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。

多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的机理和实用计算方法

多端交直流混合配电网中,交流系统对直流故障特性的影响机理是影响系统保护设计的重要因素。针对多端交直流混合配电网直流线路发生故障后,交流系统对短路电流的影响和贡献开展全面研究。首先,详细分析了直流线路发生极间短路故障后的故障电流特性及交流系统对故障电流的贡献。在此基础上,推导了交流系统贡献电流的解析表达式,提出了交流系统贡献电流的稳态平均值、暂态峰值以及峰值时间的实用计算方法,所提方法显著简化了系统短路电流的计算。最后,对所提方法进行了仿真研究,仿真结果表明故障发生时刻对交流系统贡献短路电流特性的影响很小,所提方法在不同过渡电阻和故障距离时都能保证较高精度,证明了所提计算方法的正确性。

多端交直流混合配电网的集中-分散控制策略

针对交直流混合配电网中系统优化调度与本地分散控制的协调问题,提出了一种集中-分散式控制架构,在集中控制层,以系统网损最低以及新能源最大水平消纳为优化目标,通过优化调度算法计算出系统中各可控单元的最优功率参考值,为本地分散控制层提供初始运行指令;在分散控制层,将直流母线电压分为正常状态、风险状态、越限状态,在正常状态和风险状态,各从换流站通过基于优化调度指令的下垂控制实现系统的平稳运行,在直流电压越限时,蓄电池作为后备单元进行充放电控制,实现直流电压的二次恢复。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明:正常运行时,该控制策略在各种工况下均能对系统功率进行灵活、高效的调节,主换流站退出运行时,通过蓄电池单元的充放电实现系统电压的二次恢复,提高了配电网的可靠性。

面向不间断供电的多端交直流混合配电网控制策略

交直流混合配电网能便捷高效地接入各种交直流设备,将是未来配电网的发展方向之一,其运行控制策略是保证系统稳定、可靠运行的基础。基于多端直流互联结构的交直流混合配电网,研究主从控制模式和下垂控制模式下的各换流站的控制策略,以及换流站交流侧故障和恢复并网过程中重要负荷的不间断供电方法。通过 Matlab/Simulink搭建多端交直流混合配电网测试模型,结合该文提出的协调控制策略进行仿真算例分析,验证了其可行性和有效性。

计及信息不确定性的多端交直流混合配电网分布式二级协同控制

分布式一致性控制(distributed consensus control,DCC)因其灵活协同能力成为交直流混合配电网二次控制的新途径.然而,传统DCC并未考虑实际通信环境中存在的随机时变时延和数据丢包问题,这致使其在非理想通信环境下难以稳定跟踪一致性期望目标.为此,本文提出一种计及信息不确定性的分布式二级协同控制策略.利用变量累加补偿机制,对时变时延和数据丢包进行统一等效.进而基于附加一致性算法(surplus consensus algorithm,SCA)构建具有零稳态误差特性的估计器,并对其收敛性进行推导证明.在此基础上,设计稳态收敛性能不受通信约束干扰的SCA-DCC控制器,实现非理想通信环境下的精准平均电压偏差调节和有功功率成比例分配.随后,以时延容忍度为指标优化SCA-DCC控制器参数,满足系统在不同通信条件下的稳定需求,进一步增强控制器的通信鲁棒性.仿真结果表明,在不同功率扰动和故障工况下,与现有控制策略相比,所提控制策略能够克服时变时延和数据丢包产生的负面影响,在维持较优动态响应性能的同时使稳态电压偏差降低73.08%~85.25%,具有控制精度高和抗扰动能力强的特点.

考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型

为实现高比例光伏接入下交直流混合配电网的安全评估,构建了交直流混合配电网的鲁棒机会约束安全域模型。首先,提出一种基于区间划分的自适应带宽核密度估计方法,以获取光伏预测误差概率分布,构建光伏出力机会约束不确定集合;其次,采用功率与节点电压幅值比值为状态变量,在已有交流线性化潮流模型的基础上推导一种交直流混合配电网线性化潮流模型;然后,提出交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域的概念和模型,结合列与约束生成算法和径向迭代搜索算法生成可观测的鲁棒机会约束安全域空间。最后,算例分析验证了所提模型能够在鲁棒机会约束安全域上准确、直观的反映光伏出力的随机性,进而为交直流混合配电网的准确安全评估提供支撑。

含SOP的交直流混合配电网日前优化调度

为实现交直流混合配电网的高效运行,提出一种含智能软开关的交直流配电网优化调度方法。在对应用于交直流配电网的智能软开关工作原理进行阐述的基础上,建立含智能软开关的交直流配电网优化调度模型。通过线性化和凸松弛技术,将所建立的非线性优化模型转化为二阶锥规划模型,并且采用改进的50节点算例分析验证模型的有效性。算例结果表明,基于所建模型得到的智能软开关运行策略能够降低配电网运行损耗及改善电压越限的情况,显著提高混合配电网的经济性。

基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法

针对现有配电网鲁棒调度方法缺乏对不确定参数相关性问题的考虑,提出了一种基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法。首先,构建分布式光伏出力的传统多面体集合,利用历史数据驱动形成了相关性包络图,通过弯曲多面体集合边界,建立了相关性多面体集合模型。然后,在此基础上,针对相关性多面体集合存在鲁棒性差和保守性大的问题,建立了数据驱动的多面体集合模型。进一步,建立了基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度模型,并采用列与约束生成(column and constraint generation,CCG)算法对鲁棒调度模型进行求解。最后,改进的IEEE33节点系统仿真结果表明,基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法可以减少优化结果的保守性,提高其鲁棒性,证明了所提出方法的有效性。

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。

考虑需求响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法

鲁棒优化通常采用多面体模型来描述分布式光伏出力的不确定性,却忽略了分布式光伏出力的时空相关性,为此,该文建立了分布式光伏的时空相关性多面体模型,提出了考虑需求侧响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法。首先,建立分布式光伏出力不确定性的时空相关性多面体模型和电价激励型需求侧响应模型,以最大化分布式光伏并网容量为目标,考虑交直流混合配电网中多种运行约束和调节策略,建立交直流混合配电网分布式光伏承载能力两阶段鲁棒评估模型,并采用列与约束生成算法进行迭代求解。在70节点系统上验证了算法的有效性,仿真结果表明:不同的管理策略有助于提升交直流混合配电网的分布式光伏承载能力。

“规模化分布式源荷接入下交直流混合配电网优化运行与稳定控制技术”专题特约主编寄语

在“双碳”目标与“构建新型电力系统”战略的双重驱动下,配电网“高比例新能源”与“高比例电力电子装备”接入的双高特性逐步凸显,新能源发电的强不确定性与电力电子装备的低惯性给交直流混合配电网的运行控制与稳定性带来巨大挑战。

含EV充换储一体站的交直流混合配电网优化运行

为了促进电动汽车产业的进一步发展,构建了计及充换储一体站(CSSIS)的交直流混合配电网多时间尺度优化调度模型。首先,基于快充用户行为和城市交通特征分别构建了充电站模型和换电站模型,再结合储能电站模型完成了CSSIS建模。然后,在计及CSSIS、微型燃气轮机和可再生新能源等接入的交直流混合配电网中,构建了优化调度模型。为降低预测精度误差的影响,采用了多时间尺度协调优化策略处理。该模型属于非线性非凸混合整数规划问题,采用线性化和二阶锥松弛方法将其转化为可用商业求解器处理的混合整数二阶锥凸优化模型。最后,以改进的IEEE 50节点系统为例进行了仿真分析,仿真结果验证了交直流混合配电网形式具有更强的适应性,以及CSSIS具有高效参与电网优化运行的能力。

计及SOP损耗的交直流配电网三相区间状态估计

随着分布式电源及智能软开关(SOP)等新型设备投入配电网运行,需要对交直流配电网进行精确的状态估计。首先构建了交直流配电网的区间状态估计模型,考虑三相不对称性与交直流之间的耦合;其次,为计及SOP的损耗,增设SOP两侧支路电流作为状态变量,完善了区间状态估计中的雅克比矩阵;最后采用基于迭代运算的线性规划方法进行区间状态估计。在修改IEEE33节点算例上进行仿真,结果表明所提方法能保证计及SOP损耗的状态估计结果的准确性。

含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网韧性提升策略

近年来,频发的极端事件给配电网带来了巨大损失,因此配电网韧性提升极为重要。随着分布式光伏、储能及电动汽车等直流源荷的大量增加,城市配电网的形态正在从交流向交直流混合配电网转变。直流线路具有互联灵活的优势,能够打破交流配电网辐射状运行瓶颈实现灾后灵活组网,可有效提升配电网韧性。针对含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网,提出一种能够充分考虑柔性直流互联特性与调控能力的供电恢复策略。首先,考虑灾后关键负荷与就地资源分布,提出了以直流线路为核心的应急供电恢复拓扑生成方法;其次,基于交直流恢复拓扑,建立了一种配电网两阶段韧性提升优化模型,第1阶段以最大程度保障重要负荷供电为目标优化负荷恢复次序,第2阶段以网络损耗最小为目标优化光储充一体化电站应急电源功率。算例结果表明,所提策略能够充分利用直流灵活互联能力及光储充一体化电站功率支撑能力恢复关键负荷,两阶段故障恢复方法具有良好的可行性与适应性。

考虑电动汽车集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度

针对交直流混合配电网存在强随机性分布式电源接入、电力电子变流器的过载能力受限的特点,提出了考虑电动汽车(EV)集群时空能量可调控特性的交直流混合配电网紧急优化调度方法。基于负荷在紧急状态下的响应特性差异建立紧急响应负荷模型,基于紧急优化调度的实际需要和EV集群中各单元的荷电状态、并离网状态差异性特点建立EV聚合商紧急调控模型;综合考虑调度单元的经济性与系统可靠性,建立紧急优化调度模型;基于改进的IEEE 33节点交直流混合配电网构建2种故障场景,基于最差净负荷功率曲线进行优化求解,并将EV集群与容量相当的传统储能的紧急优化调度结果进行对比,结果验证了所提方法的灵活性、有效性及经济优越性。

适用于交直流混联配电网的多端口柔性互联开关

随着分布式能源的高比例渗透和电动汽车的大量接入,传统交流配电网在电能质量、潮流调控和供电可靠性等方面面临着巨大挑战。基于柔性互联开关,构建柔性互联系统,可有效缓解上述问题。现有的中压柔性互联工程普遍采用背靠背型模块化多电平换流器(back-to-back multilevel modular converter,BTB-MMC)方案,多个MMC通过直流链路相连实现所连馈线的互联互通,并由此构建中压直流配电网,形成交直流混合配电网,以更好的消纳直流负荷,但该方案成本高、占地面积大,不利于大规模推广。因此,该文结合MMC结构特点,提出一种适用于交直流混合配电网的多端口的柔性互联开关(multi-port flexible interconnection switch,MPFIS),通过小容量模块引出多个中压交流端口互联多条中压交流馈线,通过协调控制方式实现各馈线的有功无功解耦控制。其具有的中压直流端口,可连接中压直流配电网。围绕提出的MPFIS拓扑,分析其功率调节原理、能量平衡机制,并提出相应的控制策略。接着,为阐述MPFIS方案的优势,将该方案与常规BTB-MMC方案进行对比。最后,仿真与实验结果验证了所提方案及控制策略的可行性与有效性。

基于二阶锥规划和NNC法的交直流混合配电网双层规划模型及其求解方法

随着直流配电技术的快速发展,未来交直流混合的拓扑结构将成为智能电网的重要形态,如何实现交直流混合配电网的规划及求解成为一个亟需解决的问题。为此,该文提出一种交直流混合配电网双层规划模型,同时综合考虑源-网-荷-储的协同优化运行。上层规划层,以投资成本和运行成本的综合成本最小为目标,考虑线路、分布式电源(distributed generation, DG)和储能系统(energy storage system,ESS)的投资规划;下层运行层,以运行成本和电压偏移量最小为目标,考虑有载调压变压器(on-load tap changer,OLTC)、分组投切电容器(capacitor banks,CB)、开关、可削减负荷、电压源型换流器(voltage source converter,VSC)、DG及ESS这些主动调控对象的控制。同时,为了有效地求解此双层模型,对模型上、下层进行关联建模,将其转换为单层模型,并采用二阶锥松弛、Big-M法和McCormick线性化方法等将此单层模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)模型。由于最终的MISOCP单层模型为多目标优化问题,采用归一化法向约束法(normalized normal constraint,NNC)进行求解,以获取均匀的帕累托前沿。最后,对改进的交直流混合配电系统进行仿真分析,验证模型的有效性。

基于支路模型的交直流混合配电网统一潮流计算

交直流混合配电网潮流计算是交直流混合配电网规划和运行调控策略设计的重要基础。为实现对高比例电力电子设备集成的复杂混合配电网的精确潮流计算,提高潮流模型的统一性和普适性,提出基于支路模型的交直流混合配电网统一潮流计算方法。首先,对混合网络中包含的电压源型变流器(voltage source converter,VSC)和DC/DC变换器的稳态模型进行了详细分析。然后,建立不同场景下任意节点间可能接线方案的支路潮流模型。在此基础上,通过拓展定义网络矩阵,建立混合配电网统一功率平衡方程。进而,根据雅克比矩阵修正,基于牛顿–拉夫逊算法对变流器不同控制方式下的交直流混合配电网潮流进行求解。最后,通过算例分析,并将潮流计算结果与电磁仿真结果进行对比,验证了所提潮流计算模型的正确性和灵活性,并通过改变配电线路R/X比和负荷功率验证了该潮流算法的鲁棒性。

考虑电池储能老化和需求侧响应的交直流混合配电网动态重构方法

现有的电池储能模型一方面认为电池的充放电功率和效率为固定不变的,另一方面有关电池储能的充放电过程对循环老化的影响缺少考虑,这与电池单元本体的非线性等效电路模型相违背。因此,考虑电池储能的循环老化成本、需求侧响应,提出了交直流混合配电网动态重构方法。通过对实际电池储能的充放电功率的运行区域进行采样,在凸包络的采样点集合中将非理想状态下的电池储能模型重构为线性模型。在此基础上,分别建立了基于累积吞吐电量和放电深度的循环老化成本模型,构建了综合成本最小化的交直流混合配电网动态重构模型。并采用混合整数二阶锥规划方法求解。在改进的33节点算例上仿真验证了所提基于放电深度的循环老化成本模型的经济性,分析了交直流混合配电网重构方法经济性的影响因素。

考虑VSC与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划

光-储-充的发展以及直流负荷的逐年攀升使得直流源储荷接入交流配电网的并网损耗日益严重,而交直流混合配电网因其网架结构灵活与利于直流源储荷接入的特点而得到广泛关注。提出考虑电压源型换流器(VSC)与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划模型,使用基于多离散场景的分布鲁棒(DRO)方法处理直流负荷的不确定性,并采用列与约束生成(CCG)算法求解。仿真结果证明,所提的模型能够充分发挥交直流混合配电网优势的同时激发运营商投资的积极性。