柔性直流电网站间协调控制功能及稳控配合研究

张北柔直电网工程是世界首个柔性直流电网试验示范工程,由于电力电子设备过载能力相对较弱,且单站容量可达直流电网容量的三分之一,为了保证直流电网的安全稳定运行,在张北柔直电网工程中配置了站间协调控制主机以实现四站之间的相互配合,确保在各种扰动情况下直流电网潮流和电压处于可控的工作状态,同时在站间协调控制主机中实现柔性直流电网功率传输极限能力的计算,为交直流混联运行时稳控系统切除新能源提供依据。

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。

基于直流电压同步的构网型直驱风机两阶段主动阻尼支撑控制策略

传统的风力机组主要依赖有功功率调制实现阻尼提升,这可能会影响风能捕获。针对此,面向利用直流电压同步的构网型直驱风机,设计了一种两阶段主动阻尼支撑控制策略。在第1阶段,基于直流电压同步控制,提出了2种基于无功功率调制的阻尼控制器,评估了控制器参数和运行工况对阻尼效果的影响。所提控制器利用直流电容储能和换流器无功资源为系统提供阻尼支撑,而风机运行在最大功率追踪模式。在第2阶段,当直流电压波动超过设计的阈值后,风电机组功率控制器随即启动,通过调用风机侧资源进一步提升系统阻尼。进一步设计了风机转速恢复策略以消除有功有差调节带来的下垂影响。所提控制策略无需锁相环和有功功率调制即可实现风机和弱电网之间的同步。同时,考虑能量代价,权衡了风能捕获的经济性要求和提供阻尼的稳定性要求。

多端柔性直流输电系统的功率协调控制策略

维持直流电压稳定是确保整个多端柔性直流输电系统稳定运行的重要前提,基于此,提出在单点或多点定直流电压控制换流站控制中引入二次功率协调控制,获得一种适用于两端或多端柔性直流输电系统的功率协调控制策略。所提控制策略可实现多点定直流电压控制换流站根据各换流站的容量以及运维人员的设定合理分配功率,消除因负荷功率变化引起的直流电压偏移,以及直流侧线路电阻对各换流站功率分配精度的影响问题。最后,在PSCAD/EMTDC中以一个三端柔性直流输电系统为例进行仿真,验证了所提控制策略的有效性和正确性。

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。

基于改进定有功功率控制特性的VSC-MTDC系统仿真

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在不同运行状态下的协调控制策略进行了研究。提出了改进的VSC-MTDC系统直流电压—有功功率控制特性曲线,在现有定有功功率控制的调节特性曲线中增加了斜率控制和定直流电压控制,并基于此实现了系统的协调控制策略;推导了环网式接线的VSC-MTDC系统正常运行时各换流站直流侧电压与所传输直流功率的关系式,并给出了各换流站直流电压—有功功率控制特性曲线中拐点处直流电压的计算方法。最后,在PSCAD/EMTDC中分别对不同运行状态下的VSC-MTDC系统进行了仿真,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。

具有快速跟踪能力的电压型PWM整流器直接功率控制

在现行电压型PWM整流器的直接功率控制策略中,利用开关表同时对有功功率和无功功率进行调节,对无功功率的调节能力强于对有功功率的调节。则导致了在暂态和抗扰过程中有功功率、直流电压出现较大的波动,系统跟踪给定速度慢,对负载运行不利。对此,提出了根据有功功率瞬时值与给定有功功率的差值设定无功功率给定值的新策略。该新策略有效地抑制了直接功率、直流电压的波动,加快了有功功率、直流电压的跟踪速度,提高了系统的抗扰能力。仿真结果证明了该新策略的可行性。

多端电压源型直流输电系统的控制策略

以提高多端电压源型直流输电系统的运行可靠性为目的,提出了基于直流电压—有功功率调节特性的多端直流输电系统控制策略。在系统负荷发生突变或任一换流站故障退出后,所有具备功率调节能力的换流站根据给定的调制方式在一定程度上分担系统功率的缺额,这样既维持了系统内的功率平衡,又避免了单个换流站承担功率过大的情况。最后通过数字仿真验证了所提出的控制策略设计的正确性和可行性。

基于模块化多电平的真双极柔性直流控制保护系统开发及验证

文章对基于模块化多电平(MMC)的真双极柔性直流输电控制保护系统的分层设计及功能配置进行了描述。针对双极柔性直流输电设计了无功功率控制策略,实现了无功功率控制和交流电压控制下两站无功功率的优化运行。设计了双极金属回线与大地回线转换控制策略,实现金属与大地转换。进一步对模块化多电平真双极拓扑结构的阀侧故障进行了详细分析,提出了可行的保护配置方案。最后给出了基于厦门双极柔性直流输电工程真实控制保护主机构成的实时硬件闭环系统试验结果,证明设计的双极柔性直流控制保护策略能够很好地满足双极柔性直流工程的需求。

青藏柔性直流输电系统控制策略仿真研究

青藏联网工程是传统直流输电,其换流器只有一个控制自由度,不能独立调节有功和无功,当系统的稳定性受到影响时,对无功功率和有功功率的调节效果不能做到优化调节。为此,提出基于功率解耦的青藏柔性直流输电系统控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了真双极的青藏柔性直流输电系统模型,对潮流翻转、直流电压阶跃、交流电压阶跃、有功功率阶跃等典型工况进行了仿真研究。结果表明,基于功率解耦的青藏柔性直流输电系统控制策略在实际工程中具有一定的适用性。

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。

多端柔性直流输电系统中的低电压穿越问题

为了解决风机的低电压穿越问题,使其很好地渡过电压故障和电压恢复时刻,采用基于直流电压-有功功率控制策略的多端系统,接入风力发电系统,在该控制策略的协调控制下,系统有功功率能够自动匹配,即使交流电网发生电压跌落时,风力发电机所发的功率仍然能够输送出去。在Mtalab下搭建接入风电的四端系统,在整流站、逆变站和主导站所连电网分别发生电压跌落时,风力发电机能够继续平稳工作。仿真结果表明,多端系统是解决风力发电机低压穿越的问题最有效途径之一。

多端柔性直流输配系统控制策略研究

多端柔性直流输配电系统能够实现多电源供电、多落点受电、孤岛供电以及有利于分布式能源和风电并网的优点,比双端系统更为灵活、可靠性更高。针对多端直流输配电系统的控制系统结构以及暂态故障时直流电压与系统潮流控制存在问题,分别提出了主从控制与电压跌落控制相结合的控制方法,有效的解决了多端系统中换流端口出现故障而引起的系统波动的问题,最后利用PSCAD软件对一个四端系统进行仿真,其仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。

基于VSC-HVDC的电力系统频率稳定控制策略

针对电力系统在典型故障与扰动下表现出的“暂态失稳”现象,提出了一种基于VSC-HVDC的电力系统频率稳定控制方法。考虑某大规模发电厂通过VSC-HVDC连接至交流电网,该方法允许此发电厂向交流电网提供频率控制服务。该控制策略包含整流器对直流电压的控制以及逆变器对频率的控制,即逆变器通过交流电网频率的变化来调节直流电压的变化,而整流器通过直流电压的变化来控制发电厂有功的投放,以补偿交流电网有功的短缺,使电网在故障恢复的初始阶段更好地提高系统稳定性。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的稳定性。

柔性直流输电系统的附加频率控制

在直流电压下垂控制中设计了附加频率控制器,把频率--有功功率(f--P)的下垂特性引入到有功功率的整定值中,使得两端交流系统能够互相进行事故下的功率支援,参与到事故端的频率调节中,减小了事故端交流系统频率过大的偏差。最后在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了两端柔性直流输电模型,换流站均采用附加频率控制策略,仿真结果表明了所提附加频率控制策略的有效性。

微处理器多功能数字功率计原理与应用

本文介绍了一种应用微处理器技术研制成功的微处理器多功能数字功率计(见封二照片)。它叙述了本仪器的基本工作原理和误差分析,并介绍了该系统操作及软件流程图。说明了仪器的使用方法及共应用。