基于MMC的三端柔性直流输电系统建模与仿真

研究了MMC的电路拓扑结构、运行特性以及充电原理,在PSCAD仿真平台上搭建了MMC在三端柔性直流输电系统中的模型。该三端系统由两个送端一个受端组成。两个送端均采用定有功功率和定交流电压的控制方式,受端采用定直流电压和定交流电压的控制方式。系统级控制器采用直流电压偏差控制。每个换流站都采用最近电平逼近调制方法控制模块投入与切除,采用排序的平衡控制原理均衡各子模块电容电压。对直流侧单极母线进行了接地故障仿真,并分析了对系统运行的影响。仿真结果同时验证了该模型的正确性,MMC能在三端柔性直流输电系统中稳定运行,各子模块电压波动较小,有功、无功控制量均能跟随控制目标,该模型所采用的控制策略的性能良好。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

混合三端直流输电系统受端交流故障穿越协调控制策略

以乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程为研究对象,考虑混合三端柔性直流输电系统因受端不同位置交流故障所致的直流过电压,提出相应的故障穿越协调控制策略。在受端主站发生网侧交流瞬时故障的情形下,通过设计混合型模块化多电平电压源换流器全桥子模块自适应负投入策略,实现了利用子模块电容短时过电压储能的能力来快速补偿站间直流电压的上升;短暂时延后,送端电网换相换流器通过定量调整电流指令值策略来减小子模块的不平衡充电功率。在受端主站发生阀侧交流故障的情形下,优先利用输电健全极的功率转代裕度来消纳故障极的部分不平衡功率;同时,故障极从站跟随主站半压运行,相应的高低压阀组切换至定电流及定电压模式,最终实现抑制站间过电流及减小盈余功率。仿真结果表明,2种故障条件下,所提的协调控制策略均可较快实现故障期间的功率平衡,有效抑制仅配备稳态基本协调控制策略下系统所出现的直流过电压现象,同时也基本维持了送端的总体有功传输容量。

受端电网故障下真双极柔性直流输电系统电压协同控制方法

盈余功率积累可能诱发基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统(high-voltage direct current based on the modular multilevel converter,MMC-HVDC)过压闭锁,乃至引发海上风电场机组失步或受端电网低频减载。现有降压或升频等直流电压控制方法仅针对伪双极接线,缺乏讨论不同控制模式的换流器间协同原则;且控制参考值未能自适应受端电网的故障严重程度,导致海上风电场有功功率调节过量。该文基于受端电网故障下MMC-HVDC平均值模型,解析了海上正负极换流器和风电场的功率耦合特性,提出了交流母线电压控制极换流器平衡换流站间有功功率,有功和无功功率控制极换流站抑制极间不平衡的协同原理。通过解析海上风电场在交流母线电压控制极换流器降压作用下的功率外特性,提出了恰好避免直流电压越限的临界交流母线电压计算方法。通过解析使得受端换流站有功电流受限的交流母线电压作为启动门槛,提出了受端电网故障下真双极MMC-HVDC电压协同控制方法。理论分析和仿真结果表明,所提方法令海上正负极换流器分别运行于临界交流母线电压和抑制极间不平衡的有功功率,可在避免直流电压越限的前提下,最大限度提升MMC-HVDC在受端电网故障工况下的有功功率传输能力。

改进生成式对抗网络下多端柔性直流输电系统

针对新能源在实施并网时,多端柔性直流输电系统运行过程中并网电力数据存在的噪声过多问题,会直接影响多端柔性直流输电系统的直流输电效果,为提升系统直流输电效果,采用改进生成式对抗网络设计多端柔性直流输电系统。根据直流输电系统结构建立系统整体框架,并对框架中的模块设计具体功能;通过基于改进生成式对抗网络去噪模块滤除系统直流输电时产生的噪声,提升系统直流输电时的输电效果;根据系统硬件模块功能设计结果,设计多端柔性直流输电系统模块控制器以及系统整体控制器,通过控制器的稳定控制,完成多端柔性直流输电系统的安全直流输出,实现系统的软件设计。实验结果表明,利用所设计系统在开展电力直流输电时,控制效果较好,电流在0 kA附近波动,电压最终控制为500 kV。

基于改进麻雀搜索算法的多端柔性直流输电系统有功潮流优化方法

文章提出一种基于改进麻雀搜索算法的多端柔性直流输电系统有功潮流优化方法,以最小化耗电量为目标,建立系统有功优化分配模型,减小网络损耗。通过约束有功功率,计算2条母线支架内的交流线路损耗值,得到换流系统的总损耗和系统的额定容量;计算直流功率向交流线路转移过程中所承受的冲击能力,得到在交流通道中的功率转移情况。同时,使用改进的麻雀搜索算法优化多端柔性直流输电系统的有功潮流,计算个体适应度并进行排序,选择最优的个体进行位置更新,并输出最优值,对交流网络的设备出力进行功率分配。实验结果表明,采用多端柔性直流输电系统潮流优化方法的节点电压均在0.92 p.u.以下,网络损耗量最小,具有较好的应用前景。

基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制

为解决异同步控制过程中谐波含量高、直流电压回归稳态时间长的问题,提出基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制。建立输电系统数学模型,描述多端柔性直流输电系统运行状态,利用MMC调节输电系统功率,完成不同状态下交流与直流异同步的输电方式,实现基于MMC的多端柔性直流输电系统异同步自动控制。实验证明,设计方法应用下输电系统谐波含量均下降至5%,系统直流电压回归稳态时间最快为0.36 s,具有良好的控制效果。

基于三端柔性直流的光热储能站与新能源场站功率协同控制策略

新能源基地大多经传统交流方式接入高压交流或直流外送通道,为解决大规模新能源经交流接入方式下并网容量小、损耗大,以及功率波动对电网稳定性影响等问题,构建了一个基于柔性直流输电并网的风电和光伏、光热储能及电网三端柔性直流系统。基于直流电压-有功功率特性,提出一种适用于该系统的站间协调控制策略,根据柔性直流输电系统的直流电压波动情况,调整光热储能机组的出力,以平抑风、光功率波动,降低其对电网的影响。针对光热储能侧换流站,采用直流电压裕度下垂混合控制策略,通过控制器参数配置,抑制控制模式切换过程中的暂态过电压,提高系统响应速度。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流系统仿真模型,验证所提控制策略的有效性。

构网型柔性直流输电系统附加阻尼控制器设计

构网型柔性直流输电系统对受端弱电网有较好的惯性支撑作用,但是也呈现出类似同步发电机的振荡特性,使系统的动态特性更为复杂。针对该问题,构建构网型柔性直流输电系统与受端电网的状态空间模型和传递函数模型,揭示构网型柔性直流输电系统在电网扰动下的振荡特性,并设计一种构网型柔直系统的附加阻尼控制器,该控制器仅利用构网型柔性直流输电系统自身的状态量即可对交直流混联系统的关键振荡模态进行阻尼。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建仿真测试系统,对所提控制策略进行测试,结果表明所提出的附加阻尼控制器能够有效提升系统对直流电压振荡和交流侧机电振荡的抑制效果。

计及多元因素新型柔性限流器在多端直流系统中的优化配置方法

已有限流器优化配置方法大多以电阻、电感型限流器为配置对象,且只考虑每条线路均配置限流器的工况,降低系统经济效益,因此提出一种计及新型柔性直流限流器(novel flexible fault current limiter,NFFCL)运行特性、位置、数量等因素的优化配置方法。首先基于换流站和NFFCL简化模型,构建含NFFCL直流系统故障电流计算模型,并在5节点直流系统验证其准确性;其次,以NFFCL成本、限流效果为目标函数,以断路器最大开断电流为约束条件,构建多目标优化配置模型,并对NSGA-Ⅱ算法中的拥挤度计算进行改进,以实现优化配置过程中NFFCL安装数量与容量的解耦;最后,采用改进拥挤度计算的NSGA-Ⅱ算法求解得到11节点直流系统的NFFCL优化配置方案,并通过限流器成本、安装数量、限流效果之间的关系选取最终方案。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

计及直流电流暂态冲击的柔性直流输电系统改进卸荷保护方法

针对卸荷可能诱发半导体器件过流闭锁,威胁交直流混联电网安全稳定的问题,提出1种计及直流卸荷动作特性的基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)等值模型,推导了由换流站电容、直流线路和泄能电阻构成的二阶放电回路的电流时域解析式。通过分析故障换流站有功功率不同受限程度下直流电压的振荡特征及其影响因素,发现了相同故障持续时间下卸荷电流峰值与投切频率负相关,计算计及暂态冲击电流的卸荷投入门槛,进而提出了计及卸荷电流冲击的MMC-HVDC改进卸荷保护方法。算例表明,所提方法能有效抑制卸荷引发的暂态冲击电流,降低交流故障持续时间内卸荷投切频次,提高MMC-HVDC交流故障穿越的可靠性。

多端柔性直流系统中配电电压下垂自动化控制系统

针对多端柔性直流系统安全稳定运行的问题,提出一种通过电压下垂控制结合潮流最优模型的控制方式。通过电压下垂控制进行交流侧有功功率的计算,以解决换流器产生的损耗与有功功率之间的耦合。经过分析验证,该方法能够提高电压下垂控制下潮流最优系统的适用性、有效性以及准确性。

基于奇异值分解的柔性直流输电系统短路故障识别方法

常规的输电系统短路故障识别方法以故障波形变化识别为主,受到输电系统运行状态的影响,故障识别存在一定的误差,为此设计了基于奇异值分解的柔性直流输电系统短路故障识别方法。提取柔性直流输电系统短路故障特征,包括正常运行状态的正序分量特征与故障状态下的负序分量特征,保留负序分量转化为频域形式,便于后续故障识别。使用奇异值分解识别输电系统短路故障区间,将故障区间分为区外故障识别与区内故障识别两部分,利用奇异值的稳定性作为故障区间的识别依据,从而实现短路故障的精准识别。经仿真实验验证,该方法具有较高的识别精准度。

电力系统自动化中的柔性直流输电技术研究

本文研究了电力系统自动化中的柔性直流输电技术,重点探讨了柔性直流输电技术在电力系统中的应用及其优势。通过深入了解电力系统自动化和柔性直流输电技术,对电力系统的优化运行和稳定性提升起到了积极的作用。对柔性直流输电技术的原理和工作机制进行了详细介绍,阐述了其在电力系统中的重要作用。通过对柔性直流输电技术的研究和实践,为提高电力系统的效率和可靠性提供了技术支持。提出了一种有效的柔性直流输电技术的应用方案,为电力系统的发展和现代化提供了重要参考。本研究对柔性直流输电技术的深入探讨和实践经验,将有助于电力系统的智能化发展,提高电力系统的运行效率和安全性。

多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法

精准可靠的输电线路故障定位方法对于维持多端柔性直流系统稳定运行至关重要。为解决过渡电阻、行波色散对线路测距的干扰,有效提高输电线路故障定位精度。以先定区段再定位的思想,提出一种采用小波包奇异熵和一维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法。在接地故障发生时,提取不同区段线模电压组成特征向量,结合1D-CNN分类模型完成区段识别。故障区段确定后,利用小波包奇异熵提取故障区段双端线模电压的深层故障特征,并基于特征提取结果建立1D-CNN回归模型进行故障定位。为避免模型训练时陷入局部最优,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对1D-CNN模型进行参数寻优。利用PSCAD/EMTDC建立±500KV四端柔性直流仿真系统模型,进行了多种工况的单极接地故障仿真与定位性能测试。仿真结果表明,所提定位方法具有良好的耐过度能力,在50kHz的采样频率下定位误差保持在0.22km以内。

基于交直流混合导纳的多端柔性直流输电系统谐振稳定性分析

多端柔性直流输电系统的换流器增加使得网络的拓扑结构日益复杂,谐振不稳定性的问题越来越突出,传统的直流导纳分析法不能够有效分析交直流侧的耦合作用,无法区分由交流侧、直流侧还是交直流耦合作用等不同原因引发的系统不稳定问题。基于交直流混合导纳,建立了多端柔性直流输电系统的稳定性评估模型。在此基础上,引入基于行列式的广义奈奎斯特判据对系统稳定性进行判定并对引发系统不稳定的不同原因进行分类,其中包括交流侧、直流侧和交直流侧耦合的相互作用。针对不稳定系统,提出了一种可以有效识别引发系统不稳定原因的方法。针对不同原因引发的系统不稳定,给出了不同的阻抗重塑策略,对由不同原因引发的系统不稳定进行维稳,结果表明所提方法最终能够有效识别引发系统不稳定的原因并能维持系统稳定性。

级联多端特高压直流控制保护系统配置及策略

该文针对金上直流工程主回路拓扑结构与运行方式的特点,设计了送端分址级联多端特高压直流控制保护系统的配置方案;提出送端分站的高、低压换流器的电压平衡控制方案,根据送端两站间通信条件,切换采用附加电压平衡控制的触发角协调控制和串联两换流器一个定电压、另一个定电流的控制策略;基于送端分站级联拓扑,研究了其直流保护功能配置方案,并提出针对送端站1内的极区/换流器区故障或者送端两站之间直流线路永久故障的快速清除方法。基于控制保护工程样机的RTDS闭环仿真结果表明,该级联多端特高压直流控制保护系统可以满足实际工程应用的要求。

三端直流输电系统一送二方式下解锁与极投入时序研究

三端直流输电系统一送二方式下解锁和极投入过程中,整流站和任一逆变站解锁后,系统直流偏置电压会对第三站的解锁过程产生影响。基于工程案例,分析直流偏置电压导致第三站解锁不成功的原因,研究解锁时序,提出解决方案,并进行仿真分析论证。