面对能源危机和环境问题的挑战,现代电力系统迫切需要进行创新与变革,包括加快开发利用可再生能源发电,建设灵活高效的输电网络以及发展智能化配电系统等。电力电子技术作为以上变革中的关键支撑技术,近年来迅速成为研究热点并得到国内外研究人员的广泛关注,不同学术观点纷纷涌现。
随着电力系统对一次设备可控性和灵活性要求的提高以及电力电子技术的快速发展,电力电子设备在电力系统中的诸多领域应用不断加强。文中将电力系统中基于电力电子技术的一次设备归纳统称为“柔性一次设备”,并以此角度评述了柔性交流输电、柔性直流输电、可再生能源发电、电力储能以及主动配电系统与微电网等领域中的柔性一次设备的国内外最新研...
三角形静止同步补偿器（STATCOM）子模块冗余容错技术主要对直流电压环、调制算法进行改进,但缺乏对暂态调制比、传递函数的研究。提出新型动态虚拟阻抗技术改善其暂态响应。首先,指出直流电压抬升分为调制比的暂态调节、稳态运行两个阶段,分析了传递函数的变化。其次,通过实时跟踪直流电压的突变获得动态调制比,设计出前馈型虚拟阻抗改进电流环...
由分布式潮流控制器的特性出发,建立了反映内部3次谐波能量动态交换的基于电流注入法和功率解耦控制法的分布式潮流控制器等效数学模型,设计了以3次谐波能量平衡为基础的串并联控制器。基于电力系统全数字仿真装置（ADPSS）的电磁暂态仿真功能和用户自定义模型功能,分别建立了分布式潮流控制器的仿真平台;基于该电磁暂态实验平台,通过分布式潮流...
为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压...
采用架空线传输方式的远距离柔性直流输电线路,极易发生输电线路单极接地故障,必须采用多种方式保护设备应对暂态过电压。文中研究了采用半桥子模块的柔性直流输电系统在直流侧接地故障下的暂态过电压特性,并分析了系统结构、设备参数和故障特征等对过电压的影响,同时分析了换流器闭锁、避雷器和直流断路器对抑制直流侧故障过电压的效果。研究表...
两电平电压源型换流器在35kV及以下电压等级输电场合具有较高的成本效率比,因此被广泛应用于风电并网等低压领域。但是,其不具备直流故障清除能力的特点,给电网设备安全造成了较大的影响。基于以上背景,文中提出了适用于两电平电压源型换流器的直流故障清除辅助拓扑。该辅助拓扑使用超导故障电流限制器,大幅降低了故障电流;基于电流谐振的思路,...
结合实际工程需要,针对柔性直流输电系统运行在孤岛状态下发生交流侧故障后容易引起过流跳闸的问题,提出一种柔性直流输电系统在孤岛运行方式下的故障电流抑制和启动控制方法。该方法满足柔性直流孤岛运行方式下各类故障的电流抑制要求,并且可以做到在柔性直流设备自身能力范围内,向交流系统提供预先设定的故障电流,同时可以实现正常升压启动。...
针对与有源系统相联的混合直流输电系统,以全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器（MMC）为例,详细分析了其预充电启动过程,给出了每个阶段直流电压的一般数学表达式,从数学上证明了其与半桥子模块或全桥子模块构成的MMC的内在联系。分析了基于全桥子模块和半桥子模块混合的MMC在不同混合比例下其预充电过程中可能存在的过压或欠压问...
介绍了半桥和全桥子模块混合型模块化多电平换流器在不控充电阶段的充电模态和充电电压,分析了该换流器在不控充电阶段半桥子模块存在自取能不成功的问题。为此,提出了三段式充电策略,将充电过程分为不控充电、半控充电模式1和半控充电模式2这三个阶段,半控充电模式1阶段所有全桥子模块旁路,半控充电模式2阶段所有全桥子模块半闭锁。分析了半控...
混合型模块化多电平换流器（MMC）在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电...
随着柔性直流输电技术的发展,换流阀轻型化的需求日益迫切,对子模块电容电压纹波幅值的要求决定了电容值的降低比较困难,是影响换流阀轻型化的关键因素之一。根据基频、二倍频分量在子模块电容电压波动中占主导的特点,提出一种通过控制桥臂电抗值的方式降低子模块电容电压波动的策略。设计了桥臂电抗投切电路和投切控制策略,并从数学原理上对比...
为了实现对电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）换流阀稳态应力和直流双极短路暂态应力的综合考核,提出了一种高结温无延迟的VSC-HVDC阀合成试验方法及其电路拓扑。无延迟的特点保证了注入带直流偏置的短路大电流时换流阀开关器件处于最高稳态结温状态,同时该方法有效地降低了换流阀的试验成本及电源需求。首先,分析了VSC-HVDC换流阀稳态运...
直流断路器作为柔性直流电网故障元件的快速隔离装置,是构建直流电网的关键设备,能够大力支撑大规模新能源的高效并网和消纳。文中提出一种整流型混合式高压直流断路器电路拓扑,采用桥式换向阀组和单向开断阀组构成分断支路,与常规拓扑相比,使用一半数量的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）即可实现电流双向开断,经济性好和可靠性高。文中详细介绍了整...
直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离...
针对高压直流电网中现有DC/DC变换器拓扑在成本、效率方面的不足,提出了一种基于模块串联技术以及晶闸管、二极管串联技术的混合式DC/DC变换器拓扑,以实现高压直流电网中不同电压等级的互联。对该拓扑结构的工作原理、控制策略、元器件参数设计、经济性等方面进行了全面的分析论证。最后,在MATLAB中进行了仿真,验证了所提DC/DC变换器的可行性。
双馈感应风力发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,常规研究对电磁暂态特性的分析往往忽略掉故障切除这一特殊时刻,使得HVRT期间转子电流的最大值计算不准确,造成限流电阻整定偏小,无法完成电压恢复后的HVRT。在对DFIG电磁暂态全过程分析的基础上,根据叠加原理推导出电压对称骤升故障发生到切除及其后的转子电流表达式,同时考虑了换流器输出...
结合当前五电平高压并网逆变器拓扑研究现状,提出了一种具有飞跨电容辅助桥臂的五电平中点钳位（5L-NPC）逆变器拓扑,并利用飞跨电容技术实现了中点自平衡,可作为10kV等级的风力发电、光伏等大功率并网逆变器或静止同步补偿器（STATCOM）。首先分析了造成常规5LNPC逆变器3个直流中点不平衡的原因,随后详细说明了飞跨电容技术实现中点自平衡的原...
由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环...
现有的电力电子变压器的能级变换级数较多,导致效率不高、体积庞大、成本高,制约了其在实际中的应用。首先,基于混频调制技术,提出了两种新型的基于级联H桥变流器结构的电力电子变压器拓扑,以减少变换级数并实现多端口输入/输出,有利于提升功率密度。然后,详细分析了该电力电子变压器的设计方法与控制策略,利用Simulink验证了所提电力电子变压器...
柔性开关设备（softopenpoint，SOP）是一种可在配电网若干关键节点上替代传统联络开关的新型柔性一次设备。随着柔性开关设备的引入，有助于提高配电网运行的安全性、灵活性与可靠性，推动未来配电网形态的改变。文中简要阐述了柔性开关设备的基本原理，对柔性开关设备与传统配电灵活交流输电（distribution flexible AC transmission system，...
分布式电源的大量接入和电动汽车的快速普及成为现今配电网面临的双重挑战，同时当前配电网普遍存在闭环设计、开环运行的现象，导致配电网内馈线功率失衡现象严重。为解决上述问题，文中研究了用于配电网馈线互联的柔性多状态开关控制技术。基于柔性多状态开关接入方式和拓扑分析，分析了柔性多状态开关与两侧馈线进行功率交换的原理。然后提出...
含可再生能源的分布式发电系统在配电网和微电网中的渗透率正日益提高，供电可靠性得到提高。但配电网和微电网中大量敏感负荷对电压质量的要求日渐严格，要求外部电网故障时微电网工作状态能“无缝切换”。针对现有微电网与外部电网连接的可控开关方案在无缝切换过程中存在的问题，文中提出了一种适于微电网可控开关无缝切换的无源网络优化设计...
低压直流配电网通过母线分段降低了每段母线所承担的功率容量，使大范围内的直流供电成为可能。考虑配电网负荷多元化及用电的随机性，直流母线电压会时有波动，因此需在敏感负荷区配置储能装置，以提高供电质量及供电可靠性。为此，文中首先选取并实现了三重化Dc／DC换流器拓扑以增大储能换流器（SC）容量，以及提高母线失电状态下储能装置的供...
含柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。文中提出了一种新型的交直流混合配电网的协调控制方法。首先，根据互联装置交流侧运行状态将系统分为了9种不同的运行模式，并依照不同运行模式的控制需求提出了互联装置、储能单元以及光伏发电单元的控制策略。针对下垂控制的直流电压偏差问题，采...
针对单／三相混合微电网系统孤岛运行时单相电源和负载引起的三相电压不平衡问题，提出了虚拟组合式三相变流器及其功率协调控制。详细阐述了基于虚拟三相瞬时功率的下垂控制和虚拟阻抗控制，实现同相并联单元的功率分配。针对组合式三相变流器相间同步控制难点，提出了新型120°鉴相器和基于锁相环原理的相间同步控制，提高三相电压平衡度。在此...
孤岛检测是分布式光伏并网发电系统稳定可靠运行的关键技术之一，而传统的主动式孤岛检测技术难以平衡检测准确性和电能质量之间的矛盾。因此，详细分析了负载特性对孤岛检测的影响，针对并／离网逆变器模型提出了一种带负载阻抗角反馈的主动频移孤岛检测技术，通过反馈实时负载阻抗角改变注入的电流频率扰动，提高了单台逆变器和多逆变器光伏并...
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