柔性多端直流的智能分布调控

随着风电、光伏等新能源在传统电力系统中渗透率的增加,常规的交流电网已不能满足远距离、大容量输送电能的需要,柔性多端直流电网将成为区域互联和风电消纳的发展方向。首先对柔性多端直流电网的控制策略进行研究;然后,在每个换流站都设置一个智能体,提出柔性多端直流电网的智能分布调控策略;最后,搭建一个典型的四端柔性直流输电系统进行仿真。仿真结果表明,该控制策略能够同时兼顾集中式控制和分布式控制的优点,每个智能体都能够计划并制定适当的决策,通过TCP/IP协议与其他智能体交换数据,在环境突变(系统故障或者大扰动)的情况下迅速做出反应,减少通信延迟以及上级电网智能体优化计算的时间损耗。

基于MMC柔性多端直流配电系统的改进协调控制研究

针对模块化多电平变流器多端直流配电系统,提出了一种改进协调控制策略。该控制策略是对下垂控制改进,改进的策略避免了直流网络在功率发生较大程度变化时出现过电压。在此背景下,设计了基于半桥型模块化多电平换流器(Half-bridge Modular Multi level ConverterHBMMC)的四端柔性柔性多端直流配电系统。本文首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,然后在此基础上设计了四个模块化多电平换流器的控制和内部环流并在基础上改进了协调控制策略,最后用PSCAD/EMTDC平台搭建了21电平MMC验证仿真模型,最后仿真结果验证了:稳定时,各级控制器间的相互配合使得所构建模型可行性;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力,可以最大限度地维持直流电压的稳定。

柔性多端高压直流输电系统双环附加频率控制研究

传统PI双环解耦电流控制的电压源型转换器难以为孤立交流区域提供频率支持,因此需要增加频率控制环节。通过在VSC控制器的有功控制环中增加有功-频率下垂控制,在无功环中增加无功-频率微分控制,设计一种基于本地信号、无需远程通信的双环附加频率控制策略。该控制策略主要通过共享风电场功率裕度实现对AC区域的频率支持,同时通过无功环附加频率控制改善交流区域频率响应暂态性能。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建4端柔性高压直流输电系统,验证了双环附加频率控制策略的有效性。

考虑模块冗余和系统状态的多端柔性直流输电系统可靠性的蒙特卡洛分析

与传统柔性直流输电系统相比,基于模块化多电平变换器的多端柔性直流输电系统(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)因子模块数量更大、结构更复杂、运行状态更多,使其可靠性建模更具挑战。该文提出一种考虑模块冗余和系统状态的MMC-MTDC可靠性的蒙特卡洛分析方法。首先,以可靠性框图法为基础,建立考虑模块冗余的换流阀可靠性模型,并进一步构建了考虑多设备影响的换流站可靠性模型。其次,在实际运行的多状态转移过程分析基础上,建立了考虑状态转移持续时间的MMC-MTDC概率密度模型,提出了基于蒙特卡洛的MMC-MTDC可靠性模型求解方法。最后,以某实际±200kV的MMC-MTDC系统为例,对多运行方式下的状态概率、状态持续时间及状态频率等可靠性指标进行了求解,研究可为多端柔性直流输电系统可靠性分析提供一定的参考。

微配网多端柔性多状态开关载荷负荷控制系统

微配网多端柔性多状态开关具有多端灵活多态切换等特性,该特性造成载荷负荷具有不确定性和随机性,易出现负荷不均衡情况。为此,设计双层嵌套负荷均衡控制系统。设计多状态开关载荷主控子系统模块,在开关载荷负荷控制微处理单元,控制接收外部发送命令。通过负荷控制多端通信接口,实现多端接入通道的多源数据传输。构建供区层和馈线层的双层嵌套加权最小目标函数,充分考虑开关两端等效损耗约束目标函数,避免损耗影响系统控制效率。设计双层负荷动态分配方案,使得开关载荷负荷达到均衡状态。由系统应用仿真结果可知,该系统控制核心三维坐标为(2,6,200),能够达到相对理想的控制目标。

基于连续变分模态分解的多端柔性直流电网单端量保护方法

针对现有多端柔性直流电网线路保护不耐受高阻和易受噪声影响等问题,提出一种基于连续变分模态分解(successive variational mode decomposition,SVMD)的多端柔性直流电网单端量保护方法。具体为:首先,采用直流极电压突变量构建保护启动判据,进而满足保护速动性要求;其次,利用零模电压总和构造故障类型检测判据;最后,基于线模电压的高频分量在区内故障和区外故障之间存在差异这一特征,利用SVMD对线模电压进行分解,提取最高频的时频分量作为故障特征分量,进而利用故障特征分量的峰值实现故障区域的检测。大量仿真实验表明,所提保护方法可适应不同故障过渡电阻、不同故障类型、不同故障距离以及不同故障线路等工况,且能够识别雷击干扰。

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。

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。

基于测量波阻抗豪斯多夫距离的三端柔性直流线路纵联保护

针对大规模新能源场站并入多端柔性直流电网所突显的直流输电线路故障问题,为了使线路保护的可靠性能够得到保障,提出了一种基于测量波阻抗豪斯多夫距离的三端柔性直流线路纵联保护方法。首先分析了所搭建模型中线路在发生区外故障与区内故障时其波阻抗幅值的变化趋势与不同,然后使用改进完全集合经验模态分解提取实验所需测量波阻抗,再利用豪斯多夫距离公式计算出提取出的测量波阻抗之间的距离。通过对此距离的分析,可以区分故障发生区域为区内还是区外。在仿真软件中进行大量故障仿真实验。结果表明,该方法能够使保护非常灵敏且准确地进行动作,从而使直流线路更加可靠地运行。

多端柔性直流配电网继电保护控制技术研究

为了确保柔性直流配电网的稳定安全运行,针对多端柔性直流配电网继电保护控制技术展开分析。通过建立多端柔性直流配电网数学模型,按照配电系统结构将其整个划分成若干个控制区域,每个区域包含相应的换流器、直流变压器、直流线路,再采用故障录波器对直流线路故障进行快速定位和隔离控制,以此完成继电保护控制。实验结果表明,设计方法可以实现对配电网运行故障的快速辨识和控制,保障了多端柔性直流配电网的正常运行和供电服务稳定性。

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。

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。

计及系统状态的多端柔性直流输电系统可靠性评估及灵敏度分析

多端柔性直流输电技术正在迅速发展,而对其进行可靠性分析是保证直流输电系统安全稳定运行的前提。由于目前缺乏对多端直流输电系统可靠性的定性与定量评估以及提升方法的研究,本文提出了一种基于状态空间法和分步组合模型的多端柔性直流输电系统可靠性建模方法。该方法考虑到多端柔性直流输电工程的多种实际运行状态,分别建立了直流线路和换流站子系统的状态转移模型,通过求解供电可用率、年等效停运时间等可靠性指标验证了该方法的正确性与可行性。最后采用分层等值法建立了可靠性指标对元件故障率灵敏度的解析表达式,定量分析得到了系统可靠性最薄弱环节。研究可给实际柔直工程的可靠性评估提供一定的参考。

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。

舟山多端柔性直流输电工程换流站绝缘配合

换流站的绝缘配合是柔性直流输电工程实施的关键技术之一,其研究对换流站设备设计、选型、制造和试验具有重要的指导作用。为合理确定舟山多端柔性直流输电工程各换流站设备的绝缘水平,提出了换流站的避雷器布置方案,计算确定了相应避雷器参数及保护水平,给出了换流站设备推荐的绝缘裕度,并根据选取的设备绝缘裕度最终确定了换流站各设备的绝缘水平。文章给出了3种不同避雷器布置方案下的绝缘配合结果,结果表明不同避雷器布置主要对桥臂电抗器端子间的绝缘水平有较大影响,方案1下桥臂电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为450 kV和325 kV;方案2和方案3的避雷器布置下,桥臂电抗器端子间的绝缘水平相同,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为750kV和550kV。除桥臂电抗器外,3种方案下换流站其他设备推荐的绝缘水平均相同,换流站联结变压器阀侧交流设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为650 kV(或750 kV)和550 kV,桥臂电抗器阀侧交流设备的雷电和操作冲击绝缘水平与联结变阀侧设备取为一致,换流站200 kV直流母线的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平建议取为650 kV(或750 kV)和550 kV,直流平波电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为850kV(或950kV)和750kV。此外,文章还分析了3种避雷器布置方案的优缺点。研究结果可为该工程的建设提供重要依据,也可为其他相关工程提供参考。

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。

舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压

舟山多端柔性直流输电工程建成后将成为世界上第一个基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的五端柔性直流输电工程。为研究各换流站的过电压水平,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,详细分析了换流站交直流侧的过电压机理,建立了基于详细控制保护策略的五端柔性直流输电系统过电压仿真模型,计算了换流站联结变压器阀侧单相接地、桥臂电抗器阀侧单相接地、直流极线接地、直流平波电抗器阀侧直流母线接地和直流极间短路等故障在换流站关键设备上产生的过电压。结果表明:联结变压器阀侧交流母线上的最大过电压为360 kV;直流极线上的最大过电压为370kV,直流平波电抗器阀侧直流母线的最大过电压为369 kV,避雷器CB和D承受的最大能量分别为1.258 MJ和1.655 MJ;星形电抗接地支路中性点上的最大过电压为188 kV;桥臂电抗器两端产生的最大过电压为235 kV。计算结果可为该工程换流站的绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。