基于交直流解耦的超大规模交直流混合电网潮流计算可行解获取方法的研究

目前的交直流交替迭代潮流算法应用于超大规模交直流系统时经常面临收敛性差甚至不收敛的问题,无法有效获取可行解。文中提出基于交直流完全解耦从而获取潮流计算的可行解的方法,可提高超大规模交直流系统潮流计算收敛性,并避免交直流交换功率在交替迭代中发散的问题,文中方法的主要观点是交流换流母线电压在正常运行范围内并且直流运行于正常工况时,直流系统可与交流系统完全实现功率解耦,从而可将直流系统等效为恒定功率注入交流系统;待交流系统潮流计算迭代收敛后再求解直流系统换流变的有关变量。若换流变压器分接头越限,则表明交流换流母线电压不能维持在正常运行范围内,可为交流系统调整提供有效的信息,并能正确反映系统运行状态的突出问题。文中所提方法同样适用于未来含级联直流及多端直流的系统。通过我国多个大规模交直流系统算例,表明算法具有极佳的收敛性和鲁棒性。

基于PSCAD/EMTDC的大规模交直流电网实际故障再现

针对2010年11月7日南方电网发生的北郊—增城甲线短路故障导致5回直流同时发生换相失败事件,基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,根据实际电网结构等值系统搭建了含直流详细模型的电磁暂态仿真模型。为保证交直流大电网的快速且准确的建模,确定了建模规模,提出了直流系统建模、发电机调节系统自定义与校核、大规模交直流电网分区建模调试等工程实用方法。在此基础上,对此次故障进行了仿真研究,成功再现了实际故障过程。通过仿真结果与实际故障录波的对比,证明了建模方法的有效性和所建模型的准确度。最后使用所建模型对广东500 kV重要站点进行了典型故障仿真分析,确定了不同故障类型下可能引起5回直流同时发生换相失败的故障区域。

“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。

多馈入直流大规模电网机电—电磁混合仿真的程序实现与结果分析

针对多馈入直流大规模电网,提出了实现一种新的机电—电磁混合仿真方法。在网络划分中,将多条直流进行解耦处理,形成单个交流机电网络与多个直流电磁子网的混合仿真计算;在直流电磁仿真中,对换流器进行不同工况划分和等值处理,并与直流线路构成统一的拓扑结构和简单网络,避免了含开关复杂网络的求解;在接口处理中,采用傅里叶变换提取电磁侧接口基波电流,参与机电侧网络的迭代计算,以保证数值稳定;另外,采用适时控制步长的方法,解决交直流大电网仿真可能出现的不收敛问题;最后,将混合仿真的结果与机电暂态仿真程序PSASP进行比较,分析多馈入直流同时换向失败的现象。

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。

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。

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。

高比例分布式可再生能源交直流混合配电网运行调控:科学问题与技术框架

随着分布式可再生能源发电与中低压直流组网技术的快速发展,未来配电网必然向复杂的交直流混合形态演进,其运行调控技术面临许多新的挑战。在高比例分布式可再生能源交直流混合配电网(HR-HDN)运行调控技术发展需求分析的基础上,提炼出HR-HDN运行调控技术的3个科学问题,并以多类型可控设备协同、源-网-荷-储高度互动化和市场化需求为研究主线,从稳定控制、故障主动防御与恢复、电力市场机制辅助调控以及“平台+数据”数字化集成调控4个方面,提出了HR-HDN的运行调控技术框架。最后,对HR-HDN运行调控关键技术的未来发展进行了展望。

大规模交直流混联电网RTDS快速建模方法

为提高大规模交直流系统实时数字仿真器(RTDS)建模的效率,提出了一套将各种常用机电暂态数据文件统一转换为RTDS模型的成套流程方法。对PSS/E-RSCAD数据转换时关键元件的模型对应关系及存在的问题进行了对比分析,从电力系统抽象建模、动态等值、数据预处理和数据转换等方面详细介绍了大规模交直流系统RTDS建模的关键技术。开发了一套常用机电暂态软件至RTDS的数据移植软件,并成功应用于浙江电网的RTDS快速建模研究。对称故障下的仿真结果表明,系统转换前后稳态和暂态特性相一致,验证了RTDS快速建模方法的有效性。

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。

含多电力电子变压器的交直流混合配电网潮流计算方法

由于电力电子变压器(power electronic transformer,PET)端口特性难以解析描述,从而导致含多PET和分布式能源的交直流混合配电网在潮流计算时难以生成雅克比矩阵,为此,提出基于交替迭代法的潮流计算方法。首先,构建等效受控源对,以解耦PET多端口间的相互影响关系,获得适用于潮流计算的PET解耦模型。其次,通过合理划分控制模式,以反映不同端口控制模式对PET各部分潮流计算方程与潮流计算次序的影响,从而获得不同控制模式下的PET潮流计算方程。然后,推导计及端口控制模式、多PET协调控制方式的含PET多运行场景的配电网潮流方程。最后,以端口电压和功率为解耦变量,通过交替迭代算法实现含多PET的交直流混合配电网潮流计算。以IEEE33节点拓展构建的交直流混合配电网为例,将所提方法的计算结果与基于详细模型的仿真结果进行对比,验证所提方法的准确性。

考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

针对电动汽车作为灵活储能分散接入交直流混合微电网后过度依赖双向互联接口变换器进行子网间储能交互的问题,提出一种考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,考虑交、直流子网净功率和功率互济级最大传输功率作为约束条件,将其划分为四种运行状态,并进一步分析功率互济级功率传输方向和储能荷电状态,详细划分不同模式对应的具体工况;然后,考虑电动汽车和蓄电池的响应优先级,设计联合储能动作规则,并详细研究交、直流子网和联合储能子网间的功率交互,制定功率协调控制策略,提出系统模式及工况切换方法;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了交直流混合微电网仿真模型对所提控制策略进行验证。

孤岛模式下交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

孤岛模式下交直流混合微电网可以通过互联变流器(interlinking converter,IC)实现交流微电网和直流微电网的功率互济。针对孤岛模式下IC采用传统下垂控制和基于比例积分(proportional-integral,PI)的电流控制方案存在惯性小、动态性能差的问题,提出了基于虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的新型控制策略。首先,在传统下垂控制的基础上,通过引入交流频率和直流电压的微分量,提出了改进的VSG控制方法,以提升系统的电压和频率稳定性。然后,在IC的电流环,提出了固定时间滑模控制(sliding mode control,SMC)方法,提高了系统的动态性能。接着,在交流微电网和直流微电网中引入了功率二次控制,实现了系统电压和频率恢复。最后,基于远宽StarSim硬件在环实时仿真平台搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提新型控制策略可以实现交直流微电网子系统间功率互济,提升了系统的惯性和动态控制性能。

基于增量成本的交直流混合微电网分级分布式控制策略

由于交直流混合微电网中分布式电源的成本各异,按照容量比例分配功率的下垂控制易造成系统成本较高,文中提出基于增量成本的下垂控制。为进一步解决线路阻抗不匹配对功率分配精度的影响,充分考虑微电网的经济运行,提出基于一致性算法的分级分布式控制策略。该控制策略分为子网级控制与系统级经济控制。子网级控制在基于增量成本的下垂控制中引入频率/电压二次控制项和成本二次控制项,恢复交流频率与直流电压,同时实现子网之间的分布式电源的经济功率分配。在系统级经济控制中引入“相对频率指数”与“相对电压指数”,构造双向互联变流器的本地控制策略,并进一步引入基于一致性算法的功率二次控制项,实现各分布式电源增量成本一致,从而达到系统全局最优的经济运行。最后,对交直流混合微电网模型进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。

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。

基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法

采用随机场景模拟法描述机组和输电线路随机停电事故、负荷预测误差,提出了一种基于Benders分解的交直流混合输电网随机扩展规划方法。首先建立以交直流输电线路投资成本、失负荷成本、系统运行成本等为综合成本目标,采用Benders分解,将交直流混合输电网混合整数线性规划模型分解为规划主问题和可靠性校验和经济调度的子问题迭代求解。在6节点系统和改进的IEEE-118节点系统算例仿真结果表明:与交流输电系统相比,扩建直流输电线路可以节省更多的成本,在选择交流/直流输电线路时,直流线路输送潮流的可控性以及经济性都可以减少失负荷。

基于混合粒子群优化的交直流混联配电网扩展规划算法

在交直流混联配电网建设过程中,主要采用传统的粒子群算法求解配电网扩展规划方案,容易陷入局部最优,使得最终生成方案的规划成本较高。因此,提出基于混合粒子群优化的交直流混联配电网扩展规划算法。针对配电公司和分布式电源运营商两个配电网运营主体,设计配电公司为主、运营商为辅的博弈关系图,并构建以系统经济性最优、DG利用率最大为目标的双层配电网扩展规划模型。考虑交直流混联配电网运营要求,设置设备投资约束、网络连通性约束和元件运行特性约束条件。结合粒子群算法和模拟退火算法组成混合粒子群优化算法,应用对双层规划模型进行迭代求解,输出最优交直流混联配电网扩展规划方案。实验结果表明:所提算法应用后得出的配电网扩展方案年规划成本仅为135.07万元,满足了配电网扩展经济性要求。

抑制电压不平衡交直流混合微电网互联变换器的控制策略

针对特定的交直流混合微电网,给出了抑制电压不平衡的互联变换器控制策略。该控制策略采用双同步坐标系的正负序分离方法,经过坐标变换,解耦和低通滤波器,提取电压的正负序分量;基于瞬时功率的理论,推导出含有正负序分量的有功和无功功率表达式,给出了抑制直流电压波动和实现单位功率因数控制的正负序电流给定;进而基于矢量控制结构实现互联变换器控制。根据Matlab/Simulink环境下的仿真结果,证明了所提抑制电压不平衡控制策略的正确性和有效性。

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。