Practice and Prospect of AC/DC Hybrid Power Grid in Southern China

China Southern Power Grid is a unique EHV AC/DC hybrid transmission network that operates in China. In its service area, the distribution of energy resources and the development of economy are extremely unbalanced, so long-distance and bulk power transmission are needed; besides, the geography and climate conditions are serious, rains, fogs, lightning and typhoon as well as high temperature are common all the year round. Facing these challenges, the power grid enhanced stability control, improved the equipment and strengthen the network structure. In the future, the power grid plans to optimize the disposition of power sources and build digitalized power system.

电流畸变时AC/DC双向功率变换器的控制策略

在交直流混合微电网中,通过电力电子接口接入的可再生能源和非线性负载会使交流母线电流发生畸变。因此,要求AC/DC双向功率变换器不仅能可靠变换功率以保证交直流子网功率平衡,而且能抑制交流母线谐波电流。该文基于Fryze-Buchholz-Depenbrock(FBD)功率理论的谐波电流检测法,提出一种可以治理交流母线谐波电流的AC/DC双向功率变换器控制策略。该控制策略在实现交直流子网功率传输及母线电压稳定的基础上,还可以通过AC/DC双向功率变换器治理交流母线谐波电流,保证微电网具有良好的电能质量。最后通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性。

Characteristic Analysis of UHVAC/DC Hybrid Power Grids and Construction of Power System Protection

Strong DC coupling with weak AC and large-scale renewable energy integration are the two significant characteristics of ultra-high-voltage AC/DC(UHVAC/DC)hybrid power grids in China.Strong coupling between AC and DC grids and the different integration performance of renewable energy sources have profoundly changed the stability characteristics of the power system.The traditional stability control system is inadequate for the stability control of UHVAC/DC power grids.This paper analyzes the requirements for constructing an integrated defense system in a UHVAC/DC hybrid power grid(i.e.power system protection).The definition,connotation,and designing principles of power system protection are put forward.The relationship between the power system protection and the traditional three-defense lines is investigated.The design principles,general hardware structure and main functions of a power system protection are presented.Key problems and technologies are specified in the construction of the power system protection.

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

构网型和跟网型电力电子装备混联系统惯量响应的匹配问题综述

构网型和跟网型电力电子装备具有异质化调频特性,导致2类装备交直流混联系统惯量响应阶段的动态交互作用机理复杂,传统的惯量参数匹配原则难以优化系统频率响应的问题。阐述了电力电子装备系统的惯量响应匹配问题,并对现有电压源型变流器的调频控制方法进行了概述。从功频响应分析方法、调频功率分配原则和频率响应特性3个方面对电力电子装备系统惯量配置问题的研究现状展开梳理。对电力电子装备混联系统的统一建模及惯量响应匹配问题提出了研究思路,旨在通过惯量支撑功率的匹配控制提升低惯量电力系统的频率稳定性,从系统层面为高比例电力电子装备友好并网提供基础理论和关键技术支撑。

考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

针对电动汽车作为灵活储能分散接入交直流混合微电网后过度依赖双向互联接口变换器进行子网间储能交互的问题,提出一种考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,考虑交、直流子网净功率和功率互济级最大传输功率作为约束条件,将其划分为四种运行状态,并进一步分析功率互济级功率传输方向和储能荷电状态,详细划分不同模式对应的具体工况;然后,考虑电动汽车和蓄电池的响应优先级,设计联合储能动作规则,并详细研究交、直流子网和联合储能子网间的功率交互,制定功率协调控制策略,提出系统模式及工况切换方法;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了交直流混合微电网仿真模型对所提控制策略进行验证。

基于多类型换流设备的受端电网耦合鲁棒阻尼控制策略

针对混合级联直流馈入与柔性输电设备密集接入的受端电网,为增强其特定振荡模式的阻尼,利用不同换流设备控制回路间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出系统模型的耦合鲁棒阻尼控制器设计方法。根据主模比指标选取振荡抑制效果最佳的反馈信号作为控制器输入信号;利用总体最小二乘-旋转不变技术识别系统的振荡模式并辨识系统降阶模型;采用混合H_(2)/H_(∞)方法设计耦合鲁棒控制阻尼器。控制器采用平衡截断法进行降阶,兼具鲁棒性能与实际工程应用。混合级联直流与受端江苏电网互联系统的时域仿真结果表明,相比于传统超前-滞后控制器,耦合鲁棒阻尼控制器在多种扰动和故障下均能有效抑制低频振荡,使系统快速恢复稳定运行。

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

新型电力系统标准算例(一):功角稳定CSEE-RAS

含高比例新能源交直流混联电网的稳定特性已发生深刻变化,功角稳定依然是威胁系统安全运行的关键问题,相关研究对标准算例的真实性、合理性及代表性提出更高的要求。该文根据实际电网拓扑和数据,构建适用于功角稳定特性研究的功角稳定机电暂态仿真算例(Chinese society for electricalengineering-rotoranglestability,CSEE-RAS),该系统以500kV为主网架,包含2个区域、1个交流通道、1个直流通道。提供2种运行方式,分别对应动态、暂态功角稳定场景,上述场景新能源出力占比均在50%以上。考虑新能源出力占比、机组接入位置和控制策略等因素,量化不同因素对稳定水平的影响。敏感性分析结果表明,该算例较为全面地反映了机电暂态尺度下的不同功角稳定特性,且具有灵活的拓展能力,可为功角稳定分析与控制的相关研究提供基础平台,有助于不同结论的横向比较和研究人员科研效率的提升。

新型电力系统标准算例(三):电压稳定CSEE-VS

现代电力系统逐渐发展为含高比例新能源的交直流混联系统,其电压稳定是值得研究的重要问题。目前在世界范围内的相关文献已有很多,但大多使用不同算例开展研究和测试,对算例系统的真实性、合理性关注不足,不同研究成果之间难以横向比较。论文基于我国的实际工程情况设计了1个标准算例,新能源渗透率在50%以上,可用于分析新型电力系统中故障后的电压崩溃、持续低电压等电压稳定问题。同时,论文分析并展示了算例系统中电压稳定的关键影响因素,包括直流功率水平、新能源水平、调相机配置、薄弱区域负荷水平等。结果表明,该算例既能较好反映电力系统的常规电压稳定特性,反映了一些高比例新能源场景下的新型电压稳定特性,可作为高比例新能源场景下直流受端电网电压稳定分析基础平台,节省科研人员在算例设计方面的精力投入,有利于不同研究成果的横向比较。

基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

基于云边协同的交直流混联电网线路过负荷协调控制方法

针对交直流混联电网线路过负荷影响因素较多导致线路运行特征难捕捉、难以实现精准控制的问题,提出基于云边协同的过负荷协调控制方法。建立过负荷状态数学模型,采用解耦算法求解不同程度过负荷情况下电力参数增量值并进行特征提取,将其作为云边协同算法的云计算参照值,获得同时符合功率最佳、能耗最小以及避免切负荷要求的协调控制参数,实现协调控制。实验结果表明:云边协同方法在盲区约束下可以准确检测盲区以外的所有节点,未出现漏检现象;光伏、风电出力的节点功率变化明显高于正常节点,节点过负荷控制效果较好。

电气化公路交直流混合供电系统最优潮流分析

针对传统粒子群算法在求解电气化公路供电系统最优潮流问题时易陷入局部最优解等问题,为提高算法的全局搜索能力,采用牛顿拉夫逊法对交直流混合潮流交替迭代求解,得出供电系统潮流分布,提出以最小系统损耗为目标的交直流混合最优潮流模型,设计了一种改进的线性递减惯性权重自适应学习因子粒子群算法(改进LDW-PSO算法).仿真结果显示,与传统粒子群算法和线性递减权重算法相比,改进算法收敛速度更快,计算精度更高,为电气化公路供电系统的最优潮流计算提供了理论支撑和技术参考.

面向西北地区冬季采暖的交直流双路输入电锅炉可行性研究

我国西北地区因冬季寒冷,对取暖的需求更大,因此电锅炉的使用越加频繁,但是输电走廊用地越来越紧缺。基于这种情况,提出对西北地区交直流线路进行优化,使其可以直接输入电锅炉。为了解决输电线路的混合电场问题,对混合电场的各种参数和影响条件进行分析,建立模型进行测量电场数据。实验数据选取西北地区近几年冬季的气温,基于气温、离子迁移率、起晕场强等分析各种情况下线路的情况,计算冬季并行线路混合电场的分布情况和冬季并行路线合成电场的数据,证明了研究的可行性,以及交流线路会对直流合成电场产生一定的屏蔽作用。

交直流混联电网LCC-HVDC换流器建模方法综述

交直流电网混联,大规模电力跨区输送成为我国电力系统的主要特点。电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)是我国交直流混联电网的主要组成部分,为实现交直流混联电网快速、准确仿真,该文对现有的LCC-HVDC换流器建模方法进行了分析与总结,对其优缺点进行评述,并根据作者观点,提出可进一步研究的内容:在仿真规模较大的交直流混联电网时,可用开关函数对LCC-HVDC进行建模,但模型准确度需要提升;多条LCC-HVDC输电线路的仿真可使用换流器级别模型与换流阀级别模型进行组合仿真;不同精细程度模型之间的数据接口要进行优化设计。

交直流组网技术电力推进系统的对比研究

电力推进系统相对传统推进系统具有显著优势,成为现阶段船舶动力技术发展的主流方向。电力推进系统当前正从早期的传统交流组网技术逐步向最新的直流组网技术发展。本文对交流组网及直流组网这两种电力推进系统进行了介绍,简述了这两种系统各自的组成和技术特点,随后通过对这两种系统在设备组成成本、重量体积、能耗、兼容性、技术难点等多方面的分析对比研究,得出了直流组网技术在能耗、性能、兼容性等多方面具有显著优势的结论,进而论证了直流组网技术凭借其先进性将成为未来船舶电力推进系统发展的方向。

基于混合神经网络的交直流混联电网交流线路故障定位

随着电网交直流混联程度的不断加深,复杂的电网结构导致故障的精确定位愈加困难。针对目前定位方法所存在问题,提出一种基于同步挤压小波变换结合混合神经网络的交直流混联电网交流线路故障定位方法。首先,对交流线路单端电压数据通过同步挤压小波变换处理后,提取其时频矩阵中部分低频区域的能量,构建特征向量;然后,将特征向量构建数据集,并输入至混合神经网络中进行训练与测试,实现故障定位。实验结果表明,所提方法有较高的定位精度与一定的抗噪性能,受不同故障类型与过渡电阻的影响较小。

基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流算法研究

柔性直流输电系统非常适合海上风电场并网,但传统交/直流混联系统潮流算法在计算基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流时存在缺陷:直流系统移开后,风电场交流节点变为孤立节点,剩余交流系统的雅可比矩阵不可逆,迭代过程无法进行。针对这一缺陷提出了一种含VSC-HVDC的混联系统(AC/VSC-HVDC)潮流解耦算法:该算法将交、直流系统进行解耦,分别迭代计算。所提算法克服了目前交/直流混联系统潮流计算方法存在的对交流潮流计算程序继承性差、扩展变量多、计算速度慢等缺点;也解决了风电场VSC-HVDC并网系统潮流算法中存在的问题。通过标准算例的计算验证了所提方法的有效性,可以用来对风电场直流并网系统进行稳态潮流分析。

基于ADPSS的含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合仿真研究

基于模块化多电平换流器的背靠背柔性直流输电系统(back to back modular multilevel converter based high voltage directcurrent,Back-to-BackMMC-HVDC)可实现区域电网的异步互联,提高电网可靠性。为更好地研究背靠背MMCHVDC接入后的交直流系统互耦特性,需建立兼顾区域电网仿真效率与精确模拟MMC-HVDC系统动态特性的交直流混合模型。研究了MMC-HVDC运行原理与控制策略,基于电力系统全数字仿真装置(advanceddigitalpowersystem simulator,ADPSS)搭建含背靠背MMC-HVDC系统的交直流电网机电-电磁混合模型。通过仿真对比,验证了上述MMC-HVDC电磁暂态模型及其控制系统的正确性;基于混合模型进行了交直流电网机电-电磁混合仿真研究,并与对交流大电网进行等值简化后的纯电磁模型进行对比分析。结果表明,与将交流电网等效为理想电压源加等值阻抗的纯电磁暂态模型相比,混合仿真模型可更好地体现交流系统特性,更贴近实际工程,为研究交直流互联电网提供了较好的参考。

考虑换流器内部故障的LCC-HVDC动态平均化建模方法

随着多个高压直流输电工程陆续投入运行,中国输电网呈现交直流混联的特征,其稳态与暂态特性区别于传统的交流互联电网。常规高压直流线路采用晶闸管换流器作为交流系统与直流系统的接口,换流器内部发生故障往往给系统的运行带来安全风险。研究高压直流换流器内部故障对电网运行的影响,需要建立准确高效的直流换流器暂态模型。基于分立开关的直流换流器详细模型在仿真过程中需处理大量开关动作事件,计算效率无法满足大规模交直流混联电力系统在线分析的需求。提出一种考虑内部故障的高压直流输电系统动态平均化模型,能够准确模拟由于直流换流器内部故障引起的暂态响应,且具有较高的计算效率,并以CIGRE标准直流输电系统为例验证了所提出模型的准确性与高效性。