型求解,实现兼顾稳定及经济性的空调运行方式的优化控制,最后通过算例分析证明模型的正确性和有效性。
精密空调应用广泛,但在精密空调应用场所,空调系统能耗占场所总能耗的很大比例。为优化精密空调运行及节约能耗,建立基于能耗模拟的精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用热平衡理论,结合场所室内设备的散热功率及室外温度变化,建立室内温度设定值与空调负荷的热平衡方程;进一步考虑室内外相对湿度的差异,建立空调加湿与除湿的能耗平衡模型;并以空调运行的经济性和稳定性为目标,建立精密空调温湿度协同控制优化运行模型。采用理想点法和遗传算法对模型求解,实现兼顾稳定及经济性的空调运行方式的优化控制,最后通过算例分析证明模型的正确性和有效性。
2017, 34(5): 30-37.
摘要:
基于智能协商的负荷实时优化控制,本文综合考虑可控负荷的通用特性(可削减性、可中断性、可转移性)以及负荷的动态多优先级和用户对负荷受控的容忍度,设计了一种扩展OpenADR协议的家电负荷智能协商控制的启发式算法,并基于OMNeT++离散事件仿真工具,对该智能协商算法进行了实时互动通信协商仿真验证,实验结果表明,本算法在考虑用户对负荷受控的容忍度范围内,达到了优化负荷曲线、平抑负荷波动的效果,使得峰谷差削减率的平均值达到24.24%。
基于智能协商的负荷实时优化控制,本文综合考虑可控负荷的通用特性(可削减性、可中断性、可转移性)以及负荷的动态多优先级和用户对负荷受控的容忍度,设计了一种扩展OpenADR协议的家电负荷智能协商控制的启发式算法,并基于OMNeT++离散事件仿真工具,对该智能协商算法进行了实时互动通信协商仿真验证,实验结果表明,本算法在考虑用户对负荷受控的容忍度范围内,达到了优化负荷曲线、平抑负荷波动的效果,使得峰谷差削减率的平均值达到24.24%。
2017, 34(5): 38-43.
摘要:
提出了一种模块化多电平换流器(module multilevel converter, MMC)子模块电容电压预测均衡控制的混合控制方法。根据子模块工作状态和换流器桥臂电流大小,得到下一动作周期子模块电容电压的预测值;以预测的电容电压绝对误差限值作为电压偏差量判据,得到下一动作周期的子模块投切方案。该方法保证了子模块电容电压的均衡性,同时有效降低了功率器件的开关频率。在PSCAD/EMTDC上构建了11电平MMC系统,仿真结果验证了所提方法的有效性。
提出了一种模块化多电平换流器(module multilevel converter, MMC)子模块电容电压预测均衡控制的混合控制方法。根据子模块工作状态和换流器桥臂电流大小,得到下一动作周期子模块电容电压的预测值;以预测的电容电压绝对误差限值作为电压偏差量判据,得到下一动作周期的子模块投切方案。该方法保证了子模块电容电压的均衡性,同时有效降低了功率器件的开关频率。在PSCAD/EMTDC上构建了11电平MMC系统,仿真结果验证了所提方法的有效性。
2017, 34(5): 44-50.
摘要:
针对模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的多变量、强非线性特性,从能量耗散和结构简洁的角度出发,建立MMC动态数学模型,直接在a-b-c静止坐标系下推导双线性Lagrangian方程,分析系统严格无源特性。以均衡子模块电容电压为目标设计能量函数,结合PI控制简单架构,提出新型的无源性PI控制方法,使系统在满足全局渐进稳定的前提下,实现期望轨迹的快速跟踪。搭建MMC并网逆变仿真模型,仿真结果表明所提出的方法具有响应快速、稳定性高、鲁棒性强的特点。
针对模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的多变量、强非线性特性,从能量耗散和结构简洁的角度出发,建立MMC动态数学模型,直接在a-b-c静止坐标系下推导双线性Lagrangian方程,分析系统严格无源特性。以均衡子模块电容电压为目标设计能量函数,结合PI控制简单架构,提出新型的无源性PI控制方法,使系统在满足全局渐进稳定的前提下,实现期望轨迹的快速跟踪。搭建MMC并网逆变仿真模型,仿真结果表明所提出的方法具有响应快速、稳定性高、鲁棒性强的特点。
2017, 34(5): 51-56.
摘要:
配网故障情况下,多微网平滑切换至区域自治状态是多微网稳定运行的关键技术之一。提出一种基于集散式的非计划并网转离网切换策略:首先各子微网在多微网并离网开关切断的同时,采用分散自治控制策略以减轻主电源出力负担;接着,在考虑单三相多微网不平衡度约束的情况下,通过基于改进型快速粒子群算法对光伏及负荷出力及接入情况进行混合整数规划,以实现负荷和光伏的集中式恢复。仿真结果表明,所提的集散式控制策略可有效实现单三相多微网在配网故障情况下由并网状态切换至离网状态的无缝平滑过渡。
配网故障情况下,多微网平滑切换至区域自治状态是多微网稳定运行的关键技术之一。提出一种基于集散式的非计划并网转离网切换策略:首先各子微网在多微网并离网开关切断的同时,采用分散自治控制策略以减轻主电源出力负担;接着,在考虑单三相多微网不平衡度约束的情况下,通过基于改进型快速粒子群算法对光伏及负荷出力及接入情况进行混合整数规划,以实现负荷和光伏的集中式恢复。仿真结果表明,所提的集散式控制策略可有效实现单三相多微网在配网故障情况下由并网状态切换至离网状态的无缝平滑过渡。
2017, 34(5): 57-63.
摘要:
提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的分布式电源并网逆变器控制方法。利用同步发电机经典三阶模型和励磁调速模型建立了逆变电源的控制策略,使该逆变电源具备指令跟随和一次调频、调压的能力。整个控制策略参数与同步发电机实用参数相对应,有利于提高逆变电源与传统电网模型及分析和控制方法的兼容性。建立了全系统的小信号状态空间模型,利用特征值分析法研究了重要控制参数的变化对系统稳定性的影响。PSCAD/EMTDC的仿真结果及基于RTDS的实时数字物理闭环实验表明了所提方法的正确性。
提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的分布式电源并网逆变器控制方法。利用同步发电机经典三阶模型和励磁调速模型建立了逆变电源的控制策略,使该逆变电源具备指令跟随和一次调频、调压的能力。整个控制策略参数与同步发电机实用参数相对应,有利于提高逆变电源与传统电网模型及分析和控制方法的兼容性。建立了全系统的小信号状态空间模型,利用特征值分析法研究了重要控制参数的变化对系统稳定性的影响。PSCAD/EMTDC的仿真结果及基于RTDS的实时数字物理闭环实验表明了所提方法的正确性。
2017, 34(5): 64-73.
摘要:
光伏微网是一种重要的可再生能源接纳方式,然而由于光伏电源输出波动性强以及缺乏惯性等问题,给微网运行带来了巨大的压力。为提高微网的运行稳定性和供电可靠性,在光伏电源侧配置储能,与受VSG控制的逆变器组成光储发电系统。设计了一种基于VSG的光储系统能量管理控制策略,对系统进行协调控制。控制的核心在于将光伏出力和储能荷电状态信息引入到VSG控制中,通过改变斜率和平移曲线的方式调整VSG的下垂特性,使光储系统根据运行状况主动改变功频输出和光能摄入,从而将储能荷电状态控制在安全范围内。最终实现光储系统的无互联信号自治管理及对微网运行的主动支撑。通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型,对相关分析和所提方案进行了系统仿真和方法验证。
光伏微网是一种重要的可再生能源接纳方式,然而由于光伏电源输出波动性强以及缺乏惯性等问题,给微网运行带来了巨大的压力。为提高微网的运行稳定性和供电可靠性,在光伏电源侧配置储能,与受VSG控制的逆变器组成光储发电系统。设计了一种基于VSG的光储系统能量管理控制策略,对系统进行协调控制。控制的核心在于将光伏出力和储能荷电状态信息引入到VSG控制中,通过改变斜率和平移曲线的方式调整VSG的下垂特性,使光储系统根据运行状况主动改变功频输出和光能摄入,从而将储能荷电状态控制在安全范围内。最终实现光储系统的无互联信号自治管理及对微网运行的主动支撑。通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型,对相关分析和所提方案进行了系统仿真和方法验证。
2017, 34(5): 74-81.
摘要:
光伏电站通过柔性直流输电系统集电后可向受端电网供电,同时柔直系统的虚拟同步响应有利于增强受端电网的暂态稳定性。本文分析了VSC-HVDC的控制策略,并且针对受端电网发生频率扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的虚拟同步机协调控制策略。在受端电网扰动情况下,受端交流系统频率与送端交流系统电压幅值通过送端换流器的变压控制实现耦合。光伏逆变器的功率控制器将响应送端换流器的电压变化并调整输出的功率指令值,同时实现集电系统有功功率平衡控制和HVDC虚拟同步控制的直流电压无差调节。应用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建了系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。
光伏电站通过柔性直流输电系统集电后可向受端电网供电,同时柔直系统的虚拟同步响应有利于增强受端电网的暂态稳定性。本文分析了VSC-HVDC的控制策略,并且针对受端电网发生频率扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的虚拟同步机协调控制策略。在受端电网扰动情况下,受端交流系统频率与送端交流系统电压幅值通过送端换流器的变压控制实现耦合。光伏逆变器的功率控制器将响应送端换流器的电压变化并调整输出的功率指令值,同时实现集电系统有功功率平衡控制和HVDC虚拟同步控制的直流电压无差调节。应用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建了系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。
2017, 34(5): 82-88.
摘要:
电网出现不对称故障时三相光伏并网逆变器会产生较大的有功和无功功率波动、谐波电流以及峰值电流,本文针对不对称故障条件下光伏逆变器的功率控制进行研究,提出一种能够抑制功率波动、输出电流谐波以及峰值电流的改进控制策略,在已有参考电流算法基础上加入多个调节参数,分析了功率波动、输出电流谐波以及峰值电流同参数之间的关系,提出了调节参数的确定原则及限功率措施,通过在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了所提出控制策略的正确性。
电网出现不对称故障时三相光伏并网逆变器会产生较大的有功和无功功率波动、谐波电流以及峰值电流,本文针对不对称故障条件下光伏逆变器的功率控制进行研究,提出一种能够抑制功率波动、输出电流谐波以及峰值电流的改进控制策略,在已有参考电流算法基础上加入多个调节参数,分析了功率波动、输出电流谐波以及峰值电流同参数之间的关系,提出了调节参数的确定原则及限功率措施,通过在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了所提出控制策略的正确性。
2017, 34(5): 89-94.
摘要:
研究了一种Z源型三电平九开关变换器拓扑结构,并将其应用于光伏逆变系统,在改善单极型逆变器对光伏电池输出电压波动适应能力的同时,提高了输出电能质量。在对三电平九开关变换器和Z源升压网络建模分析的基础上,确定主电路拓扑结构。在传统SVPWM调制的基础上,比例压缩原SVPWM脉冲作用时间,将剩余时间用于产生直通脉冲,实现两种驱动信号的交叉调制。以功率控制和升压控制为目标,设计Z源三电平九开关光伏逆变器的控制策略。仿真分析表明:光照强度变化引起光伏电池输出电压波动时,Z源升压网络维持逆变器正常工作;三电平结构使得输出电流谐波总畸变率(THD)低。
研究了一种Z源型三电平九开关变换器拓扑结构,并将其应用于光伏逆变系统,在改善单极型逆变器对光伏电池输出电压波动适应能力的同时,提高了输出电能质量。在对三电平九开关变换器和Z源升压网络建模分析的基础上,确定主电路拓扑结构。在传统SVPWM调制的基础上,比例压缩原SVPWM脉冲作用时间,将剩余时间用于产生直通脉冲,实现两种驱动信号的交叉调制。以功率控制和升压控制为目标,设计Z源三电平九开关光伏逆变器的控制策略。仿真分析表明:光照强度变化引起光伏电池输出电压波动时,Z源升压网络维持逆变器正常工作;三电平结构使得输出电流谐波总畸变率(THD)低。
