连接无源网络的LCC-FHMMC混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

LCC-FHMMC型混合直流输电系统可以完全解决逆变侧换相失败问题,在向无源网络供电领域具有广阔的应用前景。建立了双端混合直流输电系统的数学模型,在分析送端交流故障机理和无源网络工作特性的基础上提出一种基于桥臂电压控制的故障穿越控制策略。通过让负荷主动参与调节换流站不平衡功率,快速恢复直流功率传输的同时有效避免切负荷,同时实现受端换流站和负荷的故障穿越。依靠全桥子模块拓扑能够输出负电平的特点扩大逆变侧直流电压的调节范围,避免子模块电容过度放电导致的换流站闭锁,有效减小了故障清除后直流冲击电流。设计了不同严重程度交流故障下相关参数的选取原则,后基于电磁暂态仿真软件搭建双端混合直流输电系统的仿真模型验证了所提控制策略的有效性。

基于混合型MMC的柔性直流电网故障电流阻断控制策略

柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、输送和并网的有效手段。针对基于混合型MMC的直流故障电流阻断方案会引起功率传输中断的问题,本文提出了一种混合型MMC负压控制与超高速机械开关协调配合的故障电流阻断方法,该方法能够快速阻断故障电流并维持非故障线路的功率传输。通过分析故障电流组成及关键影响因素,确定了换流站的控制目标,基于全桥子模块的电压调节自由度,提出了利用混合型MMC输出负压主动吸收故障电流的控制策略,并设计了其与超高速机械开关的协调配合方案,实现故障的可靠隔离。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,仿真结果表明,本文提出的方法可快速阻断直流故障电流,缩短直流电网功率恢复时间,提高系统安全稳定性。

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。

混合式高压直流断路器开断过程整机应力特性研究

混合式高压直流断路器开断短路电流过程复杂,导致开断过程中设备所承受的应力同样较为复杂。为明确其在开断过程中所承受的分断应力,有效指导混合式直流断路器的设计和试验,有必要对断路器整机应力特性进行研究。依据断路器动作时序将其开断过程细分为3个阶段,提出计及交流侧影响的整机分断应力计算方法。通过PSCAD仿真系统构建了混合式高压直流断路器及柔直电网模型,对电流应力、电压应力和耗散能量等进行了仿真分析,结果表明,所提计算方法可较为准确的获得各支路分断应力。研究结果可为混合式直流断路器及直流电网参数设计提供参考。

一种具有自适应能力的改进FLC调频控制策略

电网异步互联后送端系统频率稳定性差,直流频率限制控制器(Frequency Limit Controller, FLC)能够根据频率偏差迅速调节直流功率,稳定送端系统频率。文中基于传统FLC提出了一种改进的自适应直流频率限制器(Adaptive Frequency Limit Controller, AFLC)和利用AFLC参与电网二次调频的协同控制策略。通过对传统FLC作用机理分析和功率转带场景分类,并计及FLC不同控制策略对系统功率转带和频率调控的影响规律,设计了一种自适应直流频率限制器AFLC,在提高系统调频精度的同时可以迅速调控系统发生严重故障时出现的频率偏差。同时依据有功功率分配原则和二次调频的原理,让AFLC参与二次调频并承担部分有功功率。在Matlab/Simulink软件中搭建了云南电网楚穗双回直流输电系统仿真模型对所提策略进行仿真分析,仿真结果表明,所提AFLC控制策略更有效地实现了系统受小扰动后的频率调控和严重故障后功率的转带、AFLC与二次调频配合的策略提高了系统二次调频的恢复速度。

考虑反向关断特性的晶闸管数字建模方法

常用电磁暂态仿真软件提供的晶闸管模型忽略了晶闸管的反向关断特性,导致晶闸管换流器的换相失败仿真不精准。为提高对晶闸管阀的仿真准确性,建立了考虑过零点电流变化率、正向电流峰值和结温作用下晶闸管关断特征参数反向恢复电流峰值、反向恢复电荷和关断时间的影响关系;提出了相关影响因素在器件建模中的表征方法,建立包括晶闸管反向阻断恢复过程和正向阻断恢复过程在内的晶闸管自定义数字仿真模型,并构建了考虑器件关断特性的换流器精细化电磁暂态模型。晶闸管模型仿真结果同实际测试值对比,反向恢复电流峰值的仿真误差不超过5%,关断时间的仿真误差小于4%,提出的数字仿真模型能较精确反映晶闸管的关断过程;换流器仿真模型能更准确地反映高压直流系统换相失败特征。

考虑电动汽车集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度

针对交直流混合配电网存在强随机性分布式电源接入、电力电子变流器的过载能力受限的特点,提出了考虑电动汽车(EV)集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度方法。基于负荷在紧急状态下的响应特性差异建立紧急响应负荷模型,基于紧急优化调度的实际需要和EV集群中各单元的荷电状态、并离网状态差异性特点建立EV聚合商紧急调控模型;综合考虑调度单元的经济性与系统可靠性,建立紧急优化调度模型;基于改进的IEEE 33节点交直流混合配电网构建2种故障场景,基于最差净负荷功率曲线进行优化求解,并将EV集群与容量相当的传统储能的紧急优化调度结果进行对比,结果验证了所提方法的灵活性、有效性及经济优越性。

弱电网下LCL型并网逆变器的改进稳定性控制方法

弱电网下并网点电压谐波和电网阻抗不可忽略。LCL型并网逆变器考虑电网阻抗后会发生谐振频率平移现象,同时并网点电压谐波会影响电压前馈控制效果。文章在并网电流结合电容电流反馈的基础上,通过修改电容电流反馈系数应对电网阻抗,提出了一种查表法的电容电流反馈系数选取方法。通过多谐振并网点电压前馈控制通道的控制器应对电压谐波。实验验证了文章所提改进稳定性控制方法的有效性。

柔性直流系统自适应惯性和阻尼模拟的自同步解耦控制策略

为了解决电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,定量地分析了柔性直流输电系统可用能量及其主动支撑系统惯量的可行性,提出了计及电容能量裕度的受端换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端电网惯量。在此基础上,考虑直流电压安全约束对电容能量裕度利用的影响,提出了柔性直流系统自适应惯性和阻尼模拟的自同步解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与转动惯量,进一步利用电容能量裕度提升其惯量支撑能力;引入阻尼控制环节,实现频率偏差调节同时提升控制系统的稳定性,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。

提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略

针对电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,提出了提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略。定量分析了利用柔性直流系统能量裕度提升系统惯量水平的可行性,提出了计及子模块电容和电感元件能量裕度的换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端系统惯量;在此基础上,为了解决现有控制中直流电压安全约束限制电容能量利用的问题,提出了柔性直流系统直流电压与子模块电容电压解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与电容电压参考值,实现柔性直流系统内储能元件能量裕度的充分利用,并设计了其恢复策略及启动判据,有效提升了受端系统惯量水平和频率稳定性。定量评估了柔性直流系统的惯量支撑能力,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。

混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法研究

混合级联直流输电系统适用于远距离、大容量、跨区域、多落点输电,但逆变侧换相换流器(linecommutated converter,LCC)交流母线发生故障时易发生换相失败,严重时甚至发生后续换相失败。为了评估混合级联直流输电系统换相失败抵御能力,首先给出混合级联直流输电系统准稳态模型,提出计及系统直流控制特性的交互作用因子计算方法,进而建立考虑模块化多电平变换器(modularmultilevel convertor,MMC)电气特性的混合级联系统逆变侧等值模型。然后,提出基于电压稳定因子(voltage stability factor,VSF)的混合级联系统换相失败抵御能力评估方法,并推导含有效短路比(effective short circuit ratio,ESCR)指标的换相失败免疫因子解析表达式,从理论角度分析交流系统强度对混合级联系统换相失败抵御能力的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合级联系统的电磁暂态详细仿真模型,验证交互作用因子计算方法、逆变侧等值模型、换相失败抵御能力评估方法的有效性,仿真结果表明,所提方法最大误差在5%左右。结合仿真,详细分析系统控制方式、逆变侧交流联络线等值耦合阻抗、MMC控制器参数对混合级联系统换相失败抵御能力的影响,为混合级联直流输电系统的安全稳定运行提供技术参考。

LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方法研究

直流融冰装置是电网应对冰雪灾害的重要设备,传统晶闸管器件的直流融冰技术存在无功消耗高、谐波含量大等问题,而基于全控器件的融冰技术存在装置容量和经济性不足问题。为发挥2种融冰装置自身优势,设计了一种由电网换相换流器(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)共同组成的混合型直流融冰装置,其中MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求,设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略;同时,设计了提高装置利用率的复用功能模式。通过MATLAB/Simulink仿真平台构建了LCC-MMC混合型直流融冰装置模型,对不用工况进行直流侧融冰能力及交流侧电流特性的仿真,结果表明,装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。

无功和三相负荷不平衡的序分量法补偿控制

将静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)并入电网来补偿无功功率和配电网三相负荷不平衡。通过对称分量法和叠加原理,对配电网三相负荷不平衡情况下正序、负序等效电路进行分析,提出一种新的正、负序补偿电流叠加补偿控制方法。正序控制环采用δ-θ控制,实现配电网无功功率补偿和保持STATCOM直流侧电压稳定;负序控制环采用φ-θ控制,实现STATCOM补偿三相负荷不平衡产生的负序电流,使电网侧三相负荷保持平衡。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地补偿电网无功功率和三相负荷不平衡。

基于多变量多尺度云样本熵和模糊支持向量机的开关柜故障分类

利用智能开关柜多源监测数据识别其异常状态和故障类型,可实现配电设备高效精细的运维管理。为提取开关柜的故障特征,利用传感器监测开关柜电压、电流、温湿度和闪光信号等状态量,通过引入降半梯形云模型量化状态量时间序列的复合延迟向量间的相似度,由此软化多变量多尺度样本熵相似容限判据,进而获取包含多个时间尺度的开关柜多通道状态监测数据的多变量多尺度云样本熵(MMCSE)故障特征向量;依据分段半降正态云模型量化开关柜故障样本间关联关系的不确定性,综合样本空间的区域差异性和分散性计算样本隶属度,形成改进的模糊支持向量机(FSVM)特征分类方法,实现了开关柜不同故障类型的识别。根据现场实时监测数据,验证结果表明所提方法具有较高的分类正确性。

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。

多端柔性直流输电系统数字物理混合仿真技术

为解决功率接口所引起的稳定性下降问题,提出一种基于阻尼阻抗功率接口算法的多端柔性直流输电系统数字物理混合仿真方法。根据阻尼阻抗法开环传递函数特性,得出阻尼阻抗与物理仿真系统等效阻抗匹配原则。分类讨论并计算不同工况下物理仿真系统的等效阻抗,实现对阻尼阻抗的实时匹配,进而提升数字物理混合仿真系统的稳定性与精确性。提出了一种针对直流电压接口的延时补偿方法,解决功率接口延时补偿问题,降低接口延时带来的仿真误差。搭建了四端柔性直流电网数字物理混合仿真平台验证所提出的接口算法,对混合系统进行不同工况下的仿真试验,结果表明,所提出的数字物理混合仿真方法可以对接口延时进行高效补偿,在传输功率变化、换流站闭锁等情况下可以保证系统稳定运行。

电力系统数字物理混合仿真接口算法综述

数字物理混合仿真结合了动态物理模拟仿真和实时数字仿真的优点,是进行复杂电力系统研究分析的有效手段;接口算法是保证其闭环稳定性和仿真精确性的关键。文中给出了数字物理混合仿真系统构建的总体结构;对已有接口算法的基本原理、建模方法、存在的问题及其改进方法进行了详细的分析;通过仿真验证了理想变压器模型法、输电线路模型法与阻尼阻抗法的稳定性和精确性性能,并对各类算法的适用领域进行了总结。最后,针对数字物理混合仿真接口算法存在的问题与不足,提出了今后的发展方向和需要解决的关键技术问题。

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。

基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略

提出一种基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略,以实现对交流侧电流、直流侧电流以及内部环流的控制。通过理论分析,得到上、下桥臂传输功率与桥臂电流的关系;设计了上、下桥臂独立控制的内外环控制系统,分别对换流器三相桥臂电流进行dq变换,得到上、下桥臂各相电流的指令值;附加桥臂电流环流抑制器,以实现换流器有功、无功控制量闭环控制。在31电平柔性直流输电实验平台上对所提的控制策略进行验证,结果表明其具有精度较高、高效抑制换流器桥臂环流等优点。

T型三电平并网逆变器有限集模型预测控制快速寻优方法

三电平变流器控制系统采用有限集模型预测控制(FCS-MPC),滚动优化需要遍历所有开关状态,针对其导致处理器运算量增加、处理时间长的问题,提出一种T型三电平并网逆变器优化计算量的FCS-MPC方法。通过构建基于电压预测的单目标代价函数,避免设计权重系数问题,减化单次寻优的步骤;根据直流母线电位分布选择冗余小矢量,实现中点电位平衡,使每个控制周期的预测次数减小至3次,提高寻优效率。有限控制集在预测过程中将所包含矢量的加权误差二次方最小作为依据划分,并利用矢量角补偿系统延迟,提高预测精度,使并网电流质量得到改善。搭建基于RT-Lab的功率硬件在环仿真系统和物理装置验证所提控制策略,实验结果验证了所提理论分析的正确性和控制策略的有效性。