Optimal Coordinated Operation of Distributed Static Series Compensators for Wide-area Network Congestion Relief

Relieving network congestions is a critical goal for the safe and flexible operation of modern power systems, especially in the presence of intermittent renewables or distributed generation. This paper deals with the real-time coordinated operation of distributed static series compensators(DSSCs) to remove network congestions by suitable modifications of the branch reactance. Several objective functions are considered and discussed to minimize the number of the devices involved in the control actions, the total losses or the total reactive power exchanged, leading to a non-convex mixed-integer non-linear programming problem. Then, a heuristic methodology combining the solution of a regular NLP with k-means clustering algorithm is proposed to get rid of the binary variables, in an attempt to reduce the computational cost. The proposed coordinated operation strategy of the DSSCs is tested on several benchmark systems, providing feasible and sufficiently optimal solutions in a reasonable time frame for practical systems.

提升高渗透率新能源电网承载能力的DSSC优化配置

为实现碳中和碳达峰目标,全球能源体系加速转型,未来新能源将在电力系统中起着至关重要的作用。高渗透率新能源并网引起的输电线路阻塞问题将成为限制新能源并网规模以及系统承载能力的主要原因。提出了两阶段协调优化分布式静态串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)配置来提升高渗透率新能源电网承载能力的方案。首先提出电网承载能力指标并构建DSSC的数学模型,以单个规划周期内最大化系统承载能力为目标对接入系统的DSSC进行规划配置。其次以系统配置成本最低为目标来优化DSSC的安装位置及数量,提升高渗透率新能源并网后系统的承载能力。最后,通过IEEE-RTS79节点系统和实际电网仿真分析对所提方法进行了验证。相比于采用静态串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC),DSSC可充分利用输电通道容量,有效减少因线路阻塞所造成的新能源丢弃,提升高渗透率新能源并网后系统的承载能力,助力实现双碳目标。

抑制分布式静止串联补偿器对线路保护影响的方法研究

分布式静止串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)通过调节注入线路的电压可改变线路功率,优化电网潮流分布。针对现有交流线路保护算法难以适应DSSC串入线路运行的问题,提出了抑制DSSC对线路保护影响的方法。首先,分析了DSSC对交流线路保护的影响,证明了DSSC注入电压可能改变距离保护的阻抗测量值,导致距离保护有拒动或误动的风险。然后,提出了利用DSSC本体过流保护快速将DSSC旁路、或基于故障辅助判据主动将DSSC注入电压降为0的方法,以抑制不同类型的线路故障时DSSC对线路保护的影响。最后,基于硬件在环RTDS实时仿真平台以及浙江湖州DSSC示范工程现场进行试验,验证了所提抑制DSSC对交流线路保护影响的方法的有效性。

分布式静止串联补偿器相间协调控制方法

分布式静止串联补偿器(DSSC)是一种串联型分布式柔性交流输电装置,功率模组串联接入交流线路。为快速、平稳地处理DSSC的各相模组故障,本文提出相间协调控制策略,通过引入热备用控制机制,在三相DSSC的某一相出现模组故障后,将非故障相指定模组转为热备用状态并输出零电压,同时提升各相正常模组的输出电压,从而保持DSSC输出总电压不变,在避免对交流电网造成不平衡扰动的同时,保证模组故障不影响线路稳态潮流。在湖州分布式潮流控制器(DPFC)示范工程中,通过开展模组故障模拟试验,验证了相间协调控制方法的可行性和有效性。

含高渗透率海上风电电网的DSSC优化配置与运行控制策略

随着海上风电并网规模的不断增大,高渗透率风电引起的线路潮流阻塞问题已成为制约风电并网规模的重要因素之一。针对高渗透率海上风电区域的输电线路阻塞问题,文章提出一种含高渗透率海上风电电网的分布式静态串联补偿器(DSSC)优化配置与运行控制策略。该策略包含两个阶段:第一阶段为考虑多场景下DSSC的优化配置,以线路阻塞程度最小为目标,确定DSSC的配置地点与容量;第二阶段为DSSC的运行控制,利用DSSC的潮流控制能力,优化调度系统中的发电机,降低系统运行成本,并考虑系统在出现风电水电高出力场景下DSSC的运行控制,从而提高系统可再生能源的消纳。仿真结果表明,与采用静态串联补偿器(SSSC)和不采用柔性交流输电(FACTS)设备相比较,所提策略可降低系统的运行成本,提高可再生能源的消纳水平。

集中布置型DSSC的交流线路故障穿越策略

分布式静止串联补偿器(DSSC)是一种可改善电网潮流分布、提升线路传输能力的串联型补偿装置。当DSSC所在交流线路发生瞬时短路故障时,产生的故障电流会直接流经DSSC的功率模块。为避免故障电流损坏功率器件,采用了超快速故障闭锁策略,通过故障电流越限监测,在故障初期快速闭锁并旁路DSSC。在交流线路短路故障恢复后,为实现DSSC自动恢复初始运行状态,提出了故障重启策略,按照一定的顺序快速重启DSSC,并恢复故障前运行状态,从而实现交流线路故障穿越。进一步,在湖州DPFC示范工程中,通过实际开展交流线路单相瞬时短路故障试验,验证了上述故障穿越策略的可行性和有效性。

采用源流路径电气剖分信息的DSSC成本分摊研究

分布式静止补偿器(DSSC)是一种新型的解决线路阻塞的分布式柔性交流输电(D-FACTS)设备。为研究DSSC参与阻塞调度后的成本费用分摊问题,提出了一种基于电气剖分方法的DSSC成本分摊策略。利用电气剖分信息量确定引起线路阻塞的电源和负荷并定量计算相应源荷的阻塞责任因子,并依据阻塞责任大小将DSSC的成本费用分摊到各电源和负荷上。最后基于IEEE 39节点系统进行仿真验证,算例结果表明本文所提方法能通过电源和负荷参与成本分摊合理地回收DSSC的成本费用。

一种分布式潮流控制方法研究

将用于统一潮流控制器串并联变流器间有功功率交换的公用直流电容去掉,在串联侧采用分布式串联补偿技术,形成一种分布式潮流控制方法。根据不同频率分量叉乘的积分为零,不同频率下的有功功率彼此独立的特性,得出变流器吸收某个频率的功率,可以发出等量的其他频率功率的结论。基于该结论,使用在三相系统中彼此独立的3次谐波,通过输电线路取代被去掉的公用直流电容实现该分布式潮流控制器串并联变流器间有功功率的交换。仿真结果表明:该装置不仅具有统一潮流控制器的所有功能,而且由于串并联变流器的彼此独立及串联侧多个变流器的使用,提高了装置的可靠性、降低了装置的成本。

基于集中控制的分布式潮流控制器策略研究

作为解决柔性交流输电系统(FACTS)装置可靠性低、维护成本高等问题的可靠手段,分布式柔性交流输电技术(D-FACTS)以其灵活快速的特点成为FACTS研究的热点方向。文中从分布式串联电抗器(DSR)和分布式静止串联补偿器(DSSC)的结构和原理出发,将DSSC和DSR的工作方式相结合,得到分布式潮流控制器(DPFC)方案。该DPFC子控制单元使得阻抗调节兼具连续性和分级性的特点,在系统层面以集中控制的方式进行子单元整体投切和连续控制。文中提出了基于该方案的“DSSC+”集中控制、分布安装的DPFC系统架构,具体研究了基于在线负反馈的系统控制策略,并通过实时数字仿真算例验证了该策略的有效性,为该方案的工程应用提供理论支撑。

基于RTDS的分布式静止串联补偿器建模与仿真

该文阐述了分布式静止串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)的研究现状和原理。提出了基于DSSC优选主电路拓扑的参数设计方法,以及DSSC的直流电压稳定、线路补偿控制策略。在RTDS实时仿真环境下建立仿真模型,从容性、感性以不同工作状态之间的切换等几个方面,全面验证了DSSC本体控制策略与潮流调节功能,为后续研究和工程示范提供理论指导。

级联H桥分布式潮流控制器的电压、阻抗和功率等值建模

级联H桥分布式潮流控制器(Distributed Power Flow Controller,DPFC)无需使用升压变压器,可以直接串联进高压交流输电线路对线路有功功率进行控制。本文深入分析了分布式潮流控制器的电压和电流相量关系,建立了感性工况和容性工况通用的级联H桥分布式潮流控制器稳态数学模型,提出了分布式潮流控制器的电压、阻抗和功率的等值变换模型,其中阻抗等值模型可以将分布式潮流控制器输出电压与其等值电抗进行等值变换,功率等值模型可以将分布式潮流控制器输出电压与其串联线路首端或末端输送功率进行等值变换,用于对分布式潮流控制器的运行潮流、参数选型等进行计算分析。电磁暂态仿真结果验证了分布式潮流控制器等值模型的准确性,当分布式潮流控制器输出电压增大时,其等值电抗也将增大,线路输送有功功率将减小。

基于H桥级联D-SSSC实现的多端口电源潮流控制

针对传统静止同步串联补偿器(SSSC)应用于分布式电源(DGs)系统中存在的电压等级、系统损耗及模型差异等问题,提出一种基于H桥级联分布式SSSC(D-SSSC)实现的DGs系统潮流控制方法。首先,在建立DSSSC统一数学模型的基础上,指出多电平级联拓扑对于DGs中压电网的适用性。在此基础上,指出D-SSSC同一时刻对有功、无功功率调节的唯一性特征,并对比两种直流母线电压(定、变直流母线电压)控制方法。最后,基于1 000 kW双端供电DGs输电系统进行D-SSSC实验,结果表明D-SSSC对DGs输电系统潮流控制的可行性。此外,变直流母线电压对提升D-SSSC系统运行效率及抑制电磁干扰(EMI)具有一定积极意义。

分布式灵活交流输电技术

阐述分布式灵活交流输电技术(distributed flexible AC transmission systems,D-FACTS)的概念和应用现状,从功能、结构、可用率等多个方面比较D-FACTS与FACTS,重点分析D-FACTS控制器的2种最具代表性的主电路结构——分布式串联电抗(distributed series reactance,DSR)和分布式静止串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)。提出基于复合开关的D-FACTS装置投切策略、控制与保护的基本策略以及控制保护与通信的实现方式。最后在系统层面和设备层面上总结并提炼出D-FACTS技术中的几大关键技术问题,并针对所述问题给出合理化建议。

计及DSSC的含新能源电网静态电压稳定性分析

受大规模新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,高渗透率新能源并网后的静态电压问题逐渐影响到电力系统的安全稳定运行。伴随着电力电子器件的发展,柔性交流输电技术(flexible AC transmission system,FACTS)在调节线路潮流、改善静态电压稳定性方面的研究更加深入。文章探讨计及分布式静态串联补偿器(distributed static series compensator,DSSC)的新能源电网静态电压稳定性,从系统静态电压稳定性方面评估DSSC发挥的潮流控制效能。首先分析DSSC的等效电路及工作原理,并基于DSSC的等效功率注入模型得到潮流计算方程;其次,基于潮流计算方程提出能够反映系统静态电压稳定性的效能评估指标,计算分析接入不同容量新能源对静态电压稳定性的影响;最后通过IEEE 30节点系统对所提方法进行仿真验证,结果表明,DSSC能够有效调节薄弱节点电压,提升新能源电网的安全稳定性。