含双有源全桥变换器多电压等级直流配电网潮流分析与计算

双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器能够适应直流供电系统中诸多应用场合的需求,受到了广泛关注。准确而直观的DAB变换器等值电路模型对多电压等级的直流配电网潮流分析和计算具有重要的意义。为兼具含DAB变换器的多电压等级直流配电网潮流计算的准确性和直观性,考虑元件寄生参数的影响,建立了单移相比调制方式下DAB变换器支路π型等值电路模型,分析了DAB变换器在直流配电网潮流计算中的功率传输路径和潮流调节的基本原理;计及典型直流负荷的特点和DAB的不同控制方式,提出基于二分搜索法的改进牛顿-拉夫逊直流潮流计算方法。最后,利用6节点直流配电网验证了所提模型的功率传输路径理论的正确性,并基于此模型利用修改的IEEE14节点直流配电网算例,验证所提含DAB变换器多电压等级直流配电网潮流计算模型和方法的有效性和正确性。

考虑自适应实时调度的多电压等级直流配电网能量优化方法

利用直流配电网整合直流型分布式电源与电力负荷已经发展成为一种有效方式,然而,高比例强随机性源、荷的接入背景下,固定时间尺度的能量优化调度难以实现直流配电网较低成本投入下的经济性优化运行。提出一种考虑自适应实时调度的多电压等级直流配电网能量优化方法。首先,基于直流配电网净负荷特征,建立了直流配电网实时调度自适应时间尺度模型;然后,基于多电压等级直流配电网分层的结构特点,构建了多电压等级直流配电网分层、多时间尺度滚动优化调度框架,并且,在实时优化调度层,综合配电网源荷匹配率与总运行成本之间的博弈,提出了自适应实时调度方法。基于提出的方法,通过直流配电网各个可调控单元分层、多时间尺度的能量优化,实现了直流配电网的可靠运行以及供需两侧的综合效益最大化。算例以某直流配电网示范工程网架进行验证,表明所提出方法的合理性和有效性。

一种适用于多电压等级直流配电网的分散式双向电压支撑控制方法

新能源发电、储能系统、直流负载接入直流配电网,可减少DC/AC转换环节,简化控制,提高系统运行效率,故近些年来直流配电网受到了广泛关注。采用电力电子装置构建多电压等级直流配电网,具有更加灵活的拓扑结构、更加多变的运行形式及更高的供电可靠性,但同时给配电网的稳定高效运行带来了诸多挑战。针对多电压等级直流配电网中子网互联的双向DC/DC变换器,基于变换器两端口电压,提出了一种分散式归一化电压平方差控制方法,结合储能变换器的功率-电压平方下垂控制,实现不同电压等级母线电压控制归一化视角下相等,为各电压等级母线提供不间断的电压支撑,并可使系统在储能切入/切出、电压等级拓展、接入中压直流配电网等多种运行模式间灵活切换。对所提控制方法的可行性与稳定性进行了分析,并基于MATLAB/Simulink对其有效性进行了仿真验证。

基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。

直流配电网电压等级序列研究

直流输电相关技术的发展使得构建一个多级直流网络配电系统成为可能。首先详细分析了直流配电电压等级序列制定的基本原则与主要约束条件。在分析各电压等级直流配电能力基础上,以负荷需求为基本出发点,综合考虑相关设备制造水平、电网结构优化需要等方面,提出了一套高压、中压、低压以及超低压相互配合的直流配电网电压等级序列。最后通过具体算例,简要分析了多级直流配电的经济性。

计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算

多电压等级双极直流配电网供电容量大、运行方式灵活,已成为未来配电网发展方向。但其网络拓扑复杂,正负极相互耦合,且受直流变压器控制影响,使其潮流计算难度增大。为研究计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算方法,该文首先计及双极直流变压器拓扑结构与控制方式,建立其高低压侧电压、电流传递模型;通过分解双极直流配电网络,提出双极直流配电网网络建模方法,同时建立ZIP负荷线性化等效模型,进而形成多电压等级双极直流配电网潮流计算方法。最后,在Matlab/Simulink中搭建含直流变压器的双极直流配电网案例仿真模型,验证所提算法的有效性与正确性。

柔性直流配电网中机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响

柔性直流配电网因其诸多优势成为未来配电网的重要组成部分,而直流断路器是构建柔性直流配电网的重要设备,但直流断路器动作时产生过电压危害系统的绝缘安全。文中基于Pscad/Emtdc建立±10 kV三端环网结构的柔性直流配电网仿真模型,对系统发生电缆侧双极短路故障、限流电抗器出口双极短路故障和单极接地故障时机械式直流断路器的开断策略和操作过电压特性进行理论和仿真分析,并研究线路两端机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响,最后对分析结果进行总结,文中的研究结果可为柔性直流配电网的保护策略和绝缘配合提供参考。

公共直流配电网的电压等级研究

直流配电的电压等级及序列选择是关系直流配电网建设及运行的重要内容之一，电压等级不合适或序列不合理，可能对电网建设和运行的经济性、安全性以及未来的发展造成重大影响。根据轨道交通、通信、船舶等行业直流配电电压等级应用的统计，考虑公共直流配电网电压等级选择的影响因素，初选了240V、336V、380V三种低压配电电压等级方案，采用模糊综合评估法对三种方案进行评判，得到380V为低压配电电压等级的最优方案；根据我国10kV和20kV交流配电网电缆的对地绝缘电压水平，建议直流配电网中压电压等级选用12kV或24kV，并提出了未来直流配电网电压等级应用的发展思路。

基于改进下垂曲线的柔性直流配电网电压控制方法研究

针对传统直流配电网电压控制方法中有功功率波动过大导致直流电压波动大的问题,基于直流配电网结构,提出了一种结合变斜率下垂曲线和平移下垂曲线的新型直流配电网电压控制方法。建立了新型直流电压控制方法下变流器的直流电压控制模型,并对模型的稳定性进行了分析。通过仿真对文中所提控制方法在稳态和暂态的控制效果进行分析,验证了该方法的优越性。结果表明,相比于传统控制方法,所提控制方法在负载波动和故障时能更有效地调节系统电压,防止电压超过额定值,改善系统的电压质量。该研究为直流配电网的发展提供了一定的参考。

未来直流配电网电压等级序列研究

直流配电网作为未来电网的发展方向之一,目前仍处于研究初始阶段。未来直流配电网电压等级序列的讨论在国际上尚无定论。该文参照适用于现有配电网的交直流电压等级约束原则,总结行业内外对于直流供电电压等级确定的多种影响因素,结合直流配电网需要考虑的特有因素（如直流负荷、直流设备制造水平等）,提出一种适用于直流配电网电压等级序列的确定方法。在此基础上,给出适用未来直流配电网电压等级序列的推荐值,最后对该电压等级序列的供电能力进行对比分析及讨论。为直流配电网电压等级标准的制定提供理论依据与解释。

直流配电网交流侧不对称故障对直流侧电容电压影响研究

直流配电网的AC/DC换流器交流侧不对称故障对直流侧正、负极电容电压有重要影响。本文对直流配电网在交流不对称故障工况下直流侧电容电压进行理论推导分析,指出单相接地故障下因零序分量的存在使得AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压会呈现出共模波动特征。在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的直流配电网电磁暂态仿真模型,分别开展直流配电系统在稳态和交流单相接地故障暂态工况下的仿真分析,仿真结果也表明交流侧不对称故障过程中AC/DC换流器直流侧正、负极两个电容的电压表现共模波动过程,进而引起正、负极电容电压的不平衡,使得AC/DC换流器交流侧三相交流电压也出现直流偏置,影响系统恢复。

低压直流配电网电压等级序列的经济性研讨

直流微网作为实现能源互联网的重要支持,近年来发展迅速,国内外也有很多在研的示范工程,但是所研究的直流微网没有统一的配电网电压等级,这影响了直流微网的进一步发展。参照交流电压等级序列的约束条件以及规则,参考低压直流现有的电压等级序列的确定准则,考虑到影响智能园区电压等级序列选择的特殊要素,推荐了一组适用于智能园区直流配电网的电压等级序列,并对电压等级序列的推荐值的经济性进行了分析和探讨。证明了所选取的低压直流电压等级序列的正确性和适用性。

柔性直流配电网暂态电压稳定性控制方法研究

由于引起柔性直流配电网暂态电压波动的因素较为复杂,导致对其进行控制时难以达到对电压波动的快速收敛,为此,提出了一种柔性直流配电网暂态电压稳定性控制方法。在考虑电压源换流器、直流母线、分布式电源以及负荷特点的基础上,构建了柔性直流配电网模型,并结合发电机—母线轨迹灵敏度反映发电机出力变化对母线电压波动的影响程度,引入了发电机—母线轨迹灵敏度参数。在具体的控制阶段,结合不同线路对应的发电机-母线轨迹灵敏度情况,对换流器的触发角和导通角进行调节,并利用并联电容器组对柔性直流配电网进行无功补偿,实现暂态电压稳定性控制。在测试结果中,不论是在稳定的电网工作状态还是在电压突变暂态事件状态下,所提出的控制方法均能够实现配电网整体输出电压波动的快速收敛,在短时间内保证电压维持在稳定状态,说明其能够有效保障配电网的稳定运行。

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。

适应可再生能源接入的城市中低压直流配电网电压等级序列

目前直流配电网电压等级序列的制订未充分考虑到对交流系统的兼容性以及可再生能源的接入便捷性,为此,开展面向可再生能源接入与融通供电的城市直流配电网电压等级序列的研究。首先,基于融通型城市直流配电网的典型场景,提出直流配电电压序列构建方法;其次,采用自下而上的电压等级构建方法,考虑电缆改造和器件耐压水平的影响,基于几何均值法和工程实际,确定中低压直流电压序列备选集;再次,结合电动汽车充电桩的市场调研和发展趋势,确定兼容低压交流系统和可再生能源接入的低压直流电压序列;然后,考虑系统经济性、供电能力和适应性,建立中压电压等级的综合评价最优模型,利用模糊综合评估方法,求解得到优选的中压直流配电电压等级,并通过技术成熟度进行验证,形成±0.048 kV/0.19 kV/0.38 kV/0.75 kV/1.5 kV/10 kV的城市中低压直流配电网电压等级序列;最后对所提电压等级序列的合理性进行校验,推荐±0.048 kV/0.19 kV/0.38 kV/0.75 kV/1.5kV/10 kV作为城市中低压直流电压等级序列。

基于VSC的交直流混合中压配电网功率–电压协调控制

针对城市配电网负荷密度高、电网增容空间有限及缺乏适应大规模可再生能源接入的灵活调节手段的现状,该文对交直流混合中压配电网结构及其功率控制策略进行研究。提出了将2条交流线路改造为交直流混合配电网的方案,给出了相应电压源换流器(voltage source converter,VSC)的结构及其调节方式,基于该方案提出了一种功率–电压协调控制方法用以消纳高渗透率分布式电源。根据节点电压将配电网运行分为正常和风险两种状态,在不同状态下建立了换流器功率控制的数学优化模型。在正常状态下以降低损耗为目标,在风险状态下以调压为目标,实现电网的经济安全运行。采用具有精英保留策略、自适应交叉率和变异率的改进遗传算法求解。通过算例仿真验证了所提方法的有效性,仿真结果表明:该方法能够充分利用换流器的功率调节能力提高分布式电源的消纳能力,抑制分布式电源的波动使节点电压保持平稳。同时,分析了正常状态与风险状态电压临界值对控制效果的影响。

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。

一种适用于柔性直流配电网的电压控制策略

随着分布式能源的兴起和电力电子技术的发展,相比交流配电网,直流配电网拥有更大的发展潜力。该文首先对直流配电网的拓扑结构、控制方法以及模式切换问题进行了阐述。其次,为了有效解决配网系统中复杂的模式切换问题,简化控制流程和优化潮流控制,文中提出了一种适用于直流配电网的电压控制策略,该策略使各端电压源换流站均具有维持电压和调节功率的能力,其中主站作为功率平衡节点,并为系统提供参考电压。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了双端和三端直流配电网结构的仿真模型。通过仿真验证了该直流配电网电压控制策略的有效性。

基于直流电气弹簧的直流配电网电压波动抑制

直流配电网直接面向直流供用电设备,便于实现可再生能源的并网集成和直流负荷的高效用电,具有重要的应用前景。在直流配电网中,为了平抑由可再生能源引起的节点电压波动,该文提出直流电气弹簧的概念。利用电力电子变换器调节直流配电网中的可控负荷,使其跟随可再生能源出力的波动性和不确定性,实现对波动功率的就地平衡,避免间歇性潮流在配电线路上的传输,从而有效抑制直流配电网的电压波动。针对一个典型的直流配电网,在建立物理模型和电路模型的基础上,利用数学模型分析了电压波动问题的成因及其影响因素;然后提出了直流电气弹簧的数学模型、参数设计、控制策略和有效边界条件,对直流配电网的电压波动进行平抑;最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,验证了所提控制方法的正确性和有效性。