计及电压稳定性约束的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法

海上风电场将朝深远海、集群化方向发展,多端柔性直流输电技术(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)对远距离、大规模海上风电接入系统表现出明显优势,因此有必要对海上风电场集群VSC-MTDC组网优化进行研究。考虑到风电场集群出力的聚集效应会影响电气设备的容量配置,以及陆上电网的公共连接点(point of common coupling,PCC)电压稳定性对大规模风电接入容量的影响。文中推导了PCC点电压稳定性指标,并引入了“N+”原则对电气设备进行容量配置,提出一种计及“N+”原则和PCC点电压稳定性的海上风电场集群VSC-MTDC组网优化方法。采用改进的NSGAⅡ算法对海上风电场集群VSC-MTDC系统进行分析。算例结果表明,按“N+”原则进行容量配置可以更好提高收益,考虑PCC点电压稳定性虽然会增加投资成本,但能够提高PCC点电压稳定性。

适用于MMC-MTDC的母线侧故障分析及保护策略

柔性直流输电系统中,直流故障的分析与判别是柔直系统中亟待解决的重要问题。为了更好地分析故障特征,推导出一种多端柔性直流输电网(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-MTDC)的母线侧简化电路故障计算方法,并分析了母线侧单极接地故障和极间短路故障的故障特征,在此基础上设计了一种适用于多端柔性直流输电网的故障判别方案和保护措施。该判别方案通过故障启动判据、故障区域判别和故障类型判别3个模块进行故障判定,采用了故障电压瞬时跌落值与系统电压之差及故障线路电流值作故障特征量,整套判别方案不受其他元件参数、故障位置等因素的影响,将Spearman相关性分析与传统电气故障区域判别相结合,准确判定系统区内外故障的同时,解决了故障区域判别中受线路各参数干扰导致误判的问题,仿真测试验证了本保护方案的可行性。

面向大容量风电并网的VSC-MTDC功率协调控制

基于电压源换流站的多端直流输电(VSC-MTDC)已成为大容量风电远距离传输并网的首要选择。针对含大规模风电场的VSC-MTDC系统的功率协调控制策略进行了深入研究。首先,分析大规模风电并网时下垂系数对有功功率分配的影响,指出采用固定下垂系数存在优先级电网功率缺额的可能性和缺乏有功功率分配灵活性等问题。然后,针对此类问题,提出一种基于主从控制与自适应下垂控制相结合的功率协调控制策略,该策略根据风电功率情况制定3种控制模式,从而实现风电功率灵活分配。最后,在MATLAB/Simulink上构建了风电并网的四端柔性直流输电系统,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

考虑故障弃风影响的海上风电场集群MTDC系统规划

当前海上风电开发呈现集群化与深远海化特征,多端直流(MTDC)系统因其在大容量风电功率远距离输送中经济性优、可控性强等优点,逐渐成为大规模海上风电场集群并网接入的重要方式之一。围绕大规模海上风电场集群MTDC系统规划问题,提出了一种海上风电场集群MTDC系统故障下的弃风率指标,并构建了兼顾投资成本与风电场弃风率的海上风电MTDC系统优化模型。算例分析表明,该优化模型和指标能够有效优选规划方案,并且可在保证经济性的同时降低风电场的弃风率。

真双极VSC-MTDC风场侧换流站软切换控制策略

真双极多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)新能源侧换流站正、负极换流器可独立控制。针对定交流电压幅值频率控制(U/f控制)换流器发生故障,将定有功无功控制(P/Q控制)换流器的控制策略转换为定U/f控制时交直流母线电压波动较大,严重时可能会造成新能源场站脱网这一问题,建立统一切换控制模型,在统一切换控制模型基础上引入基于电流跟随的软切换控制策略,实现切换瞬间内环电流参考值同步。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,经稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下的仿真,验证了换流站对新能源接入的电压支撑和系统切换过程中电力系统平滑过渡的能力,为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制灵活性提供了参考。

一种适用于海上风电经MMC-MTDC并网的电网侧故障穿越方法

海上风电工程逐渐向深远海和多端柔性直流输电技术推进。当岸上交流电网发生故障时,海上风电经多端柔直并网系统应该具有故障穿越的能力。然而现有方法主要研究电网侧换流站的系统级控制策略,未尽限利用风场侧换流站及场站内变流器的协同配合,严重故障时易导致换流站过载。此外,传统两端柔直故障穿越方法未针对多端场景改进,可能会出现风场脱网事故。针对上述问题,首先将故障划分为自消纳和非自消纳场景。自消纳场景下不平衡功率较小,结合风机自身安全减载能力和从站剩余容量,分别提出了基于降压法的超速减载和考虑功率裕度的从站电压偏差下垂控制策略。非自消纳场景下不平衡功率较大,分别提出了调度中心通信正常和异常情况下的故障穿越控制策略。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台建模验证了所提控制方法的有效性。

含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂,不适用于理论分析,亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此,利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点,独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下,根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口,结合GSC和WFC等值模型,采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明,通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程,并进行稳定性分析,为控制系统参数整定提供参考。

基于本地信号的VSC-MTDC输电系统控制策略

针对基于电压源型换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电系统现有控制策略存在的问题,设计了基于本地信号的参与功率平衡的各端协调控制策略。其中,主导站采用定电压控制,主辅助站采用基于本地电压信号的带电压下降特性的控制(LVBC)方式,次辅助站采用LVBC与定电流控制相结合的混合控制方式。主导站正常运行时,次辅助站为定电流控制;主导站因故障退出运行使次辅助站直流端电压满足控制转换的要求时,次辅助站自动转换到LVBC,参与承担平衡功率从而稳定直流系统电压的任务;当原有造成功率不平衡的因素去除后,次辅助站能自动恢复到定电流控制。在PSCAD/EMTDC平台上建立仿真系统,结果证明了该控制策略是正确、有效的。

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理,然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证,结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高,且获得良好的动态性能。

MMC-MTDC系统协调启动控制策略

为快速平稳的启动基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC),避免各站启动时序配合不当引起大的电气冲击甚至启动失败,提出了MMC-MTDC系统协调启动控制策略。首先,指出MMC存在交流侧、直流侧和交直流侧混合3种预充电方式,基于其充电机理,设计了预充电方式识别方法,提出了可将子模块充电至额定电压的闭环均压充电策略;其次,研究了多端系统启动时序的有效配合方案,提出了基于直流电压斜坡控制方式的并联式MMC-MTDC系统协调启动控制策略;最后,通过Matlab/Simulink构建三端系统进行仿真。结果表明:闭环均压充电方法能自动适应MMC 3种预充电方式,使子模块平稳充电至额定值;协调启动策略则能很好的实现多端系统平稳解锁。

AC/MTDC 系统电压稳定极限计算

提出一种交流—多端直流联合电力系统电压稳定极限的计算方法，该方法首先推导出直流状态量和给定控制量以及换流器交流母线电压间的关系方程组，在此基础上分解计算直流系统方程和交流系统方程，并简捷地计及交直流网络间耦合关系，然后用崩溃点方法来计算交流—多端直流联合系统的功率裕度。该方法计算简单，计算速度快。

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。

基于交替迭代法的MMC-MTDC交直流混合系统的潮流分析

为解决大规模新型可再生能源的并网和消纳问题,多端柔性交、直流混合输电系统成为近年来研究的热点,且潮流计算分析又是研究其稳定控制及故障分析的基础.对此,建立了基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(MMC-MTDC)的稳态潮流计算数学模型,提出了MMC-MTDC交直流混合系统潮流计算的交替迭代求解法,对交流子系统采用传统的牛顿-拉夫逊计算方法,对直流子系统则采用节点阻抗矩阵形式的Gauss-Seidel方法.最后,在MATLAB软件平台编写交替迭代算法程序,以改进的IEEE 9和IEEE 22节点且包含三端MMC-MTDC的交直流混合系统为例进行仿真计算,结果表明所提出的交替迭代求解法具有收敛速度快、准确性高的优点.

基于MMC-MTDC的输电系统直流侧故障保护策略

针对柔性直流输电直流侧故障这一常见且棘手的问题,分析了多电平模块化换流站(modular multilevel converter,MMC)的运行特点和工作原理,提出采用电压裕度控制能较好地适应于MMC多端直流输电系统,并且对控制器进行了设计.在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下对MMC多端直流输电系统在直流侧故障时的各种情况进行仿真和研究,分析了MMC多端直流输电系统在直流侧断线故障、单极接地故障以及双极间短路故障时的工作特性,提出了相应的保护动作时序.实验结果说明所提出的控制策略能够实现系统故障后的稳定,提高了系统处理故障的能力.

基于模型预测的VSC-MTDC协调控制策略

多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统主要应用于新能源发电并网和远距离输电。新能源发电具有波动性和不确定性,在使用传统下垂控制策略时,电压源型换流器(VSC)会因功率分配不均而过载、因直流电压偏差过大造成保护误动作、因通信延时而振荡,因此文中提出一种基于模型预测控制(MPC)的协调控制策略。该策略根据系统状态进行参数寻优,发送VSC功率基准,消除了下垂系数、线路电阻和系统拓扑对功率分配的影响,MPC的鲁棒性也提高了系统在通信延时情况下的稳定性。在Simulink中搭建四端VSC-MTDC模型,并设置不同的运行条件进行时域仿真,仿真结果表明该控制策略能够在系统发生扰动的情况下快速调节换流站功率,控制直流电压,并在通信延时发生时保证系统稳定性,从而提高电力系统对新能源发电波动性和不确定性的适应能力。

双序控制器应用于VSC-MTDC换流站的特性分析

在多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统中,交流系统发生不平衡故障的情况下,对常规控制器与双序控制器的性能进行了分析。基于仿真软件PSCAD/EMTDC建立了三端柔性直流输电模型。在有功功率控制端交流系统侧出现不平衡故障的情况下,分别采用两种控制器进行仿真。仿真结果表明,当双序电流控制器应用于VSC-MTDC时,采用抑制直流电压脉动控制策略时可以减小故障期间直流电压的二倍频振荡;采用抑制交流侧负序电流控制策略时可以抑制故障端交流系统的负序电流。

含风电的真双极混合型MMC-MTDC系统故障穿越及能量耗散控制

为解决柔性直流电网的故障问题,采用混合型模块化多电平换流器搭建双极四端直流电网。设计了单极换流器故障及直流线路故障无闭锁运行策略。系统无闭锁运行期间并网点交流电压稳定,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,根据风电场出力设计了耗散电阻自适应分级投入策略,通过与风机内部的斩波电阻的配合,耗散掉多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了混合型柔性直流电网的故障无闭锁运行及能量耗散的有效性。

含VSC-MTDC的交直流混联电力系统暂态稳定评估

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入电力系统后,其灵活的调控特性和拓扑结构会改变系统的故障响应。文章旨在研究不同拓扑结构和控制方式下多端柔性直流输电系统对系统暂态稳定性的影响。首先构建了四端柔性直流输电系统,在不同故障下对不同拓扑的故障极限切除时间进行统计分析,得出VSC-MTDC拓扑结构与暂态稳定性的关系;在此基础上研究了控制方式对暂态稳定性的影响,依次将四个换流站设置为定直流电压端,综合近端、远端线路故障分析控制方式对暂态稳定性的影响。

基于高阶系统模型的VSC-MTDC下垂控制策略研究

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)基于柔性直流技术及多站协调控制策略。首先,设计了适于VSC-MTDC的P-U_(dc)/U_(ac)-Q下垂策略及控制系统架构。其次,提出基于LCL高阶一次系统模型的电流内环、直流电压外环及下垂环控制器架构,并形成了优化控制参数的设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了10 kV 4端VSC-MTDC的仿真模型并进行控制参数优化,基于启动控制、稳态控制及临界阶跃响应3种暂态工况进行仿真分析。仿真结果表明,所提策略可实现各站直流母线电压的独立控制基础上的下垂式有功潮流控制,提升了VSC-MTDC系统的安全稳定性,且多种暂态工况下响应特性良好。

MMC-MTDC输电系统新型直流电压斜率控制策略

针对模块化多电平变流器多端直流(MMC-MTDC)输电系统,考虑到实际工程中系统对直流电压、有功功率调节的准确性和快速性的要求,本文提出了一种新型的直流电压协调控制策略。基于直流电压斜率控制策略,本文将平移直流电压-有功功率(U-P)下垂曲线和改变U-P下垂曲线斜率相结合,提高了直流网络在功率发生不同程度变化时的动态响应速度,消除静态偏差,保证了MMC-MTDC直流电压稳定以及站间功率平衡。最后,在RT-lab实时仿真器中搭建了一个并联型四端直流输电系统,并对所提出的控制策略进行了稳态及暂态仿真分析,验证了其有效性。