AC/DC混合输电系统分散协调控制

针对电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)在应用中带来的AC/DC交直流输电系统的协调控制问题,建立了AC/DC数学模型,并对AC/DC提出了一种新的分散最优协调控制模式。在该模式中,逆系统线性化理论被应用于直流输电系统的控制。文中为了与交流电网相配合,将标幺制引入了直流输电系统,并以Lyapunov间接法证明了该闭环非线性系统的稳定性。AC/DC混合输电系统的数值仿真结果表明了该控制策略的有效性和鲁棒性。

求解大规模AC/DC最优潮流的连续递推内点算法

提出连续递推的内点算法框架,以期解决原始–对偶内点法求解大规模交直流系统最优潮流收敛难的问题。基于牛顿法的连续递推思想,将一阶KKT(Karush-Kuhn-Tucker)非线性方程组转化为自治常微分方程组,可采用多种数值积分方法求解,进而获得不同于传统牛顿法的新方向,改善了原始–对偶内点法的收敛性。多达11585条线路的5个大规模实际系统的计算表明,该算法步长大、收敛性好、鲁棒性强,特别适合求解大规模交直流系统在苛刻运行条件下的最优潮流问题,具有广阔的应用前景。

AC/DC系统潮流计算的部分直流变量消除法

为克服AC/DC系统的潮流计算方法中的变量消除法的不足,提出了部分直流变量消除法.该方法的模型中将换流器等效为依赖于换流器端交流电压和控制角的PQ负荷.计算时,只需规定换流器直流侧的无功功率,而且当直流系统控制方式发生变化后不需重新推导Jacobian矩阵中的偏导公式.数值算例表明该方法具有较高的灵活性,与变量消除法相比计算效率可提高5%左右.

双向AC/DC变换器的单相系统控制与建模

基于单相双向AC/DC变换器的状态空间平均模型及输出波形特点,提出一种适用于建立系统控制模型的"平均值分离法"和"半周期平均法",通过解析分析和线性化处理,推导出其有关交流侧电流幅度和直流侧输出电压的传递函数模型和离散化控制模型,并进行稳态理论分析,为系统设计提供依据。通过样机实验波形证实了所得控制模型及理论分析结果的正确性与可行性。

AC/DC系统的一类微分代数模型

目前普遍使用的AC/DC系统的微分代数模型主要存在2大缺陷:①随着直流线路的增加可能出现"维数灾难"问题;②不易处理直流控制方式的切换,计算繁杂。针对这一问题,提出一种新的建模方法。该方法基于消元思想,先将换流器消耗的功率作为依赖于电压的负荷,求解直流系统方程,消除直流变量后,再建立AC/DC系统的微分代数方程(differential algebra equation,DAE)模型。该方法建立的交直流DAE模型不含直流变量,容易处理直流控制方式的切换,计算量小,计算速度快。此外,基于此模型讨论电压稳定的鞍结分岔点的计算。最后通过一个3机3母线的AC/DC系统算例和一个双馈入直流线路算例验证该建模方法的有效性。

三电平DC/DC、AC/DC基本试验方法研究

在分布式发电及微电网领域,随着系统容量和电压等级的不断提高,采用三电平拓扑结构的DC/DC和AC/DC变换器得到大量的应用,但是在国内外一直没有实现其试验方法的标准化。本文以三电平DC/DC和AC/DC变换器的基本试验方法为研究对象,结合多种应用场景,在充分考虑现有国内外测试技术规范的基础上,重点从并联试验、功率控制试验、电网电压或频率异常响应试验等方面展开研究,并提出可行性试验方案。

基于虚拟频率的隔离型双向AC/DC变换器最小电流应力控制策略

针对隔离型双向AC/DC变换器提出一种基于虚拟频率的最小电流应力控制策略。首先,分析了三重移相(triple phase shift,TPS)控制方法的开关特性,并设计了基于TPS的移相全桥最小电流应力控制算法。然后,针对输出功率与移相比呈非线性的特点,提出虚拟频率控制方法,该算法不仅可以将非线性控制简化为线性化,还可实现交直流变换器单级转换,有效减小中间母线电容,降低系统电流应力。最后,基于TMS320F28335的实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证。实验结果表明,当功率双向传输时,所提控制策略能有效地减小变换器的电流应力。

涂层的AC-DC-AC电化学加速试验评价方法及研究状况

为了能快速促进涂层失效,准确评价涂层耐蚀性能,介绍了AC-DC-AC电化学加速试验方法这种非传统的加速试验方法,回顾了AC-DC-AC电化学加速试验方法的研究历史和现状,分析了它的理论基础,讨论了该方法能加速涂层失效的机理以及试验方法中的三个关键过程,并在此基础上,对AC-DC-AC电化学加速试验方法的研究前景进行了展望。

基于改进GRA的AC/DC配电系统自治运行能力评估

交直流(AC/DC)配电系统具有交直流负荷高效供电、互动支撑、供电灵活等特点,使其成为未来配电网发展的必然趋势之一。AC/DC配电系统在电网紧急情况下可脱网自治运行,进一步提升配电网的供电可靠性,因此有必要对其自治运行能力进行评估分析。本文提出一种基于改进灰色关联度分析(gray relation analysis,GRA)的评估方法,用来评估AC/DC配电系统的自治运行能力。首先从多角度分析了影响AC/DC配电系统自治运行能力的关键因素;接着,从发电侧、网架侧、负荷侧和储能侧4个方面进行分析,建立了AC/DC配电系统自治运行能力综合评价指标体系;最后,利用基于熵值法的改进GRA方法对电网数据进行量化评估。仿真结果验证了本文提出的评估方法的有效性和客观性。

High-temperature characteristics of SiC module and 100 kW SiC AC–DC converter at a junction temperature of 180 ℃

High-temperature,high-power converters have gained importance in industrial applications given their ability to operate in adverse environments,such as in petroleum exploration,multi-electric aircrafts,and electric vehicles.SiC metaloxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET),a new,wide bandgap,high-temperature device,is the key component of these converters.In this study,the static and dynamic characteristics of the SiC MOSFET,half-bridge module,are investigated at the junction temperature of 180℃.A simplified experimental method is then proposed pertaining to the power operation of the SiC module at 180℃.This method is based on the use of a thermal resistance test platform and is proven convenient for the study of heat dissipation characteristics.The high-temperature characteristics of the module are verified based on the conducted experiments.Accordingly,a 100 kW high-temperature converter is built,and the test results show that the SiC converter can operate at a junction temperature of 180℃in a stable manner in compliance with the requirements of high-temperature,high-power applications.

基于首行波曲率半径的交直流互联电网交流输电线路单端量保护

交直流互联电网中逆变侧交流输电线路故障特征与纯交流系统具有较大的差异性,传统交流输电线路的保护方案已经不再适用于逆变侧交流输电线路.首先,基于逆变侧交流输电线路发生区内、外故障时拓扑结构的不同,分别推导了两种情况下线模故障分量电流首行波的表达式,理论上明确了交流输电线路在发生区内、外故障时首行波波形特征的差异性.其次,采用小波变换模极大值法和Levenberg-Marquardt算法提取首行波曲率半径,构造了利用首行波曲率半径进行故障区域识别的高可靠性单端量保护方案.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流互联电网模型,使用MATLAB对保护方案进行验证.仿真结果表明:所提保护方案快速有效,可靠性高,耐受过渡电阻的能力较强,具有良好的抗噪声能力.

考虑条件风险价值的交直流系统两阶段分布鲁棒低碳经济优化调度

考虑到海上风电出力的随机性以及日益突出的生态环境问题,以含柔性直流输电技术(voltagesource converter high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统为研究对象,提出了考虑条件风险价值(conditional valueatrisk,CVaR)的两阶段分布鲁棒低碳经济优化模型,构建了基于Kullback-Leibler(KL)散度的概率分布模糊集,同时利用条件风险价值量化了极端场景下的尾部风险,使得模型能够同时考虑概率分布不确定性以及处于最坏概率分布中极端场景下的尾部损失;此外,将阶梯型碳交易机制并入所提分布鲁棒模型中,通过合理利用柔性资源和储能装置,增强系统运行的灵活性,在兼顾运行风险的前提下,降低碳排放量的目标。再者,为了提高计算效率,在列和约束生成算法(column-and-constraint generation method,C&CG)和Multi-cut Benders分解算法的基础上提出了双循环分解算法。最后,在基于改进的IEEE RTS 79测试系统中验证了所提模型及算法的有效性。

含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算

由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动,所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形,为了使电网既能安全运行,又能实现经济调度,提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。模型以火电机组的总成本最小为目标函数,并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束,采用内点法进行求解。算例结果表明,引入误差场景后,虽然火电机组的总成本增加了,但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足,从而保障了电网的安全运行。

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型。该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统。建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解。通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性。

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。

计及VSC-HVDC的交直流系统最优潮流统一混合算法

进化类算法和内点法交替迭代的混合算法在求解含电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter basedhigh voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(optimal power flow,OPF)问题时由于截断误差的影响和VSC-HVDC控制方式的限制,容易发生振荡,因此提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)和原—对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)的统一混合迭代算法。算法的主要思想是以DE算法为框架,对离散变量进行优化,在DE算法的每一次迭代过程中,采用PDIPM对每个DE个体进行连续变量的优化和适应度评估。由于采用PDIPM进行DE种群适应度评估,无需设定VSC-HVDC的控制方式,因此提高了算法的全局寻优能力。多个算例结果表明,该混合算法数值稳定性高,寻优能力强,能很好地解决含两端、多端、多馈入VSC-HVDC的交直流系统最优潮流问题。

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。

交/直流薄膜方块电阻测试系统设计与分析

四探针法测量薄膜方块电阻具有测量精度高、稳定性好等优点,被广泛应用于薄膜器件制备、半导体微区掺杂等领域。为了提高薄膜方块电阻的测试速度及精度,以改进的范德堡法原理为基础,采用压控电流源方式输出稳定的电流,利用LabVIEW软件搭建了一套能使用交/直流测量薄膜方块电阻的测试系统。为了验证该测试系统的合理性及测试速度,选取Pt金属薄膜作为被测样品进行方块电阻的测量。测试结果表明,直流法和交流法都能精确测量薄膜方块电阻,直流法和交流法的单次测试时间分别为0378 s和0317 s,系统的测试速度优于商用280SI半导体设备。交流法测试Pt金属薄膜方块电阻的抗干扰能力比直流法强。该系统为被测样品选取合适的测试电流和测试方法提供了参考,对薄膜样品进行变温电阻率连续测量具有重要意义。

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。

基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。