超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

不同拓扑柔性直流配电系统过电流理论计算方法适用范围

柔性直流配电系统是接入新能源、促进分布式能源发展的重要技术手段,其过电流计算是限流方案设计、设备选型、保护策略等的研究基础。具有普适性的精确理论计算方法可以简化和指导过电流的大量电磁暂态仿真。因此,文中开展了放射状和环状柔性直流配电系统极间短路故障下典型过电流理论计算方法的误差原因、影响因素和适用范围的系统性分析。首先,分别分析放射状柔性直流配电系统中过电流的解析计算方法和环状柔性直流配电系统中过电流的数值计算方法,提出了理论计算方法产生误差的根本原因是线路模型误差和公共线路耦合等。然后,在不同拓扑结构下,分析限流电抗器、线路型式及线路长度等因素对过电流理论计算误差的影响。最后,针对不同工况,提出了不同拓扑结构的柔性直流配电系统过电流理论计算方法的适用范围。

基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案

多端柔性直流配电系统的发展尚面临几大技术难点亟待解决,在继电保护方面主要问题在于直流故障的可靠识别。传统交流配电系统、高压直流输电系统保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。因此,该文设计了一种新型的多端柔性直流配电系统直流线路保护方法。利用线路边界特性,通过小波变换提取区、内外故障的暂态特征差异,实现故障的快速、可靠识别;并利用直流电抗器压降判据实现保护的方向性。该方法基于单端电气量实现全线路保护,动作速度快,无需通信,能够满足直流配电系统对保护的速动性、可靠性和选择性要求。最后,大量的仿真算例验证了所设计方案的可行性。

中低压柔性直流配电系统稳定性分析模型与机理研究综述

中低压柔性直流配电系统可高效接纳利用光伏、风电等新能源和储能等直流型电源,为电动汽车、数据中心及LED照明等直流型负荷提供高效可靠供电,因此得到广泛关注。然而由于系统内电力电子设备特性各异,直流网络拓扑复杂,控制策略多样,运行状态变化频繁且变化范围较大,使得直流配电网存在多时间尺度小扰动和大扰动稳定性问题。为此,首先对直流配电系统的拓扑类型以及典型控制策略进行了梳理,然后分别对直流配电系统的典型小扰动和大扰动稳定性研究现状进行了详细的综述,最后对直流配电系统稳定性研究进行了总结和展望。

多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,I_(dc)-U_(dc)与Q-U_(ac)下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。

多端柔性直流配电系统主从控制模式下的稳定性与优化控制

多端柔性直流配电系统是配电系统的一个重要发展趋势,其可有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。主要研究了主从控制模式下多端柔性直流配电系统运行时的稳定性问题。建立了基于动态导纳的小扰动稳定分析模型,研究了直流负荷、直流线路参数和多端互联等影响因素变化时系统出现的不稳定现象,提出了基于带通滤波的前馈补偿定直流电压控制方法,并对补偿前、后的系统稳定性进行了分析比较,通过改进的IEEE 33节点配电系统进行时域仿真测试,仿真结果表明了所提方法能够有效地提高系统阻尼与稳定性。

柔性直流配电系统高频突变量距离保护

柔性直流配电系统可以高效、灵活地接入新能源电源与直流负荷,成为配电网研究热点之一。然而受电力电子装置控制影响,直流故障时换流器提供的短路电流非线性强,其故障等值阻抗时变,保护难以基于变化的阻抗识别故障区域。针对该问题,通过分析故障高频信号在换流器开关过程中的回路,建立不受控制策略影响的换流器高频恒定阻抗等效模型,为保护研究奠定基础。进而提出一种基于高频突变量的距离保护,该方法利用系统故障前后几ms内的电气量信息,通过提取电压高频分量映射故障区段,结合保护整定配合实现故障区域识别。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建了六端柔性直流配电系统精细化模型,仿真结果表明,所提方法具有良好的速动性和选择性,能够可靠识别故障区域,并且有较好的耐受过渡电阻和抗噪声能力。

中压柔性直流配电系统故障暂态仿真研究

文中针对±10 k V/1 k A柔性直流配电系统进行仿真分析,包括直流系统仿真参数设计、结构选取,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时直流系统暂态变化的情况,并结合系统侧参数分析了各因素对暂态过程的影响。仿真结果表明,系统参数对故障暂态电压电流的变化有较大的影响;直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,对系统参数设置和器件及设备选型有一定的参考价值。

“手拉手”多端柔性直流配电系统启动与协调控制策略研究

首先,采用含有分布式光伏电源和风机的"手拉手"多端柔性直流配电系统,分析了系统的关键设备并确定了接地方式和各端口协调控制策略。其次,为避免系统启动过程中出现过流现象、保护电力电子设备的安全,提出了一种柔性直流配电系统的启动控制策略。然后,提出了一种保护系统与控制系统的协调策略,以确保故障被隔离后,非故障区域能够正常运行。最后,采用PSCAD/EMTDC仿真分析了柔性直流配电系统的启动和正常运行过程以及故障发生时系统运行方式的切换,验证了柔性直流配电系统启动控制和运行方式转换策略的正确性。

三端星型柔性直流配电系统的启停、协调控制

为实现三端星型柔性直流配电系统定直流电压端、定功率端、直流变压器端有序启动,首先设计了系统的启动控制策略,同时设计了功率可控端功率按既定斜率下降的停运控制策略。其次,提出了柔性直流配电系统的协调控制策略,在直流变压器低压侧的不同元件投切时,利用储能装置抑制功率波动,以实现元件的平滑投退。最后,通过RTDS仿真,结果表明所提控制策略能实现柔性直流配电系统的有序启动、协调运行和平滑停运。

基于H_(∞)回路成形法的柔性直流配电系统鲁棒稳定控制

柔性直流配电系统是未来配电系统的一个重要发展方向,可极大地提高城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。分布式光伏电源间歇性波动、直流负荷随机扰动、滤波电感和电阻参数摄动、下垂系数摄动等不确定性因素易导致直流配电系统发生不稳定现象。文中提出了一种基于H_(∞)回路成形法及规范互质分解技术的鲁棒稳定控制方法。在仿真软件中搭建了双端柔性直流配电系统模型,并对比分析了引入鲁棒控制器前后直流电压的稳定性差异。结果表明,所设计的鲁棒控制器可以有效处理系统的不确定性和抑制系统的低频振荡,验证了所提方法的可行性与有效性。

柔性直流配电系统负荷波动对系统过电压及过电流影响研究

柔性直流配电系统因其诸多优势而成为未来智能电网的重要发展趋势,而系统故障中的过电压和过电流分析及其及防护方法研究是其关键技术之一。由于柔性直流配电系统所接入的负荷具有波动性和间歇性等特性,故针对±10 kV两端柔性直流配系统开展了负荷波动对系统过电压及过电流影响研究。分析了故障下电压和电流的产生机理、影响因素以及负荷波动对电压和电流影响情况,并提出了后续研究中负荷的等效建模方法。首先根据两端柔性直流配电系统拓扑结构,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序中建立其仿真模型。其次,根据系统接口设备拓扑结构,理论分析接口设备出口发生单极接地故障和双极短路故障下电压和电流的产生机理、影响因素以及负荷波动对电压和电流影响情况。最后,仿真验证接口设备出口发生单极接地故障和双极短路故障下负荷不同波动方式对电压和电流的影响,并提出负荷的等效建模方法。

基于MMC的柔性直流配电系统低频振荡机理分析

以采用主从控制的柔性直流配电系统为研究对象,从时域角度提出了直流电压时间尺度下柔性直流配电系统的高阶数学模型,引入阻抗系数对数学模型进行了降阶处理。通过对降阶数学模型的分析,研究了子模块电容、子模块个数等电路参数与控制参数对振荡频率的影响,揭示了柔性直流配电系统低频振荡机理。最后,通过MATLAB/Simulink搭建了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流配电系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。

非理想工况下柔性直流配电系统建模与运行控制关键问题

非理想工况下,柔性直流配电系统的建模与运行控制面临着来自经济高效的稳态运行需求和安全稳定的动态运行需求的双重挑战。系统分析非理想运行工况下柔性直流配电系统的运行特性,探讨合理的建模和分析控制技术,对于引导未来配电系统朝着更加经济高效和新能源友好接入的方向发展,具有重要的理论和现实意义。为此,结合国内外的研究现状和发展动态,深入分析了非理想工况下柔性直流配电系统的稳态建模与优化控制问题,以及外界随机扰动下的多时间尺度动态特征建模与稳定控制问题,指出了系统在非理想工况下建模与运行控制面临的主要难题。进一步地,从计及多重不确定性因素的系统建模与优化、非对称条件下系统不平衡分量交互特性建模与协同控制、外界随机扰动下系统多时间尺度动态特征机理建模与稳定控制等角度探索了柔性直流配电系统的技术发展方向,从而为柔性直流配电系统的建模与运行控制提供了研究思路。

基于柔性直流配电系统的10 kV交直流备自投技术

柔性直流配电系统的接入使变电站10 kV侧电源结构发生变化,传统10 kV分段备自投装置不再适用。对此,通过分析柔性直流配电系统对变电站10 kV备自投逻辑的影响,设计了10 kV柔性直流备自投装置功能、通信架构及动作判据,并在此基础上提出3种10 kV交直流备自投控制策略,形成动作策略流程图。最后,基于珠海三端柔性直流配电网示范工程,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提策略的有效性,并归纳总结各项策略的技术特点及适用范围。与传统10 kV分段备自投技术相比,所提方案可有效提高变电站供区重要负荷的供电可靠性。

面向数据中心的柔性直流配电系统多目标综合评估

基于柔性直流配电系统(flexible DC distribution system,FDCDS)技术构建数据中心应用场景,从多个层面对数据中心FDCDS进行量化评价,对于提高数据中心供电的可靠性和经济性具有重要的理论与现实意义。为此,提出了一种面向数据中心应用场景的FDCDS多目标综合评估方法。首先从供电可靠性需求、投资建设运行成本角度、数据中心场景需求和节能需求等方面建立了数据中心FDCDS的综合评估指标体系;其次,为了使所确定的指标权重能够同时体现专家经验和指标本身的客观差异性,利用序关系法和离差最大化法相结合的方法来确定指标权重,进而提出了基于类高斯分布型模糊隶属度函数的数据中心FDCDS多目标综合评估方法。最后通过对不同配电系统算例进行多目标综合评估,验证了所提评估指标体系和方法的有效性。

限流电抗对某±10 kV三端柔性直流配电系统保护动作时间影响的研究

为了满足直流断路器的开断容量,通常在系统中串接限流电抗器来降低故障电流,但会改变系统的故障特性。针对某±10 kV三端柔性直流配电系统开展限流电抗器参数对系统保护动作时间影响的研究。在PSCAD中建立其仿真模型;通过保持系统保护配置不变,只改变限流电抗器参数来仿真分析限流电抗值对换流站和直流变压器保护动作时间的影响。研究结果表明,随着系统限流电抗值增大,桥臂差动保护不受影响,多端柔性直流配电系统继续稳定运行;直流过电流保护动作时间和解除时间均延后;缩短非故障换流站的闭锁持续时间,可提高系统的供电可靠性,但也会导致系统稳定性下降等问题。

基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护

柔性直流配电系统中电力电子装置耐受冲击电流能力差,系统1~2ms左右闭锁。目前绝大多数直流保护利用极短数据窗暂态信号构成判据,容易受到噪声、量测误差和控制切换暂态影响,其动作性能受到考验。因此,该文提出了一种基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护。该保护利用端口的本地保护与系统中各变换器间协调控制配合,通过控制切换的方式改变系统中变换器的调制频率,进而将各端口变换器变为具有特征信号的注入源,然后利用特征信号进行计算与检测,最终形成直流线路保护。该保护与传统直流保护相比,解决了变换器快速闭锁后无法给保护提供有效故障信息的问题,同时不需要增加额外设备且无需较高的数据采样频率,有效的在电力电子设备中实现控制保护相结合,原理简单可靠。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建多端柔性直流配电系统,验证了所提保护方法的有效性。

柔性直流配电系统线路保护与定值整定

目前,随着电力电子技术的逐渐成熟,柔性直流系统受到广泛关注。作为柔性直流配电系统发展的关键技术,保护所面临的主要挑战是如何利用受限和持续过程极短的故障电流可靠识别和快速隔离故障。文中针对基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配电系统,分析了直流线路发生单极接地故障、双极短路故障以及断线故障时的故障特性,提出直流线路的保护方案。同时依据继电保护对四性的要求以及各保护之间的配合关系,确定保护动作的边界条件,反推出保护定值的合理范围,最终形成直流保护定值整定原则和整定计算方法,为实际工程中的保护设计和应用提供了参考。最后,在PSCAD仿真平台搭建仿真模型,仿真结果验证了保护方案的可行性以及保护定值整定的合理性。

柔性直流配电系统故障后快速恢复方法研究

由于电力电子装置耐受冲击电流能力差,直流线路故障后所有换流器(包含非故障区域的换流器)均在1~2ms左右闭锁且闭锁后多变换器间存在较大压差,导致系统恢复速度慢,这极大地降低了直流配电系统的供电可靠性。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法首先改进了DC/DC变换器的拓扑,然后分析了直流电压波动机理,利用能量守恒原理提出了波动量引入的直流电压稳定控制,最终将改进的拓扑和所提控制策略相互结合,形成多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法解决了多端柔性直流配电系统闭锁后多换流器间存在压差导致系统恢复速度慢的问题,极大地缩短了系统失电时间,使系统可在30ms内恢复可靠供电。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建多端柔性直流配电系统模型,验证了所提方法的有效性。