新型SFCL与STATCOM在风电并网系统的联合应用研究

针对风电并网系统中发生三相短路故障电压跌落的问题,提出一种新型超导故障限流器(SFCL)与静止同步补偿器(STATCOM)联合应用的方法。通过搭建仿真模型,在电压稳定性改善与短路电流抑制两方面分别设置3种方案,将方案相互对比得出结论。在电压稳定性改善方面,新型SFCL与STATCOM联合控制效果最优;在短路电流抑制方面,单独利用新型SFCL控制效果最优。综合两方面考虑,利用新型SFCL与STATCOM联合控制对提高风电并网系统暂态稳定性效果最优,其不仅可以减小风电系统并网处母线电压跌落程度,还能抑制故障短路电流,维持系统暂态稳定。

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。

不失超型SFCL特性仿真分析

对不失超型SFCL限流时的线路电流变化曲线进行了理论分析和仿真计算 ,研究了其对节点测量阻抗和线路电流谐波特性的影响 ,并就动作电流对其特性的影响进行了详细分析。仿真计算结果表明 ,不失超型SFCL的阻抗虽然随着线路电流周期性变化 ,但对线路电流谐波特性的影响不大 ,完全可用于电力系统 ;

SFCL接入电网对接地短路阻抗继电器接线的影响

以电阻型超导故障限流器接入电网为研究对象,着重分析了接入超导故障限流器给原线路距离保护接地短路阻抗继电器接线方式带来的影响,并提出一种新的接线方式。采用基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,通过设置线路在不同位置处发生单相接地短路故障,仿真在新的接线方式下,超导故障限流器与距离保护装置的配合使用效果。仿真分析结果表明:在新的阻抗继电器接线方式下,继电器能够正确反映故障点到保护安装处的距离,测量阻抗误差大幅降低,超导故障限流器可以与线路距离保护正确地配合使用。

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。

比较两种SFCL对电力系统的影响

首先介绍了SFCL的分类,然后分别选取了电阻型SFCL和桥路型SFCL作为失超型SFCL和不失超型SFCL的典型,具体分析了电力系统中不同位置安装的这两种SFCL对电力系统暂态稳定、继电保护装置和自动重合闸的影响。

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。

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。

基于VSC-MTDC的大规模海上风电并网系统协调下垂控制方法

提升电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的传输功率和传输效率对于大规模风电并网而言至关重要。提出VSC-MTDC系统协调下垂控制方法,并制定3种典型的控制模式,从而实现风电场最优功率输送与VSC-MTDC系统效率的最大化。建立用于海上风电场并网的四端直流输电系统仿真模型,结果表明,所提协调下垂控制方法不仅能实现有功功率在VSC-MTDC系统中的最优分配,而且能稳定直流电压,增强VSC-MTDC系统的运行稳定性。

VSC-MTDC在风电场并网中的应用研究

针对VSC-MTDC在风电场并网中的应用进行研究:采用风速的统计模型、异步风力发电机组的稳态模型和暂态模型,在考虑风电场内各机组的地理位置分布因素的情况下,研究风电机组并网运行后风电场发生电压失稳机理。建立VSC-MTDC的数学模型,应用软件进行仿真,定量评估VSC-MTDC对此类型风电场并网的静态电压稳定性和暂态电压稳定性的改善情况。

VSC-MTDC系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

直流电压稳定是多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current transimisson,VSC-MTDC)系统稳定的前提。相比特征值法,采用阻抗稳定判据分析VSC-MTDC系统的直流稳定性问题具有建模过程简单和物理意义清晰等优势。建立了基于通用下垂控制的多端柔性直流输电系统的直流侧小信号阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了传输功率、下垂系数、线路长度、换流站直流电容对系统的稳定性的影响。根据稳定性分析,设计相应的仿真实验,验证了该分析方法的准确性。

基于BF行为的多目标分布估计算法优化配置SFCL

电力环网中超导故障限流器(SFCL)的优化配置需兼顾局部最优与全局最优之间的矛盾,研究满足收敛性和多样性要求的SFCL优化配置方法。针对现有方法遇到的局部与全局优化、单目标与多目标优化之间的矛盾,综合考虑电力环网内各条线路和全网对优化配置的要求,定义线路灵敏度系数指标,建立基于该指标的SFCL优化配置模型,详细研究了该模型的多目标分布估计算法的具体配置过程,提出一种基于细菌觅食行为的多目标分布估计算法(MEDA-BF)的SFCL优化配置方法。运用评价算法优化性能的收敛性和多样性指标进行算法性能的评估,所提方法的两个指标的均值和方差均小于现有方法,具有更快、更稳定的收敛性。对IEEE-30节点系统进行仿真,并与现有方法进行对比分析,所提方法使SFCL优化配置的目标函数更快速稳定地收敛到最配置目标,在实际配置SFCL方面优于现有方法。

面向风电场并网的VSC-MTDC频率控制策略研究

文中建立了基于VSC-MTDC的风电场并网三端系统,充分利用直流响应可控性强,速度快的优点,根据柔性直流输电对有功功率和无功功率独立、快速控制的特点,提出了用VSC-HVDC与发电机调速器协调控制的方法,通过对给定有功功率控制器附加频率控制来提高交流系统频率稳定性。理论分析和仿真结果表明该控制策略能提高多端柔性直流输电系统的频率调整能力,当系统受到扰动时,能有效的改善系统频率稳定性。

基于免通信的VSC-MTDC系统暂态无功控制策略

最新研究表明无功控制是提高VSC-MTDC系统暂态稳定的重要手段之一。然而,目前无功控制受通信延迟影响,暂态稳定控制效果欠佳。针对此,本文提出基于免通信的VSC-MTDC系统暂态无功控制策略。该策略充分利用直流侧电压降压控制中的局部辅助有功调制信息,仅需局部测量值即可估计得到全局频率加权值,并以该频率加权值作为换流站辅助无功功率控制的参考值进行控制。基于PSS/E对所提控制方法进行仿真验证,结果表明该方法与使用全局测量信息的控制策略性能相近,可显著提高系统暂态稳定性。

考虑VSC-MTDC动态稳定性约束的优化协调控制策略

为了解决多端柔性直流系统（VSC-MTDC）直流电压越限和功率分配不合理的问题,提出了一种与调度系统相结合的协调控制策略。通过调度系统进行短期负荷预测,并以所有下垂控制站的下垂系数、直流电压参考值和直流功率参考值为决策变量,以直流电压、直流功率和直流线路电流不越限为不等式约束,建立系统损耗和直流电压偏差最小为目标的多目标优化模型。此外,为了保证系统稳定性,通过建立反映VSC-MTDC直流侧响应的状态空间模型的方法,引入所有下垂系数之和为常数的等式约束。算例中搭建了四端VSC-MTDC系统,对定功率站的功率不变、功率突变以及计划停运等情形进行实验。结果表明,所提算法能在保证系统稳定的前提下,确保各节点直流电压波动范围为额定值的–5%~5%以内,同时保证各站的直流功率不满载。因此,所提算法能够优化VSC-MTDC的运行特性,可作为一种稳态调控或计划停运的控制手段。

基于改进遗传算法的含VSC-MTDC交直流混联系统最优无功潮流计算方法

针对多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统,提出一种基于改进遗传算法的最优无功潮流计算方法。该方法首先根据电压源换流器(voltage source converter,VSC)有功和无功独立控制的特点,建立了以直流线路和VSC为基础的直流系统潮流计算模型。将交流系统分为普通节点和特殊节点,建立含VSC-MTDC的交直流混联系统潮流计算模型;以VSC-MTDC系统节点电压偏差和系统有功功率损耗最小为目标函数,建立基于最大供电能力进行权重分配的多目标无功优化模型,并针对传统遗传算法的不足,利用改进的遗传算法对所建多目标优化模型进行求解;最后以1个含3端VSC-MTDC的交直流混联系统为仿真算例,对比所提无功优化方法与传统方法在多种工况下的优化结果,验证了所提方法的正确性和优越性。

计及功率控制模式的VSC-MTDC交直流并列运行系统概率潮流计算

在风电规模不断扩大的背景下,多端柔性直流输电(VSC-MTDC)成为一种灵活、经济的输电手段。本文以VSC-MTDC与交流电网共同构成的交直流并列运行系统为研究对象,分析并完成了计及多种功率控制模式的概率潮流计算方法。首先,建立含VSC-MTDC的交直流潮流模型;其次,在潮流计算中考虑实际调度场合下VSC-MTDC的多种功率控制模式,进一步基于拉丁超立方采样法计算概率潮流;最后,以广东南澳多端柔性直流输电系统作为算例,验证本文算法的有效性。

风电场经VSC-MTDC并网的交直流系统最优潮流计算

多端柔性直流输电是在两端柔性直流输电基础上发展而来,用于解决大规模风电并网难题。该文阐述了一种风电场经VSC-MTDC并网的最优潮流计算模型,利用场景分析法模拟风电场出力的波动性,以火电机组总的发电成本最小为目标,采用预测-校正内点法求解。算例结果表明,该模型具有良好的收敛性,引入场景分析法后虽然火电机组总的发电成本增加,但火电机组的快速调节能力能有效应对风电出力波动性,从而保证电网的安全运行。

基于连续潮流计算的VSC-MTDC异步互联电网换流站参数优化方法

针对由多端口柔性直流输电网络(VSC-MTDC)进行连接的异步互联电网,本文提出了一种基于连续潮流计算的换流站整定参数优化方法。该方法以全网静态电压稳定裕度最大化为优化目标,以分区断面传输功率恒定为等式约束条件,以遗传算法为计算核心,对各VSC换流站的整定控制参数进行优化。本文利用IEEE-RTS96仿真系统对所提优化方法进行验证。结果显示,本文所提方法可以在保证分区间传输功率恒定的前提下得到最优的换流站整定控制参数方案,有效提升系统的电压稳定性。

基于VSC-MTDC的城市电网增容研究

国民经济迅速增长、城市建设不断推进的进程中,城市用电设施以及工业产量急剧增加,使得用电负荷在城市中迅猛增长,造成城市中已有的支撑电源不足的问题。采用多端柔性直流输电系统(Voltage Source Converter based Multi-Terminal Direct Current,VSC-MTDC)对城市电网进行增容,这一输电系统相较于传统的交流输电来说,效率较高。通过对应用于城市电网增容中的这一多端柔性直流输电系统的换流站故障退出运行、静态稳定分析以及动态稳定分析研究,得出其既可以作为城市重要负荷的安保电源,又能够独立控制有功功率、无功功率,而且能较好地隔离受端电网故障,其正常运行状态相当于一个无惯性发电机,能够及时抑制电压波动,对提高电网的电能质量具有重要意义。通过PSCAD/EMTDC仿真验证表明多端柔性直流输电应用于城市电网增容的正确性和可行性。