自储能多端背靠背柔性直流系统控制策略

为了解决自储能多端背靠背柔性直流系统的协调控制与电压稳定问题,提出了一种改进的电压裕度控制策略。首先建立了系统的数学模型,然后针对3种典型的运行场景设计了协调工作机制及其控制方式。基于Lyapunov稳定性理论设计了自适应指令滤波反推电压控制器,解决了系统控制方式切换导致的功率振荡与电压波动问题,改善了系统的稳定性和动态响应性。最后分别对3种典型的运行场景进行仿真分析,验证了所提控制策略和方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

多端背靠背柔性直流互联系统负载均衡

提出了一种多端背靠背柔性互联系统的负载均衡方法,首先搭建了多端背靠背柔性互联系统模型,定义了动态负载率、负载跟随度等指标,建立了从单馈线到多馈线的负载均衡指标体系,以及负载均衡的多目标评价模型。其次,结合搜索范围大、精度高的改进布谷鸟算法,对多端背靠背柔性互联系统负载均衡方案进行了优化。最后,在MATLAB上搭建算例,验证了多端背靠背柔性互联系统进行负载均衡的可行性与有效性,以及使用动态负载率等指标进行评价必要性。

考虑虚假信息注入攻击的多端柔性直流系统分布式频率控制

分布式一致性控制因其灵活性和协同能力成为多端柔性直流(multi-terminal flexible direct current,MTDC)系统二次频率控制的新选择。然而,分布式控制结构虽提高了MTDC系统调频能力,但也带来了网络攻击的威胁。为此,该文首先研究了常值虚假信息注入(false data injection,FDI)攻击对分布式二次控制器的不利影响,分析表明受FDI攻击的站点会持续存在与攻击向量有关的频率偏差。进而为消除攻击造成的频率偏差,该文利用常值微分为0的特性提出了一种抵御常值FDI攻击的分布式一致性控制策略,并从理论上证明了所提策略能消除FDI攻击引起的偏差。最后基于MATLAB/SIMULINK搭建了四端柔性直流系统仿真模型,分别进行单换流站遭受攻击、全部换流站同时遭受攻击及全部换流站在不同时间遭受攻击的3种攻击场景仿真。仿真结果表明所提控制策略在3种场景下均能消除FDI攻击影响,使MTDC系统实现二次调频。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电,运行方式灵活,是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率,导致直流过电压问题。对此,提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制,动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值,从而减少桥臂投入的子模块数量,最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统,给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况,对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性,结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

基于鲁西背靠背柔性直流系统的南方电网黑启动方案

根据南方电网异步联网后的结构特点,提出了基于鲁西背靠背柔性直流系统的南方电网黑启动方案。首先,从云南异步联网运行的特点及对南方电网黑启动目标网架的影响出发,分析了鲁西背靠背柔性直流系统应用于电网黑启动的优势,提出了柔性直流系统的黑启动策略。在此基础上,研究了基于柔性直流系统的南方电网黑启动方案,并给出了利用鲁西背靠背柔性直流系统恢复云南电网和南方电网主网的详细路径和具体步骤。最后,通过现场试验和RTDS仿真验证了所提黑启动方案的可行性和有效性。

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。

背靠背柔性直流输电系统充电期间接地故障特性和保护定值设计

对称单极结构背靠背柔性直流输电系统(back-to-back flexible DC transmission system,DC-BTB)带启动电阻充电期间发生阀侧不对称接地故障时故障特征不明显,易造成保护拒动;正常充电期间存在正负极不平衡电压,易造成保护误动。针对此问题,分析带启动电阻充电期间发生阀侧不对称接地故障时的特征量,并与运行期间相同故障下的特征量进行对比;分析正常充电和极对地故障下正负极不平衡电压特征;针对不同接地故障及其特征,优化换流变压器阀侧零序过压保护、换流变压器阀侧中性点过流保护和直流电压不平衡保护的定值设计。最后,基于实际控制保护装置,在实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)中搭建模型进行仿真分析,结果表明经定值优化后的保护可有效识别充电期间接地故障特征和正常充电特征。仿真结果验证了所提定值优化设计方法的可靠性。

多端柔性直流系统的直流电压控制策略研究

直流电压是衡量真双极多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统安全稳定运行的重要指标。针对传统换流站直流电压下垂系数固定而未考虑实际运行工况导致的直流电压偏差较大这一问题,文中以传统直流电压下垂控制为基础,提出一种考虑功率裕度与电压运行参考点的自适应直流电压下垂控制方法。通过构建功率裕度系数HP来实现下垂系数的实时变化;通过分析HP大小对下垂控制的影响,引入直流电压影响权重μ调整下垂控制参考电压运行工作点,保障HP过小时直流电压偏差不越限。基于PSCAD/EMTDC搭建大规模新能源接入的四端真双极VSC-MTDC系统,在稳态、风电场功率波动、换流器单极闭锁运行工况下进行仿真,验证直流电压的稳定性和功率分配的合理性。文中研究可为进一步提高真双极VSC-MTDC系统控制的安全稳定运行提供参考。

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统自适应电压下垂控制

针对采用传统固定系数下垂控制的多端柔性直流输电系统发生大的扰动后直流电压可能超出系统安全运行允许范围的问题,提出一种可以提高系统电压调节能力的自适应电压下垂控制策略。首先,考虑模型精度建立模块化多电平换流器的戴维南等效模型;然后,根据传统下垂控制的功率-电压特性关系,结合采用下垂控制的换流站本地电气量,设计新的自适应电压下垂控制器,与传统下垂控制策略相比,所提出的自适应电压下垂控制器具有更好的直流电压调节能力;最后,在电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)上搭建±200 kV四端柔性直流输电系统仿真模型,验证了所提出自适应电压下垂控制策略的有效性。仿真结果表明:所提出的直流电压自适应下垂控制策略的电压控制效果优于传统下垂控制策略。

背靠背输电系统中柔性直流与常规直流的协调控制策略

在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程中,柔性直流与常规直流背靠背系统处于同一换流站内,共享同一站级控制系统。在柔性直流与常规直流的协调控制策略方面,以往工程无可供参考的设计经验。文章从有功协调控制和无功协调控制策略两方面进行了探讨,并给出了部分协调控制策略的仿真实验结果。

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。

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。

多端柔性直流输电系统小信号建模

小信号模型是动态系统稳定性分析及控制器设计的基础。通过理论分析和推导,对现有多端柔性直流输电系统小信号模型存在的不足之处加以修正和完善。首先根据换流站所连交流系统类型,灵活选择同步旋转坐标系,以避免交流系统短路容量引起的误差;然后根据换流器PWM调制原理,分析暂态情况下换流器交直流侧耦合机理并对换流器线性化方程加以完善,分别构建控制器和直流网络的线性化方程;最后形成适用于多种应用场景混合及任意拓扑结构的多端柔性直流输电系统通用小信号模型。通过电磁暂态模型与小信号模型的仿真对比,验证了该小信号模型较现有模型具备更好的准确性,对多端柔性直流输电系统稳定性分析、耦合机理研究及控制器设计具有很好的参考价值。