新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究

直流潮流控制器是实现多端直流电网稳态潮流调节的关键装备,针对现有直流潮流控制器的局限性,通过在环形支路中串入输出直流电压可调节的级联子模块的方式,设计了一种新型多端口直流潮流控制器。首先,对所提控制器的拓扑结构和工作原理进行了阐述;然后,介绍了其控制策略和参数选择方法;最后,通过一个具有八条直流线路的五端直流电网的电磁暂态仿真案例对直流潮流控制器的性能进行验证。结果表明:所提控制器能够同时调节同一直流母线所连接的多条直流线路上的潮流,具有模块化和易扩展的优势。

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。

多端口直流潮流控制器抑制次同步振荡阻尼控制策略研究

近年来,仿照传统交流潮流控制器的思想,提出了直流潮流控制器的概念,并针对其拓扑实现方案、稳态运行控制策略以及参与潮流调节时的系统运行特性展开了系统的研究。针对多端口直流潮流控制器(multi-port DC power flow controller,M-DCPFC)运行控制问题,提出了一种M-DCPFC新型控制控制方法,进一步扩展了M-DCPFC的功能性。在保证系统潮流调度需求的基础上,其能够在输电线路上引入补偿虚拟阻尼以抑制换流站次同步振荡电流在直流网络内的传播与扩散,有效地限制了故障影响范围和提高了整体输电系统的可靠性。文中详细分析了次同步振荡下M-DCPFC的阻尼控制机理,并设计了有效的控制策略。最后,在基于RT-lab的实时模型在环仿真测试系统中搭建了5端柔性直流输电系统模型,对所提控制策略进行了不同算例下的验证分析,结果表明了其有效性。

计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好。

新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究

直流潮流控制器作为柔性直流输电系统的关键设备之一,实现其多端口输出能有效提高装置的潮流控制范围与能力。针对现有直流潮流控制器应用的局限性,该文基于电容线间能量交换的思想提出一种新型多端口直流潮流控制器。其拓扑结构简单,且避免了传统多端口直流潮流控制器对输电系统定直流电压站直流输出电压调节的依赖,增强了系统可靠性。同时,其采用模块化设计,易于实现后期的端口拓展与系统冗余。首先通过对现有方案的对比分析提出控制器拓扑结构并阐述其工作原理;然后,基于脉宽调制设计包含不同控制模式的通用控制策略,并详细分析不同控制模式下系统各状态变量之间的关系;最后,在基于RT-lab的实时模型在环仿真测试系统中搭建五端柔性直流输电系统模型,对所提控制器的性能与控制策略进行多种工况下的验证。

适用于多端直流输电系统的模块化多端口直流潮流控制器

针对多端直流输电系统潮流控制技术问题,提出了一种模块化多端口直流潮流控制器(MM-DPFC)。与现有DPFC相比,其在保留无需配备外部电源、输电线路功率双向可控以及多端口输出等优势的基础上,保证了DPFC各端口输出电压可基于本地进行独立控制,避免了传统多端口DPFC对输电系统主换流站直流输出电压调节的依赖,增强了其控制方式的灵活性与系统的可靠性。同时,其采用标准模块化设计,易于实现后期的端口拓展与系统冗余。文中首先详细分析了该控制器的拓扑结构与工作原理;然后,设计了相应的控制策略,保证了控制器的有效运行;最后,通过仿真与实验对其进行了多种工况下的验证。

内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。

含电流型潮流控制器的柔性直流电网故障电流抑制特性分析

为有效抑制多端柔性直流电网的短路电流,提出基于限流贡献度的电流型潮流控制器(CFC)故障抑制特性量化方法,以分析CFC参数对故障电流的影响。首先,分析了由全桥开关与电容器并联组成的桥式拓扑结构CFC的工作特性,提出了在故障发生时故障限流控制模式下的控制策略,以及与直流断路器协调配合的动作时序。然后,构建含CFC限流的直流电网等效电路,推导了故障发生各阶段电流的解析表达式。在此基础上,提出CFC限流贡献度的分析方法,研究CFC不同参数和动作时序下对柔性直流故障电流的抑制特性。

多端口线间直流潮流控制器模型预测控制策略

为解决柔性直流电网中存在潮流控制自由度不足等问题,并提高动态性能,提出了一种多端口线间直流潮流控制器(MI-PFC)的模型预测控制策略。首先,对含有MI-PFC的多端直流电网进行离散化数学建模;其次设计代价函数与权重因子并通过子模块排序算法和调制策略来完成控制;最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证所提模型预测控制策略的控制性能。最终证明所提控制策略具有动态性能强、多目标控制、结构简单等优点。

级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器(MMC)采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性,针对级联型混合直流输电系统,提出一种基于统一潮流控制器(UPFC)的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电(FACTS)设备统一潮流控制器(UPFC)的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性,针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题,提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路,利用UPFC功率补偿能力进行协调,同时基于动态限幅控制策略,采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后,在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先,仿真了LCC直流电流指令值下降过程,结果表明,本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动,抑制功率返送现象;其次,仿真了系统负荷突增过程,验证了动态限幅控制策略能更好地提升MMC对交流系统的电压支撑能力;最后,仿真了连锁故障过程,结果表明,所提协调控制策略能有效地实现对系统频率和电压支撑,抑制功率波动,提高了级联型混合直流系统及受端电网的稳定性。因此,本文提出的级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略具有有效性和可行性。

基于子模块桥臂能量平衡的线间直流潮流控制器

随着直流电网技术发展,直流电网的潮流控制需求逐渐突出。在总结线间直流潮流调控原理的基础上,文中提出一种基于子模块桥臂能量平衡原理的线间直流潮流控制器,所提拓扑无须引入环流通路和交流滤波电路,可减少投资成本,避免交流环流的效率问题。首先,讨论并分析了线间直流潮流控制器的拓扑原理。然后,介绍了基于子模块桥臂能量平衡的拓扑结构和工作原理,并研究了参数设计方法;设计了电流、电压运行波形,并给出了所提拓扑的控制方法;同时,将所提拓扑与环流能量平衡型及电容耦合型拓扑进行了器件电流应力、数量和导通损耗的对比。最后,通过四端环形直流电网仿真验证了所提线间直流潮流控制器的功能。

含直流潮流控制器的真双极多端柔性直流电网潮流计算研究

为优化直流电网的潮流分布,需增加潮流控制器的辅助来增加线路的自由度。基于模块化多电平换流器的真双极多端直流输电系统具有低损耗、控制和运行方式灵活等优点,已经成为未来直流输电系统的主流方式。不同于伪双极输电系统,该系统在接入潮流控制器后,系统的潮流变化更加复杂,用于计算伪双极潮流分布的方法将不再适用该系统。针对以上问题,以电压型直流潮流控制器为例,在考虑站级控制的情况下推导了含潮流控制器的真正双极性直流电网潮流计算方法,通过引入等效电阻模型,避免了大量计算节点的引入。最后,将算法结果与PSCAD/EMTDC平台中搭建的张北柔性直流输电工程的仿真算例结果进行对比,验证了该算法的可行性与准确性,同时也验证了潮流控制器在真双极系统中的潮流控制能力。

多端口线间直流潮流控制器及控制策略优化

针对目前的线间直流潮流控制器大多仅能控制1条线路的潮流以及难以拓展的问题,提出一种基于MMC的多端口线间直流潮流控制器(multiportinterlineDCPowerflow controller,MI-PFC)。首先,分析安装多端口DCPFC的必要性,并提出MI-PFC的拓扑结构,将其划分为直流通路和交流通路;其次,详细分析该直流潮流控制器的工作原理,主要包括潮流控制和自身功率平衡,基于此设计MI-PFC控制策略,并以桥臂电压差值最小为目标对控制策略进行优化;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建四端柔性直流电网,通过MI-PFC启动、控制策略对比和某一换流站功率跌落3种工况,验证MI-PFC能够控制多条线路潮流、无需预充电以及具有良好的动态响应能力。

适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制技术,在分析已有直流潮流控制技术基础上,文中提出了一种适用于多端柔性直流输电系统的线间直流潮流控制器,其具有结构简单、所需元器件少以及无需外部电源等优点。对一个包含该线间直流潮流控制器的三端环网式直流输电系统进行研究,分析了该控制器的工作原理及运行特性。在PSCAD/EMTDC中搭建了该系统的仿真模型,对其进行稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该线间直流潮流控制器在多种工况下都可以有效地实现直流潮流控制,并保持良好的稳定性。

一种基于MMC的新型直流潮流控制器

直流电网已经成为柔性直流输电领域的研究热点之一。针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,提出了一种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的新型直流潮流控制器(modular multilevel converterdirect current power flow controller,MMC-DCPFC),其具有额定容量小、不需与外部电源连接和便于扩展等优点。首先,针对已有的直流潮流控制器的不足,提出了基于MMC的新型直流潮流控制器的拓扑结构及在直流系统中的安装方式;其次,通过对MMC-DCPFC的工作原理的分析,提出了满足系统要求的控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建含有直流潮流控制器的三端直流输电系统,通过对3种工作方式的仿真实验,验证了该直流潮流控制器在控制直流系统潮流方面具有良好的可控性和有效性。

直流电网中潮流控制器电路拓扑比较

构建直流电网能有效解决大规模新能源电力的可靠接入,弥补现有交流电网的不足。如何有效控制直流电网内线路潮流是构建直流电网时不可回避的问题。随着直流电网中节点数的增加和网络结构的复杂化,仅靠换流站控制将无法实现整个直流电网潮流的优化分配及有效控制。在直流电网中引入潮流控制器可有效达到控制潮流的目的。文中对现有直流潮流控制器电路拓扑进行了详细比较分析,指出了各类直流潮流控制器的优缺点及应用场合,在此基础上,提出一种新型线间直流潮流控制器。随后分别从4类直流潮流控制器中选出一种,在一个五端直流电网仿真模型中分别进行仿真研究,验证了各类直流潮流控制器的特性。最后,指出了直流潮流控制器技术未来的研究方向和需要解决的问题。

直流潮流控制器对直流电网的影响及其选址

基于电压源型换流器的直流电网,其潮流分布取决于各支路的电阻,其可控支路数遵循N-1准则,故当直流电网支路数较多时,仅由换流器独立控制效果不佳,更难以抑制某些支路的过载。通过直流潮流控制器,可在最大限度保证支路运行在载流限值内的同时,实现与换流站的控保装置的协调配合。综述了典型的直流潮流控制器的拓扑及原理,采用电流灵敏度分析方法研究了其对直流电网的影响,并给出了潮流计算数学模型,推导了电流灵敏度的通用表达式。利用仿真软件和电流灵敏度程序对潮流控制器调整前后支路电流值的变化进行了灵敏度分析,提出了潮流控制器最优安装位置选择方法。以改造后的舟山五端柔性直流工程为例验证了该方法的合理性和有效性。

适用于直流电网的新型直流潮流控制器

直流潮流控制技术是直流电网中的关键技术之一,对于直流电网的发展具有重要意义。提出了一种新型线间直流潮流控制器拓扑,该电路拓扑结构和控制较简单,可实现线路潮流反转。分析了该潮流控制器的工作原理和运行特性,并搭建了潮流控制器和五端直流输电系统仿真模型,对该潮流控制器进行了稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该潮流控制器可实现潮流的有效控制和调节,具有良好的稳定性。

含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究

直流潮流控制器是直流电网潮流分析与控制领域的研究热点,一般安装在枢纽换流站的直流母线处,能够有效提高直流电网的潮流控制自由度。在交直流混合系统中加入直流潮流控制器并在直流电网中建模,把网络损耗、静态电压稳定指标和电压偏移量作为优化目标进行潮流优化,依据优化结果协调换流站和直流潮流控制器分步调整交直流系统潮流,实现了换流站和直流潮流控制器的协调控制。利用所提出的协调控制方法可使系统从某个状态安全稳定地过渡到另一个状态,在提升系统经济效益的同时,也可以减小网络损耗、电压偏移量,提高静态电压稳定裕度。利用Matlab对混合系统进行潮流优化,以一个五端混合系统为例,验证该方法的有效性。

潮流控制器对直流电网运行网损影响分析

直流潮流控制器可显著增强直流电网运行灵活性和线路潮流的可控性。主要采用灵敏度分析方法研究潮流控制器对直流电网运行网损的影响。指出通过引入潮流控制器可以降低原直流输电系统运行网损,此外,潮流控制器不同安装位置可影响到运行网损的减少量大小,依据网损对潮流控制器工作变比的灵敏度公式,可求得运行网损最小时对应的潮流控制器工作变比。以三端环网式直流输电系统为例,通过仿真验证了理论分析的正确性。在上述研究工作基础上,还提出了一种新的直流潮流控制器的工作模式:在没有潮流调节任务时,通过合理配置潮流控制器以减小系统运行网损,从而使得直流潮流控制器不但可以起到控制线路直流潮流的作用,还可通过合理配置其工作变比来降低直流电网损耗。