中压柔性直流配电系统故障暂态仿真研究

文中针对±10 k V/1 k A柔性直流配电系统进行仿真分析,包括直流系统仿真参数设计、结构选取,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时直流系统暂态变化的情况,并结合系统侧参数分析了各因素对暂态过程的影响。仿真结果表明,系统参数对故障暂态电压电流的变化有较大的影响;直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,对系统参数设置和器件及设备选型有一定的参考价值。

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

面向中压直流配电网的模块化多电平电池储能系统电荷吞吐量抑制策略

模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter-battery energy storage system,MMC-BESS)中各子模块功率周期性波动,与其相连的电池组充放电状态频繁切换,产生额外的电荷吞吐量,危害电池储能系统寿命。当MMC-BESS用于中压直流配电网时,其交直流侧功率传输情况复杂多变,增大电荷吞吐量的抑制难度。因此,文中针对中压直流配电网中的MMC-BESS,提出一种基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略。首先,构建中压直流配电网中MMC-BESS的数学模型;其次,剖析MMC-BESS电荷吞吐量的产生机理,分析不同运行方式下电荷吞吐量的影响因素;再次,提出基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略,以系统总电荷吞吐量最小为目标,选取不同工况下需注入的最优二倍频环流分量;最后,多种工况下的仿真及实验结果表明,所提方法可有效抑制中压直流配电网中MMC-BESS的电荷吞吐量。

基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统稳定性分析

中压直流柔性互联配电系统作为连接高压输电网和低压直流配电网的纽带,可实现源-网-荷-储的灵活接入,适用于未来城市能源互联网。建立了基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统小信号等效电路,推导了中压直流端口的阻抗模型,通过对比仿真测量与解析计算结果验证所建模型的准确性,并利用所建精确模型进一步研究电路参数和控制参数变化对系统稳定性的影响。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建中压直流柔性互联配电系统的仿真模型,验证了所提小信号阻抗模型的准确性。

含光伏发电系统的柔性直流配电网无功电压控制技术研究

目前,可能引发分布式光伏发电并网系统电压越限的因素较多,导致电压偏差的控制难度较大,因此,文章对含光伏发电系统的柔性直流配电网无功电压控制技术进行了研究,结合分布式光伏发电并网结构,分析了输出功率与负载功率之间的不平衡导致的配电网电压波动,并采用将动态型补偿装置——可缩放矢量图形(SVG)与分布式调相机相结合的方式,构建了一个多层次、多环节的协同无功电压控制体系,开展具体的控制管理,以期为相关研究者提供有益参考。

基于测量电压弗雷歇距离的柔性直流配电线路保护

多端柔性直流配电系统发展迅速,在新能源接入方面有明显优势,但故障的快速、可靠识别是其发展面临的难点之一。针对多端柔性直流配电线路高阻故障特征不明显、保护难以识别的问题,文中通过分析换流站闭锁前的暂态电压故障特性,提出一种基于测量电压弗雷歇距离的柔性直流配电线路单端量保护方案。首先,基于正、负极测量电压和电流暂态变化率构造保护启动判据;其次,通过正、负极测量电压变化率区分单、双极故障;最后,利用单、双极测量电压弗雷歇距离构造积分识别单、双极区内外故障,并根据正极测量电压变化率对单极故障进行选极。经PSCAD/EMTDC仿真结果表明,此方案能同时满足保护对速动性和灵敏性的要求,且具备良好的耐过渡电阻能力,不受线路分布电容的影响。

基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案

多端柔性直流配电系统的发展尚面临几大技术难点亟待解决,在继电保护方面主要问题在于直流故障的可靠识别。传统交流配电系统、高压直流输电系统保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。因此,该文设计了一种新型的多端柔性直流配电系统直流线路保护方法。利用线路边界特性,通过小波变换提取区、内外故障的暂态特征差异,实现故障的快速、可靠识别;并利用直流电抗器压降判据实现保护的方向性。该方法基于单端电气量实现全线路保护,动作速度快,无需通信,能够满足直流配电系统对保护的速动性、可靠性和选择性要求。最后,大量的仿真算例验证了所设计方案的可行性。

中低压柔性直流配电系统稳定性分析模型与机理研究综述

中低压柔性直流配电系统可高效接纳利用光伏、风电等新能源和储能等直流型电源,为电动汽车、数据中心及LED照明等直流型负荷提供高效可靠供电,因此得到广泛关注。然而由于系统内电力电子设备特性各异,直流网络拓扑复杂,控制策略多样,运行状态变化频繁且变化范围较大,使得直流配电网存在多时间尺度小扰动和大扰动稳定性问题。为此,首先对直流配电系统的拓扑类型以及典型控制策略进行了梳理,然后分别对直流配电系统的典型小扰动和大扰动稳定性研究现状进行了详细的综述,最后对直流配电系统稳定性研究进行了总结和展望。

多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,I_(dc)-U_(dc)与Q-U_(ac)下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。

柔性直流配电系统高频突变量距离保护

柔性直流配电系统可以高效、灵活地接入新能源电源与直流负荷,成为配电网研究热点之一。然而受电力电子装置控制影响,直流故障时换流器提供的短路电流非线性强,其故障等值阻抗时变,保护难以基于变化的阻抗识别故障区域。针对该问题,通过分析故障高频信号在换流器开关过程中的回路,建立不受控制策略影响的换流器高频恒定阻抗等效模型,为保护研究奠定基础。进而提出一种基于高频突变量的距离保护,该方法利用系统故障前后几ms内的电气量信息,通过提取电压高频分量映射故障区段,结合保护整定配合实现故障区域识别。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建了六端柔性直流配电系统精细化模型,仿真结果表明,所提方法具有良好的速动性和选择性,能够可靠识别故障区域,并且有较好的耐受过渡电阻和抗噪声能力。

多端柔性直流配电系统主从控制模式下的稳定性与优化控制

多端柔性直流配电系统是配电系统的一个重要发展趋势,其可有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。主要研究了主从控制模式下多端柔性直流配电系统运行时的稳定性问题。建立了基于动态导纳的小扰动稳定分析模型,研究了直流负荷、直流线路参数和多端互联等影响因素变化时系统出现的不稳定现象,提出了基于带通滤波的前馈补偿定直流电压控制方法,并对补偿前、后的系统稳定性进行了分析比较,通过改进的IEEE 33节点配电系统进行时域仿真测试,仿真结果表明了所提方法能够有效地提高系统阻尼与稳定性。

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。

“手拉手”多端柔性直流配电系统启动与协调控制策略研究

首先,采用含有分布式光伏电源和风机的"手拉手"多端柔性直流配电系统,分析了系统的关键设备并确定了接地方式和各端口协调控制策略。其次,为避免系统启动过程中出现过流现象、保护电力电子设备的安全,提出了一种柔性直流配电系统的启动控制策略。然后,提出了一种保护系统与控制系统的协调策略,以确保故障被隔离后,非故障区域能够正常运行。最后,采用PSCAD/EMTDC仿真分析了柔性直流配电系统的启动和正常运行过程以及故障发生时系统运行方式的切换,验证了柔性直流配电系统启动控制和运行方式转换策略的正确性。

柔性直流配电网动态模拟系统设计与实现

介绍了柔性直流配电网动态模拟系统设计与实现,该动态模拟系统为多端可变换柔性直流配电网试验系统,使用了工程中应用的控制保护装置,能够实现多种电网主回路拓扑以及多种子模块拓扑的动态模拟,给出了动态模拟系统中设备的参数设计计算,介绍了故障模拟以及故障点设置,可应用于柔性直流配电网系统暂态和稳态特性的研究,并且能够为柔性直流配电网关键设备的开发研制提供试验检测基础。

中压直流配电网应用场景与系统设计

目前,中压直流配电网的应用场景、基本特性及其系统设计还缺乏系统性论述。首先,从供电能力、互联作用、相互支撑、短路电流抑制作用等系统特性方面论述了中压直流配电网的应用场景、特点及优势。然后,从工程实现的角度论述了中压直流配电网设计的关键技术,涵盖电压水平的确定、网架设计、接线方式、接地方式的选择等关键技术。最后,指出了中压直流配电系统发展与应用还应考虑的问题。

柔性直流配电系统过电流及过电压防护研究综述

多端柔性直流配电系统在发生接地和短路等故障时,故障的诊断与快速隔离、过电流及其抑制、过电压及其防护问题是系统安全可靠性运行的关键。为此首先概述了柔性直流配电系统的典型拓扑结构和主接线;其次,从故障隔离措施与限流方案的配合设计方法、系统过电压与绝缘配合研究方法、设备暂态电流研究方法等方面进行了梳理分析;然后,分析提出了同样基于故障中电磁暂态过程分析的故障诊断及隔离、限流方案、过电压与绝缘配合、设备暂态电流等研究,有必要从系统的角度开展其多方面的综合协调防护研究;最后,对柔性直流配电系统未来可能遇到的电磁暂态分析问题进行了展望。

中压直流配电系统等效降阶建模及控制参数设计

合适的等效降阶模型能够为中压直流(MVDC)配电系统的稳定性分析及控制参数设计提供便利。首先,基于所提出的开闭环逐步等效降阶建模方法,建立了MVDC配电系统的等效降阶电路模型,并据此建立了计及换流器间动态交互的开环等效降阶模型。在不增加开环等效降阶模型阶数的前提下,基于泰勒展开的状态反馈控制方法为系统振荡频率及阻尼比的精准设计创造了有利条件。然后,基于所建立的计及换流器间动态交互的闭环等效降阶模型,并结合所提出的MVDC配电系统控制参数设计方法,实现了系统振荡频率及阻尼比的精准设计。最后,硬件在环实验结果验证了理论分析的合理性。

中压直流输电直流区域配电综合电力系统静态状态估计方法研究

采用中压直流输电和直流区域配电的电网结构形式,可大幅度提高舰船综合电力系统的功率密度。由于网络结构和设备控制策略的差异,传统陆用电力系统的状态估计方法无法直接应用于舰船综合电力系统。该文建立了综合电力系统静态状态估计的模型,给出了全系统状态估计方法,根据系统的实时性需求研究了分系统快速估计方法,对分系统间不同的接口量选取方式进行了分析,进一步通过对直流区域配电系统进行PQ分解,实现了快速状态估计,以提高算法的实用性。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。

柔性中压直流铁路牵引供电系统分布式协调控制策略

柔性中压直流铁路牵引供电系统可缓解传统工频单相交流25 kV铁路牵引供电系统存在的电能质量问题并取消电分相。针对柔性中压直流铁路牵引供电系统中并联牵引变电所的协调控制问题,提出了一种分布式协调控制策略。该控制策略由两级控制组成,牵引变电所的一级控制通过下垂控制实现负载功率的一次分配。二级控制与相邻牵引变电所进行信息交互,利用有限时间一致性算法,实现各牵引变电所输出电压平均值二次调节。该控制策略在维持牵引网直流电压稳定的同时,实现负载功率的就近分配,减小了系统供电损耗。当某牵引变电所超负荷或故障退出时,可由距其最近的牵引变电所补充出力,避免供电中断事故,提升了牵引供电系统的供电可靠性。进一步地,建立详细的柔性中压直流铁路牵引供电系统仿真模型,模拟真实的机车运行工况,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。