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非理想条件下基于SAADR-PI的MMC型电力电子变压器CCS-MPC控制策略

南方电网技术 2024年第9期18卷 11-22页

作者：杨浩周建萍黄烈钢周靖涛上海市电站自动化技术重点实验室(上海电力大学自动化工程学院) 上海200090

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在非理想工况下易发生故障及扰动,严重影响系统电能质量。针对传统控制方法在非理想工况下存在的动稳态性能差等问题,在M... 详细信息

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在非理想工况下易发生故障及扰动,严重影响系统电能质量。针对传统控制方法在非理想工况下存在的动稳态性能差等问题,在MMC-PET整流级提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的连续控制集模型预测控制策略。首先,设计了自适应自抗扰比例积分控制器用于电压外环,解决了电压外环信号跟踪及扰动抑制能力差等问题。其次,电流内环使用连续控制集模型预测控制方法以提高系统的响应速度及稳态性能,引入改进型载波移相调制策略解决桥臂电流畸变问题。最后,在网侧负载突变、网压不平衡、输出级负载投入等非理想工况下对MMC-PET系统进行对比仿真和实验,验证了所提控制策略的优越性。

关键词：电力电子变压器模块化多电平换流器自适应自抗扰比例积分控制连续控制集模型预测控制双闭环控制

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新能源接入的多端柔性直流输电系统次同步振荡抑制方法研究

新能源接入的多端柔性直流输电系统次同步振荡抑制方法研究

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作者：苏苗红兰州交通大学

学位级别：硕士

随着大规模新能源在电力系统中的大量接入,电力系统的运行特性随之发生了相应的变化,因此,传统的输电方式不再满足大规模、远距离新能源的输送需求。而多端柔性直流输电(Voltage Source Converter Based Multi-terminal Direct Current,... 详细信息

随着大规模新能源在电力系统中的大量接入,电力系统的运行特性随之发生了相应的变化,因此,传统的输电方式不再满足大规模、远距离新能源的输送需求。而多端柔性直流输电(Voltage Source Converter Based Multi-terminal Direct Current,VSC-MTDC)系统凭借其独特的技术优势,已逐渐成为大规模新能源跨区输送的主要途径之一。然而,由于双馈风机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)和柔性直流输电系统之间的相互作用,使得系统中的次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)问题日益突出,导致系统存在发生次同步振荡的风险,对系统的安全稳定运行产生了一定的影响。基于此背景,进行双馈风电场经VSC-MTDC并网系统的次同步振荡特性分析和抑制方法的研究具有极其重要的意义。在上述背景下,进行双馈风电场经VSC-MTDC系统并网引起的次同步振荡特性分析及抑制方法研究。主要内容如下:(1)针对含双馈风电场接入的多端柔性直流输电系统,在了解风力发电技术及多端柔性直流输系统基本工作原理的基础上,建立了系统的小信号模型。其中,DFIG轴系采用双质块轴系模型,VSC-MTDC系统采用模块化建模的思想将系统划分为不同的子模块,首先建立各个子模块的动态模型,再通过联结矩阵将各个子模块的动态模型进行联结,形成VSC-MTDC系统的动态模型。(2)针对系统中存在的次同步振荡问题,基于建立的全系统小信号模型进行了次同步振荡特性分析。通过计算各个振荡模式的参与因子,得到各个振荡模式的强相关状态变量,同时,各个振荡模式所对应的主导控制器参数可以通过对控制器参数进行特征值灵敏度分析得到。接下来,分别讨论了风电并网距离、风速及控制器参数对次同步振荡的影响,并基于时域仿真验证了理论分析的正确性。(3)针对与风电场相连的柔直换流站控制器参数和双馈风机控制器参数对次同步振荡的影响,根据源-网独立控制的思想,分别提出了基于多通道变参数次同步振荡阻尼控制器(Subsynchronous Damping Control,SSDC)的柔直换流站侧次同步振荡抑制策略和基于自适应自抗扰比例积分(Self-adaptive Auto Disturbance Rejection PI,SAADR-PI)控制器的双馈风机转子侧次同步振荡抑制策略。其中,在SSDC的设计过程中,通过分析得到换流器输入功率与补偿环节时间常数之间的线性关系,根据与风电场相连的换流站输入功率的变化实现阻尼控制器参数的实时调节;在SAADR-PI控制器的设计中,通过构造非线性PI控制器,提高系统的控制性能。结果表明,当风速和并网风机数量发生变化时,在两种控制器分别作用的情况下,二者在一定程度上均可实现对次同步振荡的抑制。(4)针对风电系统快速变化的动态过程及自适应控制在该系统的应用中所存在的不足,基于源-网协调控制的思想,进行了分数阶滑模控制(Fractional-order Sliding Mode Control,FOSMC)策略的设计。首先,判断系统是否满足反馈线性化的条件,在此基础上,根据判断的结果对系统进行反馈线性化;然后,进行分数阶滑模控制器的设计。仿真结果表明,该控制策略不仅可以实现系统中次同步振荡的快速收敛,提高系统的稳定性,而且,当系统参数发生变化时,相较于SSDC控制和SAADR-PI控制,分数阶滑模控制几乎不受系统参数变化的影响,从而提高了系统的鲁棒性。

关键词：双馈风机多端柔性直流输电系统次同步振荡阻尼控制自适应自抗扰比例积分控制分数阶滑模控制

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