改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

基于改进结构的自激式直流空气断路器小电流开断能力提升方法

大容量自激式直流空气断路器(SE-DCCB)广泛应用于轨道交通电力系统中,其可以快速切断大等级短路电流。但是SE-DCCB分断几百安小电流时自激磁场较小,导致电弧燃弧时间较长甚至开断失败。该文通过耦合自激线圈磁场的改进磁流体动力学(MHD)模型,仿真得出双气流涡旋和弧根黏滞是SE-DCCB开断小电流失败的主要原因。为了提高SE-DCCB开断小电流的能力,对其结构进行改进,改进结构SE-DCCB采用安装导磁条的导磁板,并减小跑弧道转弯角半径,可以加快弧根运动速度、削弱小电流开断时的双气流涡旋和弧根黏滞现象,从而缩短燃弧时间。同时,改进结构SE-DCCB降低了电弧熄灭时刻灭弧室入口处的温度,能够减小电弧熄灭后重燃的概率,提升其开断小电流的性能。该研究揭示了SE-DCCB小电流难以开断的物理本质,可为轨道交通用空气断路器提供研发指导。

一种混合型双向直流变压器的改进虚拟直流电机控制

为实现中低压直流互联场景中串并联直流固态变压器的高效传输和灵活调压,组合CLLLC变换器模块和Buck/Boost-CLLLC变换器模块形成新的混合型串并联双向直流固态变压器(hybrid series-parallel bi-directional DC solid state transformer, HSBDCSST),使其兼具Buck/Boost-CLLLC变换器的双向灵活调压和CLLLC变换器的双向高效传输优势。同时提出了CLLLC模块的同步方波控制和Buck/Boost-CLLLC模块的改进虚拟直流电机(improvement virtual direct current motor, IVDCM)控制。其中各CLLLC模块采用同一个固定频率占空比为50%的方波进行控制以保证高效率。而对于Buck/Boost-CLLLC模块,在传统虚拟直流电机(virtual direct current motor,VDCM)控制的基础上引入直流电机额定角速度随机械功率按比例变化的环节,构成IVDCM控制策略,实现调压并改善直流变压器的惯性阻尼特性,有效提高了系统的响应速度与动态特性。最后搭建3模块串并联系统的Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,验证了该控制方法的有效性。

基于同伦法和改进的牛顿—拉夫逊法相结合的直流网络潮流分析

鉴于直流网络潮流算法的研究总体上尚处于起步阶段,特别是在收敛速度和初值选取方面仍存在缺陷,从网络分析角度出发建立直流网络方程组,在分析直流网络潮流模型的基础上进行变量分类,推演出改进的直流网络潮流算法。该算法利用同伦方法的全局收敛性获取网络的初始值,并结合改进的牛顿-拉夫逊法快速收敛到稳定解,使其同时满足计算稳定性和收敛速度的要求,适用于直流系统的在线计算和分析。算例仿真分析表明,该算法对初值要求低、收敛速度快,结果正确有效。

基于改进鲸鱼优化PID的无刷直流电机转速控制算法

针对鲸鱼优化算法易陷入局部最优以及无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)速度控制响应慢、超调量大等缺点,提出一种改进鲸鱼优化算法(improve whale optimization algorithm,IWOA)优化PID(proportional integral derivative)参数的无刷直流电机速度控制算法.该算法采用高斯变异因子、自适应权重因子和动态阈值相结合对鲸鱼优化算法进行优化.仿真实验结果表明,改进鲸鱼优化PID的无刷直流电机转速控制算法具有更快的收敛速度以及较小的超调现象,鲁棒性也更好.

基于改进遗传算法的直流电机双闭环调速系统控制参数整定

直流电机的双闭环控制被广泛应用于直流拖动系统,采用的控制器是传统的PI控制器。在工程应用中,通常采用人工整定PI控制器的参数,往往不能得到最优的控制参数。同时,许多研究采用智能群算法进行整定。针对直流电机双闭环系统的PI参数整定,提出了一种基于改进遗传算法的参数整定方法。与传统遗传算法相比,改进遗传算法的整定效果更佳,具有较快的响应速度、较好的稳定性和较小的超调,更适用于对直流电机双闭环调速系统的控制参数进行整定。

基于改进拟牛顿法的柔性直流系统潮流算法

针对目前柔性直流输电系统潮流算法存在的雅可比矩阵求解困难、算法效率低等问题,提出了一种基于改进拟牛顿法的交直流系统潮流算法,使用Broyden方法更新每次迭代过程中的雅可比矩阵,避免了雅可比矩阵的重复形成,减少了单步迭代的计算量,同时使用三阶牛顿法的迭代形式,提升了算法的收敛阶数,有效地避免了因拟牛顿法收敛阶数过低而造成的迭代次数增加问题,使得其计算效率相较于传统牛顿法与Broyden方法更有优势。最后,对不同规模的柔性直流输电系统进行潮流计算仿真分析,从交直流潮流结果、控制方式、算法效率、重负荷下的算法性能等方面进行对比分析,结果表明:提出的算法适用于多种算例情况,且具有与传统牛顿法相同的精确性,同时其算法效率相较于传统牛顿法得到了显著的提升,平均计算时间缩减率可以达到26.712%。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

基于改进基频调制电流源换流器的高压直流输电系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)是一种新型的电流源换流器,其具有功率密度高,控制灵活,且无换相失败风险等优点,在直流输电领域具有广阔的应用前景。采用脉冲宽度调制的CSC存在直流电压波动大,开关损耗高等问题,不适用于直流输电场景。基频调制的CSC虽然缓解了直流电压波动,但是其仅有一个控制自由度,无法实现有功无功独立控制。针对上述问题,在基频调制CSC的基础上,提出一种适用于高压直流输电的改进型基频调制电流源换流器。首先分析改进基频调制原理和换流器交直流侧谐波特性,并设计直流滤波器;然后,建立系统的数学模型,并提出相应的系统功率控制策略;同时考虑到系统需要向无源网络供电的情况,提出一种无源网络供电控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证所提调制方法和控制策略的正确性和有效性。

基于模糊下垂补偿的直流微源并联改进控制

由于线路阻抗不可忽略,传统应用于直流微电网的DC/DC变换器的下垂控制会造成直流母线电压存在偏差,分布式单元输出电流/功率不均衡。因此,为了减小母线电压偏差并提高各单元输出电流/功率的均分程度,提出一种基于电压电流双补偿的改进下垂控制策略:利用模糊算法对电压偏差进行补偿,提升电压控制精度;同时通过相邻单元间的输出电流信息交互,精确分配各变换器的输出电流/功率。为了验证所提控制策略的可行性,分别搭建了基于双向有源桥(dual active bridge,DAB)结构的直流微电网模型,同时搭建了2台DAB并联的直流微网实物平台。仿真和实验结果证明了所提控制策略对于提升电压/电流控制精度的有效性和正确性。

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。

基于改进粒子群算法的交直流混合配电网规划研究

随着电网电源和负荷快速增加,电网中的交直流混合将成为电网的一种新形式。因此,配电网规划更为复杂,故提出基于改进粒子群算法的交直流混合配电网规划研究。以成本最小化为目标和上层规划目标函数和下层规划目标函数。基于改进粒子群算法,以势阱处的能量为核心,确定粒子在势阱中运动最佳位置;保证上、下层参数传递收敛性,获取全局最优解,实现双层关联统一。利用不可行度约束下的支配函数,实现配电网规划解集多样性;计算相邻粒子拥挤距离,搜索配电网规划可行解,获取配电网规划结果。实验结果表明,研究的规划方法光伏数据比实际数据最大值高950 kW、风电数据比实际数据最大值低310 kW、负荷数据比实际数据最大值低95 kW,与理想规划效果一致。

交直流混合系统潮流算法改进及其鲁棒性分析

提出一种改进交替求解法来计算交直流混合输电系统潮流。该方法克服了直流子系统计算过程中由于受到交流系统母线电压幅值的影响而可能产生振荡的缺点。采用牛顿拉夫逊法计算直流输电子系统中每个单元,避免依照公式直接计算可能产生对负数开方的问题;同时,它很好地处理了分接头的调整问题,克服了由于控制角的余弦值大于1而导致无法回算触发角(熄弧角)的问题。仿真结果表明该算法快速可靠。所提出的方法在南方电网不同断面、不同运行方式、以及系统N-1扫描的计算过程中,体现出较好的快速性和可靠性。

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。

西门子及ABB直流线路行波保护对比和改进研究

西门子和ABB的直流线路行波保护方案在国内外应用最为广泛,存在过渡电阻耐受能力低,区内外故障区分度不高等问题。介绍了西门子和ABB行波保护的原理和判据。采用云广特高压直流工程参数搭建跟现场一致的西门子和ABB行波保护模型,通过仿真从过渡电阻、故障距离、区内外故障、线路耦合方面对西门子和ABB行波保护性能进行分析和对比。结果表明,ABB行波保护过渡电阻耐受能力高于西门子行波保护,西门子和ABB行波保护均可以利用变化率判据提高区内外故障的区分度,西门子行波保护可以利用变化量、ABB行波保护可以利用地模波变化率进行故障选线。针对现有行波保护方案存在的缺陷,在现有判据量的基础上提出改进方案。

直流微电网中多端口隔离型DC-DC变换器的改进虚拟电容控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压质量较差的问题,考虑当前分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求,提出一种多端口隔离型DC-DC变换器(MPIC)的改进虚拟电容(IVC)控制策略。首先,采用MPIC取代传统的Buck-Boost电路,实现储能系统内部微源相互电气隔离;其次,通过类比交流微电网中虚拟同步电机的调频控制,得到适用于MPIC的IVC控制;然后,建立其IVC控制下储能接口变换器(ESC)的小信号模型,深入分析负载扰动下直流母线电压的动态特性,针对扰动过程中产生的电压过冲现象,采用前馈补偿予以消除,并给出电压跟踪系数、虚拟电容和阻尼系数等参量的整定方法;最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。

基于改进矩阵束的高压直流次同步振荡检测

矩阵束是一种可以用来进行振荡模态参数辨识的算法。鉴于传统的矩阵束算法在有噪声情况下模态阶数辨识效果不理想,提出将信息熵引入矩阵束进行改进,进而将改进的矩阵束算法用于高压直流的次同步振荡模态的辨识。然后与改进Prony法和矩阵束算法对比分析,证明了基于信息熵的矩阵束算法的有效性。仿真结果表明,此算法可以快速、准确地辨识出次同步振荡模态参数,且该算法抗噪声能力强,可用于电力系统次同步振荡在线检测。

高压直流输电系统接地极过压保护机理及改进措施研究

笔者主要分析贵广二回直流输电系统接地极过压保护动作情况,并提出改进措施。首先介绍了接地极过压保护(59EL)原理及动作后果;然后介绍了接地极过压保护(59EL)的保护逻辑,通过分析贵广二回直流在调试过程中59EL保护的动作情况,指出了目前运行中的接地极过压保护的缺陷。为消除保护逻辑缺陷,避免接地极过压保护(59EL)误动作导致单极闭锁、造成双极相继闭锁的扩大事故,提高直流输电系统运行的可靠性,笔者提出了修改贵广二回直流系统接地极过压保护(59EL)逻辑、改进极控系统、直流站控系统程序的改进方案,最后,通过仿真手段对所提出的改进措施进行了试验验证。

基于最优功率分配的多端直流网络改进下垂控制策略

由于多端直流系统各输电通道距离不一致以及直流线路本身电阻较大,导致远距离、大容量直流输电系统的铜耗较大。为了实现整个系统铜耗最小的站间协调控制,构建未考虑本地负荷与考虑本地负荷时直流电压下垂系数的计算方法,提出一种改进的直流电压下垂控制策略。引入换流站可调容量大小,使得各换流站"量力而行"地参与下垂控制功率调整。利用PSCAD/EMTDC建立该四端直流系统的详细模型,仿真验证了正常运行及故障工况下该系统的运行特性。结果表明,所提出的控制方法可有效减少直流系统铜耗,有效改善交流侧故障引起的直流侧功率振荡,实现紧急功率支援。

±800kV云广特高压直流输电无功后备控制功能改进

无功控制功能是高压直流输电系统的重要功能。±800kV云广特高压工程除了采用传统高压直流输电工程的无功控制策略外,还采用无功后备控制功能作为无功控制功能的补充。文中分析了无功后备控制功能的控制策略和实现方法,指出当极控与直流站控系统的控制总线通信均故障时,无功后备控制功能存在缺陷,提出了改进方案,该方案在现场得到应用。