基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

面向中压直流配电网的模块化多电平电池储能系统电荷吞吐量抑制策略

模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter-battery energy storage system,MMC-BESS)中各子模块功率周期性波动,与其相连的电池组充放电状态频繁切换,产生额外的电荷吞吐量,危害电池储能系统寿命。当MMC-BESS用于中压直流配电网时,其交直流侧功率传输情况复杂多变,增大电荷吞吐量的抑制难度。因此,文中针对中压直流配电网中的MMC-BESS,提出一种基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略。首先,构建中压直流配电网中MMC-BESS的数学模型;其次,剖析MMC-BESS电荷吞吐量的产生机理,分析不同运行方式下电荷吞吐量的影响因素;再次,提出基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略,以系统总电荷吞吐量最小为目标,选取不同工况下需注入的最优二倍频环流分量;最后,多种工况下的仿真及实验结果表明,所提方法可有效抑制中压直流配电网中MMC-BESS的电荷吞吐量。

基于VMD模糊熵与GG聚类的直流配电网故障检测方法

针对直流配电网存在的故障信号难以提取、不易对各类故障进行诊断等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)模糊熵与Gath-Geva(GG)聚类的故障检测方法。首先,提取出暂态电流,采用VMD算法将故障暂态电流分解成若干个固有模态分量(IMF)。然后,分别计算分解得到的若干个IMF的模糊熵,将其作为特征向量。最后,采用GG聚类算法对故障特征的特征向量进行聚类识别。GG聚类的主要算法为将聚类样本划分为c类,设出隶属度矩阵,通过设定迭代来计算聚类中心与最大似然估计距离,更新隶属度矩阵,当隶属度矩阵满足条件矩阵时终止迭代,从而实现对单极故障、极间故障以及区外交流侧接地故障的聚类识别。仿真结果表明,所提保护方案可靠性强、准确率高,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻等工况下均能可靠检测直流线路故障并准确识别故障类型,且具备一定的抗干扰能力。

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。

考虑柔性资源多维价值标签的交直流配电网灵活调度

可再生能源高渗透率使得交直流配电网面临严重的随机性和波动性,充分挖掘柔性资源调控潜力可以有效地降低可再生能源带来的网络运行风险。针对当前交直流配电网优化调度主要考虑电压源型换流器(VSC)的调控能力,对VSC与柔性资源协同研究不足的问题,提出一种考虑柔性资源多维价值标签的交直流配电网灵活调度方法。首先,考虑柔性资源调控特性差异,构建了包含响应时段、调节能力、调节成本及响应意愿的多维价值标签评估体系,准确全面地评估柔性资源聚合调控潜力范围;其次,以运行成本最小为目标函数,柔性资源多维价值标签为约束,建立交直流配电网两阶段鲁棒日前优化调度模型,并采用嵌套列和约束生成算法(C&CG)及强对偶理论进行求解;最后,通过改进的IEEE 33节点交直流配电网仿真结果表明,所提方法能够充分发挥柔性资源的调控潜力和协同能力,同时可有效提高模型求解效率和求解精度。

基于PCA和EEMD的柔性直流配电网故障选线算法

柔性直流故障选线技术的发展对直流配电网有着至关重要的作用。本文针对现有柔性直流故障存在的可利用的故障信息较少等问题,提出了一种新算法,该算法有效利用了集合经验模态分解EEMD(ensemble empirical mode decomposition)算法、主成分分析PCA(principal component analysis)和相关系数各自的优势。首先,提取暂态电流样本信号,采用EEMD得到以正交基函数表示的数据矩阵;接着,基于PCA进行该矩阵元素特征向量到主成分的转换,将样本信号投影到主元空间实现坐标变换,从而得到对样本数据的聚类和识别结果;最后,基于相关系数进行故障线路判别。本文算法的EEMD揭露了原始历史数据的内在变化规律,PCA能够有效选择故障有效特征。大量实验表明,该新算法准确有效,与现有其他方法相比,在故障信息不明显、不同过渡电阻方面具有优势。

基于贝叶斯网络信息融合的直流配电网故障诊断方法

新型直流配电系统故障期间暂态特征复杂多变,继电保护存在拒动和误动情况。为了避免继电保护的不正确动作对故障诊断产生影响,提出一种基于贝叶斯网络信息融合的直流配电网故障诊断方法。首先,对传统继电保护贝叶斯网络模型进行改进,同时考虑直流配电网故障限流策略,分别构建保护动作信息、断路器动作信息和限流策略信息3种贝叶斯网络模型,对故障区域内各元件的故障概率进行初步评估。其次,利用D-S证据理论将各元件对应的故障概率信息进行融合,完成故障元件的判别。然后,应用故障元件对应的贝叶斯网络模型识别误动或拒动的保护装置与断路器,实现对直流配电网的故障诊断。最后,通过算例验证了所提故障诊断方法的可靠性以及准确性。

低压直流配电网强弱电弧特征及检测算法

直流电弧没有过零点特性,难以自行熄灭,易引发电气火灾,威胁直流配用电安全。通过搭建电弧模拟发生实验平台,采集不同电压下电弧信号,研究电弧电阻、电压等特性,分析了不同电压下电弧特征的差异性。以GB/T 35727—2017中低压直流配网标称电压优选值为依据,研究220 V、750 V、1 500 V3种不同电压等级电弧检测特征,对比傅里叶、小波、奇异值分解等频域特性,最大值、最小值、平均值、标准差等时域特性,得到不同电压等级下电弧检测的优质判据,证明了不同时频域特征适用于不同的电压等级。结合神经网络模型,设计了适用于750 V系统的电弧检测算法,算法检测精度为99.12%。

基于双智能体深度强化学习的交直流配电网经济调度方法

随着大量直流电源和负荷的接入,交直流混合的配电网技术已成为未来配电网的发展趋势.然而,源荷不确定性及可调度设备的类型多样化给配电网调度带来了巨大的挑战.本文提出了基于分支决斗深度强化网络(branching dueling Q-network,BDQ)和软演员-评论家(soft actor critic,SAC)双智能体深度强化学习的交直流配电网调度方法.该方法首先将经济调度问题与两智能体的动作、奖励、状态相结合,建立经济调度的马尔可夫决策过程,并分别基于BDQ和SAC方法设置两个智能体,其中,BDQ智能体用于控制配电网中离散动作设备,SAC智能体用于控制连续动作设备.然后,通过集中训练分散执行的方式,两智能体与环境进行交互,进行离线训练.最后,固定智能体的参数,进行在线调度.该方法的优势在于采用双智能体能够同时控制离散动作设备电容器组、载调压变压器和连续动作设备变流器、储能,同时通过对双智能体的集中训练,可以自适应源荷的不确定性.改进的IEEE33节点交直流配电网算例测试验证了所提方法的有效性.

基于暂态电压Pearson相关系数的柔性直流配电网纵联保护方法

柔性直流配电网故障特征复杂,快速可靠的故障保护方法是柔性直流配电网亟需突破的关键技术。基于此提出了一种基于直流线路限流电抗器暂态电压皮尔逊(Pearson)相关系数的直流配电网纵联保护方法。首先,分析了区内外不同故障类型下直流线路两端限流电抗器暂态电压的特征差异。其次,利用正、负极线路电压的变化率构成保护启动判据,通过直流线路两端限流电抗器暂态电压的Pearson相关系数识别区内、外故障,并利用直流线路正负极电压变化率间的正负关系设计故障选极判据。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建柔性直流配电网仿真模型验证所提保护方法的可行性。结果表明所提保护方法能满足柔性直流配电网保护速动性和选择性的要求,且耐过渡电阻能力强,受通信延迟影响小,具有一定的抗干扰能力。

基于多故障特征融合的直流配电网单极故障选线方法

为保障直流配电网的可靠运行,提出一种基于多故障特征融合的单极故障选线方法。首先,分析直流配电网单极接地故障后各馈线零模电流及母线零模电压的特征;其次,利用各馈线的零模电流波形、零模电流与母线零模电压间夹角及能量大小的差异,构造零模电流相关性、零模电流与母线零模电压夹角余弦及能量相对熵3种判据;最后,利用模糊理论实现3种选线判据的融合,将故障测度最大的馈线判定为故障馈线。PSCAD仿真验证表明,该方法可克服单一选线方法的局限性,有效提高故障选线可靠性。

基于改进下垂曲线的柔性直流配电网电压控制方法研究

针对传统直流配电网电压控制方法中有功功率波动过大导致直流电压波动大的问题,基于直流配电网结构,提出了一种结合变斜率下垂曲线和平移下垂曲线的新型直流配电网电压控制方法。建立了新型直流电压控制方法下变流器的直流电压控制模型,并对模型的稳定性进行了分析。通过仿真对文中所提控制方法在稳态和暂态的控制效果进行分析,验证了该方法的优越性。结果表明,相比于传统控制方法,所提控制方法在负载波动和故障时能更有效地调节系统电压,防止电压超过额定值,改善系统的电压质量。该研究为直流配电网的发展提供了一定的参考。

基于MMC的多端柔性直流配电网控制与保护

为提高多端柔直配电网系统的稳定运行能力,本文首先对分割的城市中压配电网进行互联设计了多端柔性直流混合配电网,对主要换流设备选型进行实例设计;基于下垂控制策略并结合功率参考值平移的曲线特性,将考虑电压限值的直流电压斜率控制方法应用于多端柔直配网,并制定本文设计案例的换流器保护配置策略。在PSCAD/EMTDC中完成10 kV多端柔直配网应用案例的搭建,最后仿真验证直流电压斜率控制策略及保护配置方案的有效性。

柔性直流配电网中机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响

柔性直流配电网因其诸多优势成为未来配电网的重要组成部分,而直流断路器是构建柔性直流配电网的重要设备,但直流断路器动作时产生过电压危害系统的绝缘安全。文中基于Pscad/Emtdc建立±10 kV三端环网结构的柔性直流配电网仿真模型,对系统发生电缆侧双极短路故障、限流电抗器出口双极短路故障和单极接地故障时机械式直流断路器的开断策略和操作过电压特性进行理论和仿真分析,并研究线路两端机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响,最后对分析结果进行总结,文中的研究结果可为柔性直流配电网的保护策略和绝缘配合提供参考。

直流配电网交流侧不对称故障对直流侧电容电压影响研究

直流配电网的AC/DC换流器交流侧不对称故障对直流侧正、负极电容电压有重要影响。本文对直流配电网在交流不对称故障工况下直流侧电容电压进行理论推导分析,指出单相接地故障下因零序分量的存在使得AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压会呈现出共模波动特征。在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的直流配电网电磁暂态仿真模型,分别开展直流配电系统在稳态和交流单相接地故障暂态工况下的仿真分析,仿真结果也表明交流侧不对称故障过程中AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压表现共模波动过程,进而引起正、负极电容电压的不平衡,使得AC/DC换流器交流侧三相交流电压也出现直流偏置,影响系统恢复。

直流配电网交错串联式固态断路器

鉴于有源直流配电网的故障特性,能够快速有效切除故障电流的固态直流断路器对提高直流配电网的供电可靠性意义重大。为此,提出一种交错串联式固态断路器,其拓扑将多个内层单元串联交错以提高整体耐压能力,每个内层单元由多个串联的常通型SiC JFET开关管组成,电路拓扑具有极强的可扩展性。通过双层均压网络实现串联开关的快速响应、动静态电压平衡。基于LTspice软件构建4.5 kV/20 A固态断路器仿真,仿真结果表明额定工况下该断路器关断时间仅为80 ns,验证了所提交错串联式固态断路器拓扑可行性。

含分布式储能系统的交直流配电网动态故障恢复策略

在多故障场景下,考虑到故障抢修时间差异、分布式电源出力和负荷需求时变性对交直流配电网故障恢复策略的影响,提出了一种面向多故障场景的交直流配电网动态故障恢复策略。对含分布式储能系统的交直流配电网,首先采用分阶段孤岛划分策略以实现对失电区的紧急供电。随后,以故障恢复综合满意度指标的最大化为目标,综合考虑了交直流潮流约束、节点电压约束、支路载流量约束和电能约束等多重约束条件。同时,结合故障抢修的进度以及分布式电源出力、负荷需求等因素,确定最优的故障恢复策略。最后,通过对IEEE33节点系统改造的交直流配电网模型进行算例分析。结果表明,所提出的动态故障恢复策略有效解决了交直流配电网的故障问题。并能根据实时信息对故障恢复策略进行灵活调整,保证了交直流配电网运行的可靠性和安全性。

基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法

为进行电力市场背景下的交直流配电网光伏与储能合理规划,该文以中、低压交直流配电网运营商为投资主体,提出基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法。确定中、低压交直流配电网运营商的合作博弈关系;中压配电网以投资/运维成本、购电成本和双边市场交易成本最小为目标,低压配电网以投资/运维成本、双边市场交易成本最小为目标,基于纳什议价理论建立光储协调规划模型,同时优化规划策略和交易电价;引入线性化方法处理非线性项,将模型转化为两个易于求解的子问题,采用分布式优化算法进行顺次求解。通过算例对比分析验证了所提规划模型和算法的可行性和有效性。

考虑源荷随机性与相关性的直流配电网量测概率优化配置方法

大规模分布式能源以直流源荷形式接入直流配电网,其功率强随机与强相关特性深刻影响实时量测数据不足、依赖伪量测数据的直流配电网态势感知的准确性,急需研究实时量测点的优化配置保障系统状态估计精度。为此,考虑源荷功率的随机性与相关性影响,建立节点注入功率伪量测模型,提出基于三点估计与改进Nataf变换的直流配电网概率状态估计方法,计算节点电压状态量的估计偏差概率分布;在此基础上,建立以量测点配置成本最少为目标,考虑节点电压估计偏差机会约束的直流配电网量测概率优化配置模型,求解得到最优配置方案。采用改进的IEEE-33节点系统开展算例仿真,结果表明,所提方法能够有效兼顾量测配置的经济性与状态估计精度。

柔性直流配电网仿真与计算研究

以双端柔性直流配电网为例进行分析,研究了直流配电网的多种运行方式以及不同运行模式间的切换策略,对柔性直流配电网合环运行工况下的直流短路故障电流进行研究,提出了短路后极短暂时间内的故障电流计算方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,逐一验证了所提出的柔性直流配电网运行模式与切换策略,并仿真模拟了最严重情况下的直流侧双极短路故障。仿真结果表明:提出的直流配电网暂态故障电流计算方法能够精准预测故障电流最值,为限流设备的设计和选型提供依据。