多端柔性直流系统中配电电压下垂自动化控制系统

针对多端柔性直流系统安全稳定运行的问题,提出一种通过电压下垂控制结合潮流最优模型的控制方式。通过电压下垂控制进行交流侧有功功率的计算,以解决换流器产生的损耗与有功功率之间的耦合。经过分析验证,该方法能够提高电压下垂控制下潮流最优系统的适用性、有效性以及准确性。

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。

一种应用于多端柔性直流系统的新型潮流控制器

针对多端柔性直流系统中潮流难以灵活控制的缺点,提出了一种新型潮流控制器,该控制器能够在不与交流侧进行能量交互的前提下实现直流潮流控制。首先,以三端柔性直流系统为例,对多端柔性直流系统的潮流进行分析,提出了该直流潮流控制器的拓扑结构及与系统连接方式;其次,通过对直流潮流控制器工作原理的分析,得出了针对潮流控制器2种不同工作模式下的控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了一个装有直流潮流控制器的三端柔性直流系统模型,通过对3种运行工况的仿真实验,验证了该潮流控制器在具有较好的潮流控制能力的同时,又能实现自身的功率平衡。

考虑虚假信息注入攻击的多端柔性直流系统分布式频率控制

分布式一致性控制因其灵活性和协同能力成为多端柔性直流(multi-terminal flexible direct current,MTDC)系统二次频率控制的新选择。然而,分布式控制结构虽提高了MTDC系统调频能力,但也带来了网络攻击的威胁。为此,该文首先研究了常值虚假信息注入(false data injection,FDI)攻击对分布式二次控制器的不利影响,分析表明受FDI攻击的站点会持续存在与攻击向量有关的频率偏差。进而为消除攻击造成的频率偏差,该文利用常值微分为0的特性提出了一种抵御常值FDI攻击的分布式一致性控制策略,并从理论上证明了所提策略能消除FDI攻击引起的偏差。最后基于MATLAB/SIMULINK搭建了四端柔性直流系统仿真模型,分别进行单换流站遭受攻击、全部换流站同时遭受攻击及全部换流站在不同时间遭受攻击的3种攻击场景仿真。仿真结果表明所提控制策略在3种场景下均能消除FDI攻击影响,使MTDC系统实现二次调频。

多端柔性直流系统的运行状态分析

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内得到广泛的发展和应用。介绍了浙江舟山柔性直流输电工程概况,分析了舟山柔性直流系统的运行方式、控制模式以及主要设备的运行状态,并对其各种运行方式的启停操作流程和注意事项进行了总结,为多端柔性直流输电技术的发展和应用提供了理论基础和参考经验。

基于正负极电流小波降噪残差和之比的多端柔性直流系统单极接地选线方案

采用小电流接地方式的多端柔性直流系统发生单极接地故障后,非故障极电压升高为额定电压的两倍,危害系统安全,而稳态故障电流小,实际工程中存在故障选线困难的问题。针对此问题,首先分析了多端环状小电流接地柔性直流系统线路不同位置发生单极接地故障后的故障电流特征,然后利用小波降噪残差绝对值和之比表征正负极故障电流差异的大小,最后提出基于正负极电流小波降噪残差和之比的多端柔性直流系统单极接地选线方案。该方案基于本地信息量,无需通信;利用系统固有属性,不需要单独设置边界元件。在实时数字仿真器(RTDS)上搭建了基于模块化多电平换流器(MMC)的四端环状柔性直流系统模型,仿真结果表明该选线方案能可靠识别故障线路,且耐受过渡电阻、噪声能力较强,不受潮流变化和交流侧故障影响。

舟山多端柔性直流系统在线极隔离试验

为了验证舟山多端柔性直流输电系统是否具备在线极隔离功能,从理论和实践两个方面进行了分析。基于模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构及其子模块结构,对MMC在线极隔离过程中的充放电可能性进行了分析,理论上证明了在线极隔离的可行性。为保证安全,现场极隔离试验分为带线路空载加压试验以及端对端试验两个过程。通过舟定换流站的现场试验,证明了舟山多端柔性直流输电系统具备了在线极隔离的功能,在此过程中不会出现危险的过压以及持续的燃弧现象,在线极隔离对现场设备无影响。

含虚拟同步发电机的多端柔性直流系统稳定性分析

以含虚拟同步发电机(VSG)的多端柔性直流系统稳定性为研究对象,分别建立了VSG控制和矢量控制下电压源型换流器的传递函数模型,采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入对直流系统自身稳定性的影响,得出如下结论:(1)"直流系统注入VSG的功率恒定"这一假设忽略了多端直流系统中VSG与剩余直流系统间的动态交互过程,导致其分析结果具有一定的局限性;(2)含VSG的多端直流系统自身会产生稳定性问题,受到VSG自身控制参数和VSG与剩余直流系统间动态交互过程的影响;(3)当VSG的开环模式与剩余直流系统中的开环模式接近时,直流系统可能产生振荡现象,文中给出了有效的参数调节方法。最后,对一个含VSG的三端柔性直流系统进行了时域仿真分析,验证了上述研究结果。

基于多端柔性直流系统的附加阻尼控制器设计新方法

针对包含多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal direct current transmission,VSC-MTDC)的交直流混合系统中出现的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO),研究设计了适用于系统各种运行方式、更具通用性的次同步阻尼控制器(sub-synchronous oscillation damping controller,SSDC)。首先针对研究交直流混合系统的拓扑结构,分析了其运行方式、变换器控制模式及对SSO抑制的影响;然后提出了适用于变换器多种控制模式的更具通用性的SSDC设计新方法;随后分析了用该方法设计的SSDC对系统电气阻尼特性的改善情况;最后在PSCAD/EMTDC上搭建335电平仿真模型。仿真结果验证了SSDC设计新方法的正确性和有效性。研究表明:利用新方法设计的SSDC可以显著增强系统的电气阻尼,有效降低系统处于各种运行方式下发生SSO的风险,通用性强。

新能源汇集的多端柔性直流系统运行方式及控制策略分析

针对新能源消纳与功率外送受限问题,通过分析新能源基地分布的形态,研究能源基地采用多馈入电压源型直流输电并网,然后经电流源型直流输电通道外送的多端柔性直流系统结构。并根据多端柔性直流系统的运行方式分析送受端换流站的控制策略,实现系统功率的协调分配以及系统的灵活运行。最后通过DIgSILENT建模仿真,验证系统的稳定性和控制策略的有效性。

含大规模风光功率汇集的多端柔性直流系统分析

针对中国东北、西北、华北地区形成的区域性大规模风光基地功率外送受限问题,提出一种用于大规模风光功率汇集的树枝式多端柔性直流系统(voltage source converter based multi-terminal DC,VSC-MTDC)。通过对区域性能源基地的分布形态分析研究,设计含风光基地的树枝式五端柔性直流系统,实现风光基地的能源汇集;并设计送受端换流站的控制策略,实现风光功率的波动和风光功率的协调分配。最后通过DIgSILENT建模仿真,验证设计系统的稳定性和控制策略的有效性。

多端柔性直流系统的直流电压控制策略研究

直流电压是衡量真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统安全稳定运行的重要指标。针对传统换流站直流电压下垂系数固定而未考虑实际运行工况导致的直流电压偏差较大这一问题,文中以传统直流电压下垂控制为基础,提出一种考虑功率裕度与电压运行参考点的自适应直流电压下垂控制方法。通过构建功率裕度系数HP来实现下垂系数的实时变化;通过分析HP大小对下垂控制的影响,引入直流电压影响权重μ调整下垂控制参考电压运行工作点,保障HP过小时直流电压偏差不越限。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,在稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下进行仿真,验证直流电压的稳定性和功率分配的合理性。文中研究可为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制的安全稳定运行提供参考。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

基于MMC柔性多端直流配电系统的改进协调控制研究

针对模块化多电平变流器多端直流配电系统,提出了一种改进协调控制策略。该控制策略是对下垂控制改进,改进的策略避免了直流网络在功率发生较大程度变化时出现过电压。在此背景下,设计了基于半桥型模块化多电平换流器(Half-bridge Modular Multi level ConverterHBMMC)的四端柔性柔性多端直流配电系统。本文首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,然后在此基础上设计了四个模块化多电平换流器的控制和内部环流并在基础上改进了协调控制策略,最后用PSCAD/EMTDC平台搭建了21电平MMC验证仿真模型,最后仿真结果验证了:稳定时,各级控制器间的相互配合使得所构建模型可行性;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力,可以最大限度地维持直流电压的稳定。

基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制

为解决异同步控制过程中谐波含量高、直流电压回归稳态时间长的问题,提出基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制。建立输电系统数学模型,描述多端柔性直流输电系统运行状态,利用MMC调节输电系统功率,完成不同状态下交流与直流异同步的输电方式,实现基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制。实验证明,设计方法应用下输电系统谐波含量均下降至5%,系统直流电压回归稳态时间最快为0.36 s,具有良好的控制效果。

基于测量波阻抗豪斯多夫距离的三端柔性直流线路纵联保护

针对大规模新能源场站并入多端柔性直流电网所突显的直流输电线路故障问题,为了使线路保护的可靠性能够得到保障,提出了一种基于测量波阻抗豪斯多夫距离的三端柔性直流线路纵联保护方法。首先分析了所搭建模型中线路在发生区外故障与区内故障时其波阻抗幅值的变化趋势与不同,然后使用改进完全集合经验模态分解提取实验所需测量波阻抗,再利用豪斯多夫距离公式计算出提取出的测量波阻抗之间的距离。通过对此距离的分析,可以区分故障发生区域为区内还是区外。在仿真软件中进行大量故障仿真实验。结果表明,该方法能够使保护非常灵敏且准确地进行动作,从而使直流线路更加可靠地运行。

基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案

多端柔性直流配电系统的发展尚面临几大技术难点亟待解决,在继电保护方面主要问题在于直流故障的可靠识别。传统交流配电系统、高压直流输电系统保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。因此,该文设计了一种新型的多端柔性直流配电系统直流线路保护方法。利用线路边界特性,通过小波变换提取区、内外故障的暂态特征差异,实现故障的快速、可靠识别;并利用直流电抗器压降判据实现保护的方向性。该方法基于单端电气量实现全线路保护,动作速度快,无需通信,能够满足直流配电系统对保护的速动性、可靠性和选择性要求。最后,大量的仿真算例验证了所设计方案的可行性。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。

多端柔性直流输电系统小信号建模

小信号模型是动态系统稳定性分析及控制器设计的基础。通过理论分析和推导,对现有多端柔性直流输电系统小信号模型存在的不足之处加以修正和完善。首先根据换流站所连交流系统类型,灵活选择同步旋转坐标系,以避免交流系统短路容量引起的误差;然后根据换流器PWM调制原理,分析暂态情况下换流器交直流侧耦合机理并对换流器线性化方程加以完善,分别构建控制器和直流网络的线性化方程;最后形成适用于多种应用场景混合及任意拓扑结构的多端柔性直流输电系统通用小信号模型。通过电磁暂态模型与小信号模型的仿真对比,验证了该小信号模型较现有模型具备更好的准确性,对多端柔性直流输电系统稳定性分析、耦合机理研究及控制器设计具有很好的参考价值。