计及不平衡功率最优分配的直流电压斜率控制策略研究

针对多端直流输电(multi-terminal HVDC transmission,MTDC)系统中负荷变化引起功率分配不平衡问题,该文提出计及不平衡功率最优分配(optimal unbalanced power allocation,OUPA)的直流电压斜率控制策略,采用包含处理层和执行层的分层控制方式。通过处理层建立OUPA数学模型,该数学模型以产生不平衡功率后额外产生的发电费用最小为目标函数,以线路容量、发电机容量、换流站容量及功率平衡为限制约束,应用拉格朗日乘子法求解模型最优解,通过执行层实现OUPA。在Matlab/Simulink平台搭建5端电压源型变换器MTDC仿真模型,分别对MTDC系统在正常工作、某一端换流站功率发生突变、某一端换流站退出运行等3种工况进行仿真。结果表明,该方法在非故障工况下的发电费用显著降低,在故障工况下直流电压保持稳定,功率平衡,控制结构简单,鲁棒性强,易于实现。

适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制策略,分析了现今最受认可的直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的缺陷,并结合2种控制策略的优点,提出了一种新型直流电压控制策略——直流电压偏差斜率控制策略。该控制策略利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站直流功率的跟踪;利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,加快了其动态响应能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对直流电压偏差斜率控制策略的特性进行了稳态仿真分析以及暂态仿真分析,仿真结果表明:采用直流电压偏差斜率控制策略后,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠运行。

多端柔性直流输电系统直流电压模糊控制策略

直流电压斜率控制适用于潮流经常变化的多端柔性直流输电系统,但现有的直流电压斜率控制不能很好地兼顾不同运行工况对斜率参数的要求。文中提出一种基于模糊控制的直流电压变斜率控制策略。该控制策略应用模糊控制理论,把常规的直流电压斜率控制由原来难以整定参数的固定斜率控制变为控制参数根据运行工况变化的变斜率控制。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端柔性直流输电系统模型,并与MATLAB互联仿真。仿真结果验证了文中设计的直流电压模糊控制策略能有效维持系统稳定运行和加快系统故障恢复。

多端柔性直流输电系统直流电压混合控制策略

多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制主要有直流电压偏差法和直流电压斜率法。直流电压偏差法在控制模式切换时存在较大的直流电压波动,而直流电压斜率法的有功潮流不能精确控制。针对现有方法的缺陷,提出一种直流电压混合控制策略,设计4阶混合控制器结构,阐述混合控制器配置原则和降阶变结构方法,最后搭建典型的三端柔性直流输电系统进行了仿真验证,证明了直流电压混合控制策略的直流电压接管更加平稳,并可以实现有功潮流的精确控制。

直流电压偏移最小的直流配电网调压控制策略研究

对直流配电网的电压控制策略进行了分析和研究,提出了一种以直流电压偏移最小为目标的新型综合调压控制策略。一次调压采用直流电压下垂控制,实时快速的响应系统内的功率波动,二次调压通过潮流优化算法周期性的计算并更新总直流电压偏移最小时参与二次调压的下垂控制器的电压参考值和功率参考值,消除和减少一次调压引起的电压偏差,防止直流配电网发生较大功率波动时过电压的发生。最后,在Matlab/Simulink上搭建了环状四端直流配电网仿真模型,对所提控制策略进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明:利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。

基于下垂特性的地铁双向变电站直流电压控制策略研究

本文以常州地铁1号线为例,在分析双向变电站的工作原理的基础上,选择二极管钳位型三电平变流器作为研究对象,基于平均电流补偿的下垂控制方法,采用仿真软件建立2个并联变流器的仿真模型,研究电路中电流随时间的变化过程,并采用室内试验方法建立了2个50kWa的并行电流器平台,对仿真分析结果进行验证。研究成果可以为城市地铁的双线变电站直流电压的控制提供参考。

控制参数对柔性直流电网稳定性的影响分析

控制参数的合理选择是柔性直流电网稳定运行的前提条件,而其参数整定又依赖于柔性直流电网的稳定性模型。首先,提出了基于直流电压斜率控制的柔性直流电网小信号模型,同时考虑了模块化多电平换流器内部动态特性及环流抑制器的作用。然后,利用根轨迹法分析直流电压斜率控制器的PI参数、斜率参数和环流抑制器PI参数对系统稳定性影响。利用参与因子法识别二倍频环流所对应的模态,进而分析PI参数对二倍频环流抑制的影响效果。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建张北柔性直流电网试验示范工程仿真系统,验证所提建模方法以及结论的正确性,为实际工程中控制参数整定提供了理论依据。

多端电压源型直流互联系统频率稳定性控制策略

以提高电压源型换流器多端直流互联系统的频率稳定性为目的,提出了一种适用于多孤岛电网换流站共同参与主网频率调节的多端协调控制策略。该控制策略首先是根据互联系统的数学模型,利用非线性鲁棒控制中的反馈线性化H∞方法设计出了各孤岛电网换流站直流功率调节量的控制律。然后考虑各孤岛电网自身频率波动情况,利用单纯形法滚动优化直流功率调节量控制律中的直流功率分配系数,从而得到最优分配的直流功率调节量,保证了各换流站以最优直流电压斜率控制协调参与主电网的频率稳定调节过程。最后,在PSCAD/EMTDC中以三端柔性直流互联系统为例,通过与常规控制策略进行对比仿真,验证了所提控制策略的正确性和优越性。

柔性直流电网协调控制策略

针对包含新能源孤岛送出、孤岛供电以及双极结构的复杂柔性直流电网,提出了一种协调控制策略。整个协调控制系统包含广域协调控制系统和换流站协调控制系统。发生换流站故障或直流线路故障后,广域协调控制系统根据工况对各柔性直流换流站及其他子系统进行总功率调控,同时各换流站根据工况和指令切换控制模式或改变自身功率,配合进行协调控制。通过对典型柔直电网中典型工况的仿真,验证了本文提出的协调控制策略可明显改善故障情况下的柔性直流电网响应特性,提高柔性直流电网安全稳定运行能力。

多端柔性直流输电系统协调控制策略

为兼顾系统动态响应速度和换流站精确控制有功功率的能力,并保证系统直流电压控制具有一定刚性,本文提出将直流电压偏差控制特性曲线中定功率特性改为斜率特性,并将其作为辅助站的控制特性,而主导站采用定直流电压控制,其余换流站采用定功率和斜率混合控制。为实现该控制策略,根据各换流站的控制特性设计相应的控制器结构和参数,并在控制器中引入滞环以避免控制模式频繁切换。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建5端柔性直流输电系统,对系统处在不同的运行状态分别进行仿真,仿真结果表明,该协调控制策略能够满足系统在不同运行状态下的运行要求。

VSC-HVDC互联系统电压稳定控制策略

柔性直流输电系统具有有功无功可独立解耦控制的特点,使其不仅可以实现直流系统内有功的合理分配,还可以通过对无功的控制辅助所连接的交流系统以维持电压稳定。为充分挖掘电压源型换流站无功输出潜力,提高与之连接的交流系统的电压稳定性,作者提出一种基于VSC-HVDC互联系统的电压稳定控制策略。在两端柔性直流系统中,对整流站采用直流电压偏差斜率控制,逆变站采用定直流电压控制,按照无功优先模式设置电流限幅即以无功电流的大小决定有功电流的限幅值,分别针对整流站和逆变站设计有功电流动态限幅控制器,扩大无功电流限幅值。在不需要站间通信的情况下,将VSC-HVDC输电系统部分有功转换为无功,提高了换流站的无功输出能力,以此减轻扰动或事故端系统调整无功的负担。通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提控制策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的功率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的交流电压稳定性。该控制策略为通过VSC-HVDC系统连接的交流系统的电压稳定问题提供了一种新的解决方案。

基于自适应下垂调节的VSC-MTDC功率协调控制

多端柔性直流输电系统(voltage source converter multi-terminal DC system,VSC-MTDC)中各换流站的功率协调控制是至关重要的。采用传统的下垂控制时,电压功率只能按特定的斜率分配。然而,换流站功率实时变化,且根据电流方向变化不同换流站的功率裕度也不同。为了防止单个换流站功率裕量不足而影响系统功率分配,提高VSCMTDC的稳定性,文中提出一种适用于功率共享的自适应下垂控制方法。根据直流电压变化的大小及方向,实时调节下垂系数,使系统中采用下垂控制的换流站可根据自身功率分配能力灵活参与功率调节,达到功率的最优分配。同时结合定直流电压控制和所提自适应下垂控制,提出一种通用的VSC-MTDC功率协调控制策略。该方法考虑了各个换流站的动态功率裕度,无需站间通信,响应速度快,能在各个控制模式中平滑切换,对所有拓扑结构的多端系统均适用。基于PSCAD/EMTDC进行了仿真验证,同时,搭建了四端直流输电实验平台,通过仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

VSC-MTDC互联系统频率稳定控制策略

直流系统的定有功控制方式牺牲了交流侧系统在发生事故时相互支援的能力。根据电压源型换流器高度可控、灵活高效的特点,提出一种适用于多端柔性直流输电(voltage sourced converter based multi-terminal high voltage direct current,VSC-MTDC)互联系统的频率稳定控制策略。该策略不需要站间通信,通过附加频率控制使换流站可对交流侧系统的频率做出响应,通过直流电压斜率控制使多个换流站共同分担直流网络中的不平衡功率,从而实现了一侧交流系统频率发生较大变化时,其余交流系统可通过VSC-MTDC进行功率支援,缓解事故系统的有功不平衡状况。最后通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了VSC-MTDC互联系统的频率调整能力,减小了故障端系统的频率变化量。

基于VSC-MTDC的风电场并网控制策略研究

针对风电具有随机性与间歇性等特点,提出适用于风电场经多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)并网时的多点直流电压自适应斜率控制策略。该控制策略将稳定直流电压的任务分配给多个具备功率调节能力的换流站,换流站之间不需要通信,根据自身的功率裕度自适应调节所承担风电功率变化量的大小,合理地利用多端系统的调节容量,同时避免换流站在按照固定直流电压-有功功率斜率运行时容易引起过载运行的情况。最后利用PSCAD/EMTDC针对该控制策略进行仿真分析,结果表明这种控制方式比较适用于潮流频繁变化的风电场VSC-MTDC系统。

基于滑模变结构控制的VSC-MTDC输电系统控制策略研究

以提高电压源型多端直流输电系统运行的可靠性和稳定性为目的,对整个输电系统进行了控制策略的研究。首先通过分析变流站的拓扑结构建立了变流站在dq坐标系下的仿射非线性数学模型,针对该模型采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计了变流站自身控制器。然后结合直流电压偏差控制和直流电压斜率控制各自的优点,设计了基于直流电压分段控制的多变流站间协调控制器,实现了在主导变流站故障退出后,系统仍能保证直流电压稳定和功率平衡。最后以一个典型的四端直流输电系统为例,在MATLAB/Simulink中建立了详细的模型,通过仿真验证了其具有良好的动态性能,并且通过与传统控制策略对比表明了本控制策略的优越性。