不平衡网压下M-DCPFC脉动功率分配控制策略

在多端直流配电网中,变换器的交流侧发生网压不平衡会导致其直流侧产生2倍频脉动,从而影响配电网中敏感负荷的供电电能质量。针对该问题,以适用于多端直流配电网的直流潮流控制器(DCPFC)为研究对象,提出一种不平衡网压下的脉动功率分配控制策略。在DCPFC各端口处加入针对2倍频脉动的虚拟阻抗,可以实现2倍频脉动功率在任意线路上的自由分配,以减小对敏感负荷的影响。各端口加入的虚拟阻抗以线路损耗最小为原则进行设计,并利用根轨迹法进一步精确虚拟阻抗的选取范围,使其在分配脉动功率的同时不会影响系统稳定性。通过仿真和实验验证所提控制策略和设计方法的有效性。

面向新型电力系统的常规直流在线潮流反转应用启示

高压直流输电系统是中国大范围能源资源优化配置的主体。现有常规直流潮流反转以直流闭锁方式下电压极性反转为核心,难以满足含高比例新能源的新型电力系统跨分区的灵活调节互济和暂态稳定支撑需求。文中面向国内跨异步分区互济需求,结合国外常规直流柔性调节应用经验,提出面向常规直流的新型在线潮流反转技术,可以显著提升常规直流的柔性调节能力。基于标准两区域异步互联系统和南方区域极端场景,验证了所提在线潮流反转控制的有效性。所提方法对于构建直流异步互联跨区域互济体系具有重大意义。

基于七阶NR法与Broyden方法的柔性直流系统潮流新算法

目的 为了解决当前柔性直流输电系统潮流算法求解效率低的问题,方法 首先提出基于七阶NR法的潮流算法,该算法相较于传统的潮流算法具有更高的收敛阶数,可以有效减少迭代次数,提高算法效率;其次,针对七阶NR法单步迭代计算量大的问题,提出基于七阶NR法与Broyden方法的改进算法,利用七阶NR法突出的收敛特性,减少迭代次数,同时保留Broyden方法单步迭代计算成本较低的优势,避免浪费计算能力,使计算效率得到较大提升;最后提出一种经验法则,以确定改进算法中高阶NR法的迭代次数。结果 使用经典和改进算法对修改后的IEEE标准算例进行仿真测试,结果表明:与经典NR法相比,交流和直流的改进算法潮流计算结果最大误差分别为1×10^(-8)和2×10^(-8);平均计算时间方面,在IEEE-14、IEEE-30、IEEE-57、IEEE-118共4种算例系统下,改进算法的平均计算时间比经典NR法的减少了约61%;当算例系统由双端变为三端和双馈入后,改进算法的迭代次数保持不变,计算时间分别增加0.352 ms和0.636 ms;在重负荷情况下,改进算法的计算效率最高,且预设迭代次数较简单,当负荷值达到2.992时,其计算时间仅为经典NR法的60%。结论 本文的改进算法具有与经典NR法相同的精确性,但在计算速度方面更有优势,且更有利于在重负荷等极端情况下使用。

基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制研究

直流电源各模块之间的参数存在差异,导致模块化直流电源并联运行时存在环流问题。为解决该问题,研究了基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制。文章在模块化直流电源并联运行过程中检测模块间环流,设计一种纯阻性的虚拟阻抗,并加入直流电源并联系统控制结构。通过调整虚拟阻抗来抑制并联电源模块间环流,实现模块化直流电源并联均流控制。实验结果表明,设计方法下各并联直流电源模块之间负载电流的最大偏差仅0.58 A,可以实现良好的均流控制。

适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制技术,在分析已有直流潮流控制技术基础上,文中提出了一种适用于多端柔性直流输电系统的线间直流潮流控制器,其具有结构简单、所需元器件少以及无需外部电源等优点。对一个包含该线间直流潮流控制器的三端环网式直流输电系统进行研究,分析了该控制器的工作原理及运行特性。在PSCAD/EMTDC中搭建了该系统的仿真模型,对其进行稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该线间直流潮流控制器在多种工况下都可以有效地实现直流潮流控制,并保持良好的稳定性。

基于网损等值负荷模型的改进直流最优潮流算法

交流最优潮流因需要处理大量非线性约束,求解效率不高,且在求解含有小阻抗支路和重负荷特征的病态电力系统时,容易出现不收敛的情况;而直流最优潮流计算速度快,可以处理病态电力系统,但是计算精度较低。基于此,文中提出了基于网损等值负荷模型的改进直流最优潮流算法。该算法首先采用网损等值负荷等效替代线路网损,有效地提高了原有直流模型的计算精度;然后使用简化原—对偶内点法进行求解,提高了算法的计算效率。通过对IEEE 30节点、IEEE 300节点、Polish 2736节点和Polish 3120节点系统的测试,证明了所提算法不仅有着较高的计算精度和效率,而且在不依赖于交流潮流解的基础上对于病态电力系统具有较强的处理能力。

含VSC-MTDC的交直流混合系统的改进潮流算法

在基于电压源换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电的稳态模型的基础上,导出了含VSC-MTDC的交直流混合系统潮流计算的数学模型,并针对统一迭代求解法和交替迭代求解法这2种算法存在的不足,提出了改进交替迭代求解法.该算法从数学表达形式上严格解除了交流变量和直流变量之间的耦合关系,同时还可以高效利用已有的纯交流系统潮流求解程序,保证了算法的精度和收敛性.IEEE-14,IEEE-30,IEEE-57节点标准算例的仿真结果表明该算法是有效的.

模拟退火算法在输电网络扩展规划中的应用

输电网络扩展规划是一个非线性组合优化问题,文中用模拟退火算法有效地解决了该问题。首先用直流潮流模型建立该问题的非线性整数规划模型,然后用模拟退火算法求解该模型的最优解,并对具体实施步骤作了多处优化改进。最后,通过分别对Garver 6节点和IEEE 24节点两个算例的测试,并与Lingo软件得出的计算结果做比较,表明改进的模拟退火算法能更快搜索到较优可行解。

交直流迭代法求解含网损节点边际电价

直流最优潮流计算节点边际电价的方法已经很成熟,但由于其对电力系统进行简化计算,因此,优化结果与实际运行情况不符。采用交流最优潮流计算节点边际电价,目前工程实用化并不广泛。为此,提出交直流迭代求解含网损节点边际电价。该方法采用直流最优潮流模型进行有功经济功率分配,采用交流模型计算精确潮流和网损。两者交互迭代,直到收敛后采用转置雅可比矩阵法计算网损微增率,结合直流最优潮流得到的节点边际电价计算含网损的节点边际电价。通过IEEE14节点和IEEE118节点算例验证了所提出的方法的可行性,并分析了参考节点对该方法的影响。算例计算结果表明该方法经济意义和物理含义明确、计算简单,适合工程应用。

考虑非对称运行和受端分层接入的特高压直流潮流建模

特高压直流(UHVDC)系统运行方式不同,导致潮流建模中两侧约束方程和直流变量不同,需区别对待。在分层接入模式下,逆变侧连接系统参数和运行工况不同的两个交流电网,同一极高低端换流器参数需独立设定。文中建立了含UHVDC的交直流电网潮流模型。区分对称运行和非对称运行方式,基于每种运行方式下系统的对称性,确定独立直流变量,推导变流器等值功率,建立潮流约束方程。分层接入模式下,根据系统容量和两受端电网的传输功率重新划分UHVDC的运行方式,建立其潮流模型。推导不同功率转移方案下直流系统参数的变化,对比其对电网潮流的影响。通过两区域IEEE RTS-96测试系统,验证了所提模型的可行性和正确性。

基于接口修正方程的含柔性直流大电网解耦潮流算法

含柔性直流的大电网潮流计算是深入研究柔性直流运行特性的基础。潮流算法主要包括交直流联立求解算法和交直流交替求解算法两类。前者无法利用已有的交流计算程序,扩展性差;后者存在收敛性差、有交替误差等缺点。基于接口修正方程技术,构建了含柔性直流的大电网解耦潮流算法。通过把换流器交流侧和直流侧的节点分裂开,形成换流器、交流网络和直流网络三部分,利用交流网络、直流网络各自与换流器之间的接口修正方程,实现交流电网和柔性直流的潮流计算解耦。该算法可弥补常规算法的不足,同时具备扩展方便和收敛性好的优势。实际的柔性直流工程算例结果验证了方法的正确性及上述优点。

电力系统输电线路抗冰除冰技术研究进展综述

输电线路覆冰将对电力系统产生严重的危害,基于此,总结了清除线路覆冰的热力融冰技术、机械除冰技术和通过改变导线结构、材料的其他辅助手段除冰的方法,并结合我国线路覆冰事故的具体情况进行了可行性讨论分析,总结了现有各项除冰技术的不足,并指出了今后发展的趋势和研究方向。

电网连锁故障的激发因素研究

以直流潮流算法为基础,针对电网潮流转移引发连锁过载的一类连锁故障,详细分析了电网连锁故障的激发因素,指出在电源容量和负载一定的前提下,当初始开断事故发生后电网的初始潮流、电网的拓扑结构、电网的支路参数以及初始开断位置等因素是引发新的开断事件发生进而激发连锁故障事故发生的主要因素,针对引发连锁故障的极限潮流状态,提出了一种实用求解方法,并在IEEE-14系统上进行了算例分析,研究表明,激发连锁故障的极限潮流状态并不是唯一,但可以根据实际情况,求出一些合理、可信的极限潮流状态,从而对运行实践提供指导。

基于暂态能量流的MMC-HVDC电网故障限流器和接地方式综合优化

直流短路故障电流的迅速上升,严重制约了基于半桥子模块的模块化多电平换流器高压直流(MMC-HVDC)电网在实际工程中的应用。从故障限流器和接地方式都是通过增大故障回路电阻或电感进行限流的本质出发,提出了基于暂态能量流的故障限流器和接地方式的综合优化方法。该方法以暂态能量流抑制率和抑制效率为目标函数,以故障限流器、接地方式和中性线电抗为优化变量构建最优化模型。以四端双极型MMC-HVDC电网为例,在PSCAD/EMTDC仿真系统中对直流侧单极接地故障条件下的故障限流器和接地方式进行优化设计。结果表明,所选参数能够有效降低直流故障电流和桥臂电流,同时兼顾健全极过电压约束,为直流电网的故障限流器、接地方式和中性线电抗的多参数综合优化配置提供参考。

基于改进内点半定规划算法的拟直流最优潮流

拟直流最优潮流(quasi direct current optimal power flow,QDCOPF)模型将复杂的非线性规划问题线性化处理,使得问题模型结构简单,求解速度快,但是计算精度偏低。基于此,提出一种基于改进内点半定规划(modified semidefinite programming,MSDP)算法的QDCOPF。一方面,该算法采用半定规划(SDP)算法求解QDCOPF模型,充分利用了SDP鲁棒性强,对初值不敏感和可以收敛到全局最优解的优良性质;另一方面,对映射到SDP模型中的变量进行优化重组,将具有代数关系的变量组成一个变量组,形成一个程序运行子块,加强模型块内部变量联系的同时,减小模型块间变量的耦合。对IEEE 30、118、300节点系统的仿真测试结果表明,基于MSDP的QDCOPF算法比传统QDCOPF的求解算法具有更高的计算精度和计算效率,从而验证了所提算法的可行性和高效性。

基于简化预测—校正内点法的拟直流最优潮流

在大规模电力系统最优潮流的在线计算应用中,传统直流最优潮流算法虽然有着很高的计算效率,但是由于其完全忽略了电压和无功功率的影响,计算结果精度偏低。文中通过引入无功功率来修正有功功率平衡方程,提出了基于拟直流模型的最优潮流算法。为进一步提高计算效率,提出了一种简化预测—校正内点算法,该算法通过对最优潮流模型中不等式约束进行简化处理,形成只含上限约束的广义不等式约束,大大简化了程序的编写。通过对IEEE 30,118,300节点系统以及Polish 2 736,3 120节点系统的仿真测试,验证了算法的可行性和有效性。

电动汽车双向阻抗源逆变器控制系统设计

分析了双向功率流阻抗源逆变器系统工作原理、脉冲调制方式。采用开关信号流图方法建立了统一的控制系统模型,从稳态直流模型推导出系统额定工作点,从动态小信号模型推导出系统传递函数。阻抗源逆变器控制系统是含有二维参数的非线性系统,对相互关联的2个控制变量(直通占空比D和调制系数M)进行动态解耦,对解耦系统设计了电压电流双环控制器以提高系统的动态性能和稳定程度,基于伯德图分析了控制系统的稳定性和动态特性。研制了一台55kVA双向功率流阻抗源逆变器,实验结果表明,系统具有优良性能,可以有效应用于电动汽车和可再生能源发电系统等领域。

基于PSASP/UPI的VSC-HVDC系统潮流控制建模与仿真

提出一种采用节点电流注入法含双端VSC-HVDC的交直流混合系统潮流控制交替求解新方法,交流系统与VSC-HVDC系统通过注入电流接口并交替求解,VSC-HVDC系统根据不同控制方式计算注入电流.对定交流母线电压控制通过无功注入电流反馈控制解决了交流母线电压参考值在交流系统潮流计算中不能直接给定的问题.本文所提新方法可借助电力系统分析综合程序(PSASP)的用户程序接口(UPI)功能实现含VSC-HVDC系统的潮流控制计算.通过新英格兰系统验证了本文所提方法的可行性及有效性.所提方法无需针对VSC-HVDC的各种控制方式改变VSC-HVDC两侧交流母线的节点类型,控制灵活;无需修改常规潮流计算的雅可比矩阵,程序编写量小,交直流接口清晰且通用性好;对利用商业软件进行含VSC-HVDC的实际电网潮流控制计算有参考价值.

含分布式电源的配电网纵联方向新判据分析

针对分布式电源(DG)大量随机接入使配电网线路故障位置难以判别的的问题,首先将故障前瞬时潮流方向作为动态正方向,定义了保护线路输入与输出动态端口;然后分析了动态端口互换与潮流方向以及故障方向与故障前后电流的关系,提出了基于动态端口互换与故障前后正序电流相量比判断故障方向的纵联保护新判据,并给出了本保护范围内故障动作信息双端发送,非本保护范围内故障动作信息单端发送的新规则;最后对故障进行仿真验证,表明该判据能判断故障发生的位置,并依据新规则传递动作信息,降低了成本和通信实时性的要求。

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。