基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略

由于电力电缆的电容效应,海上风电经电缆汇集系统极易出现谐波谐振放大的现象,造成电能质量的下降。分布式潮流控制器属于基于电压源换流器的装置,在进行潮流调节的同时也能进行谐波治理。文中首先构建了海上风电系统的频域相关模型,基于该模型分析了谐波谐振放大的原因;随后,采用了将分布式潮流控制器串入海上风电系统的谐波治理方式,推导并得到了含分布式潮流控制器的海上风电系统的谐波特性。基于该谐波特性,设计了一种控制策略。该策略通过控制分布式潮流控制器实时跟踪使并网点谐波电压幅值为零的谐波补偿电压,从而降低并网点的谐波电压含量。仿真结果表明,所提出的基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略能够有效地降低并网点的谐波电压,改善电能质量。

基于概率灵敏度的统一潮流控制器配置优化方法

提出一种电网运行费用对统一潮流控制器(UnifiedPowerFlow Controller,UPFC)的概率灵敏度指标,用于统一潮流控制器的安装位置的优化计算。推导了所述概率灵敏度指标的数学表达式,为求解该指标建立了考虑负荷随机性的含统一潮流控制器的随机最优潮流模型,其中,统一潮流控制器采用等效理想变压器模型,将变压器变比、移相角和对地可调电容3个变量作为统一潮流控制器的控制变量,有效避免了网络节点数量的增加;基于内点法和PEM(预测误差法)算法实现了含统一潮流控制器的随机最优潮流模型的求解,并实现了上述电网运行费用概率灵敏度指标的计算,根据概率灵敏度指标的大小,从概率角度选择统一潮流控制器的最优安装位置,最大程度减少了电网运行费用在较高费用区域的概率分布,并以5节点和14节点为例,对算法的有效性和可行性进行了验证。

含混合型潮流控制器的风电并网系统潮流优化

混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)可以有效解决风电并网系统中存在的支路潮流过载问题,且相较于统一潮流控制器成本更低。针对现有的HPFC潮流优化研究尚未计及支路潮流最大值约束和风电不确定性的问题,提出一种基于场景削减的含HPFC风电并网系统最优潮流模型。首先,建立HPFC的功率注入模型,并推导了注入功率表达式;其次,采用K均值算法削减风电、负荷概率场景,通过CH(+)指标选择最优场景集合;最后,建立兼顾发电机运行成本、系统网络损耗、正常运行及N-1故障下的支路负载率的多目标优化模型,采用多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法进行求解,利用模糊满意度函数在Pareto解集中筛选出折衷解。在MATLAB中仿真验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以计及风电不确定性,保证电网在不同场景下的安全经济运行。

采用潮流控制器的贯通型牵引供电系统负序治理模型及控制策略

针对树形双边贯通牵引供电系统负序导致的电力系统侧公共连接点处三相电压不平衡问题,提出在树形双边贯通牵引供电系统中加装由降压变压器、潮流控制器(PFC)和控制器组成的补偿装置进行功率转移的负序补偿方案;在建立采用PFC的贯通型牵引供电系统拓扑结构和数学模型的基础上,设计合理的约束参数和控制策略,通过控制补偿装置改变电力系统侧功率分布,从而实现负序补偿;采用MATLAB/Simulink仿真试验平台,分析补偿装置所需容量随负序补偿程度的变化规律,并计算最小化负序补偿容量,对补偿方案进行验证。结果表明:基于功率转移的负序补偿方案能够灵活调节公共连接点处负序功率和无功功率含量;可将公共连接点处三相电压不平衡度的最大值降低至4%,95%统计值降低至2%,满足了国家标准,从而验证了基于功率转移负序补偿方案的有效性。

基于变电站分布式潮流控制器的控制保护策略研究与应用

随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的不断增加,传统的集中式潮流控制策略在应对复杂的电力系统变化和需求时已显现出一定的局限性。为了提高电力系统的运行效率和稳定性,分布式潮流控制器逐渐成为一种备受关注的新型技术。文章提出一种基于分布式潮流控制器的控制保护策略,并详细研究了其在实际中的应用。

一种配电网多线路混合式统一潮流控制器

为适应配电网多线路的潮流调节需求,进一步提高潮流调控能力和响应速度,文中提出一种新型配电网多线路混合式统一潮流控制器(multi-line hybrid unified power flow controller for distribution network, D-MHUPFC)。D-MHUPFC由Sen变压器、统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和混合式有载分接开关组成,能够快速调节配电网多线路潮流。相较于传统调节方式,D-MHUPFC具有结构紧凑、响应快速、经济性好和可靠性高等优点。文中结合ZIP负荷模型,推导计及D-MHUPFC的多线路潮流方程,优化其协同控制策略,并搭建10 kV配电网仿真平台验证其可行性。结果显示,D-MHUPFC及其控制策略能在0.15 s内快速调节多线路潮流,转移过载功率,提高断面输电极限。D-MHUPFC能够解耦控制有功功率和无功功率,补偿误差小于1%,具有和UPFC相当的潮流调节能力。

含电流型潮流控制器的柔性直流电网故障电流抑制特性分析

为有效抑制多端柔性直流电网的短路电流,提出基于限流贡献度的电流型潮流控制器(CFC)故障抑制特性量化方法,以分析CFC参数对故障电流的影响。首先,分析了由全桥开关与电容器并联组成的桥式拓扑结构CFC的工作特性,提出了在故障发生时故障限流控制模式下的控制策略,以及与直流断路器协调配合的动作时序。然后,构建含CFC限流的直流电网等效电路,推导了故障发生各阶段电流的解析表达式。在此基础上,提出CFC限流贡献度的分析方法,研究CFC不同参数和动作时序下对柔性直流故障电流的抑制特性。

基于旋转式潮流控制器的有源配电网柔性合环及紧急功率控制方法

随着有源配电网建设的迅猛发展,多端供电系统成为主流供电结构,由于电网布局设计因素,存在一种配电网合环两端相角差现象,直接合环将产生较大冲击电流,影响供电可靠性。文中提出一种基于电磁式旋转潮流控制器(rotary powerflowcontroller,RPFC)的解决方案,实现相角差线路柔性合环,并且在系统短路或电源脱网故障情况下,完成对RPFC接入线路的紧急功率控制,预防连锁过载及大停电事故的发生。研究RPFC拓扑结构、工作原理,基于电压矢量叠加原理和瞬时无功理论,提出RPFC柔性合环及紧急功率控制策略。在合环工况下与双芯移相变压器进行仿真对比,RPFC合环电流及调节时间仅为双芯移相变压器的11.95%和18.44%,同时,在系统故障下表现出独立功率控制能力。最后,搭建380V/40kVARPFC实验平台,实验结果与仿真一致,表明RPFC在柔性合环以及紧急功率控制工况下均实现良好控制效果。

计及风电不确定性的含线间潮流控制器的电力系统经济调度

线间潮流控制器(IPFC)拥有强大的潮流调控能力,可为解决大规模新能源接入背景下的潮流调控问题提供全新的解决方案。该文提出一种计及风电出力不确定性的含IPFC电力系统安全约束经济调度方法,首先基于MARKOV链生成风电出力场景,构建相应概率风险指标以描述系统安全性,并给出了兼顾经济性与安全性的优化目标函数;然后,在充分考虑双回线结构IPFC控制特性的情况下建立了故障前后电力系统的等式/不等式约束;最后,针对所建立的强非线性安全约束经济调度优化模型,设计了基于粒子群算法的计算构架并实现了模型的求解。基于江苏电网的算例分析表明,利用该文方法获得的策略比基于传统方法获得的策略能更好地满足潮流安全约束,且准确地计及了IPFC的控制特性,具有较高的应用价值。

基于转速自适应控制的旋转潮流控制器功率调节方法研究

针对分布式电源接入引起的功率波动与潮流不均衡问题,旋转潮流控制器(rotary power flow controller,RPFC)通过伺服电机调节旋转角的大小,输出幅值与相位连续可调的串联电压,实现有源配电网的功率调控,具有控制方式灵活、调节精度高和可靠性强等优点。该文首先根据RPFC的工作原理建立其数学模型。其次,提出RPFC功率解耦控制方法,即根据线路有功与无功功率的目标值分别计算出RPFC输出电压的dq轴分量设定值,实现输出电压对线路功率的闭环解耦控制。接着,针对RPFC接入后存在输出功率周期性震荡的问题,采用旋转角转速自适应的调节方式,即将输出电压dq轴分量合成并转换为两个旋转角的参考值,并根据旋转角偏差,对RPFC伺服电机的占空比进行量化计算,从而对两个旋转角的转速进行协调控制。最后,通过仿真验证该控制方法的正确性,并研制一台40kVA的RPFC装置样机,通过在单回与并行线路场景下的实验验证RPFC在不同工况下功率精确控制和潮流均衡调控的可行性与有效性。

基于PST和UPFC的混合潮流控制器协同控制策略研究

针对传统统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)造价高昂以及移相变压器(phase shifting transformer,PST)无法连续调节潮流的问题,给出了一种PST与UPFC共用励磁变压器一次绕组的新型混合式潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)。HPFC兼具二者优势,可在较大范围内实现潮流的连续精准调节。在介绍HPFC结构与原理基础上,提出了一种行之有效的HPFC控制策略,该策略通过期望功率控制PST档位,在此基础上针对剩余功率调节需求,综合使用预测电压法与外加辅助控制器的PI控制相结合来实现对UPFC的控制,最终实现对系统潮流的快速准确调节。最后通过Matlab/simulink仿真对其调节能力以及控制策略进行了验证。

基于子模块桥臂能量平衡的线间直流潮流控制器

随着直流电网技术发展,直流电网的潮流控制需求逐渐突出。在总结线间直流潮流调控原理的基础上,文中提出一种基于子模块桥臂能量平衡原理的线间直流潮流控制器,所提拓扑无须引入环流通路和交流滤波电路,可减少投资成本,避免交流环流的效率问题。首先,讨论并分析了线间直流潮流控制器的拓扑原理。然后,介绍了基于子模块桥臂能量平衡的拓扑结构和工作原理,并研究了参数设计方法;设计了电流、电压运行波形,并给出了所提拓扑的控制方法;同时,将所提拓扑与环流能量平衡型及电容耦合型拓扑进行了器件电流应力、数量和导通损耗的对比。最后,通过四端环形直流电网仿真验证了所提线间直流潮流控制器的功能。

计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度

极端天气造成的故障会引发潮流转移,触发连锁故障,从而增加了大规模停电事故发生的概率。高比例电力电子设备接入电网的趋势增加了电网调度的灵活性。因此,提出计及统一潮流控制器的电力系统双层协调弹性调度策略。采用随机场景生成的方法模拟极端天气事件;通过潮流熵定量描述极端天气下潮流分布的不均衡性,以表征发生连锁故障的风险;将弹性调度代价最低和潮流熵最低分别作为上下层模型的目标函数,同时基于统一潮流控制器的调节潮流特性,构建双层弹性调度模型;基于KKT条件和对偶原则,将原双层调度模型转化为单层混合整数线性优化模型进行求解,并通过装有统一潮流控制器的IEEE 39和IEEE118节点系统进行算例仿真,验证了所提模型在降低大规模停电事故概率和提升系统弹性方面的有效性。

分布式潮流控制器的阻尼控制研究

分布式潮流控制器(distributed power flow controller,DPFC)具有很好的潮流调控性能和安装运维便捷性,已在国内外多个工程进行示范应用。为分析DPFC的阻尼作用机理,基于简单电力系统,构建了含DPFC的系统方程。以表征DPFC子单元对系统调制深度的DPFC输出电压幅值和相角为控制变量,推导了含DPFC简单电力系统的线性化状态方程。构建了DPFC输出电压幅值和相角对系统发电机的电角速度增量、交轴暂态电动势以及强制空载电动势控制作用的表达式。提出了DPFC具备阻尼转速变化能力的判据,得出了当DPFC总输出电压往容性电压方向增大时,系统阻尼也会随之增大的结论。在DPFC输出电压控制环节的基础上,设计了基于相位补偿的DPFC附加阻尼控制器。仿真结果验证了所提方法可以将发散的振荡在较短时间内有效拉回新的稳定点。

计及再生制动能量的铁路潮流控制器功率柔性分配方法

为了以更高的性价比实现牵引供电系统(RPS)并网性能的提升,提出一种计及再生制动能量的铁路潮流控制器(RPFC)功率柔性分配方法,所提方法旨在确保系统满足并网指标的前提下降低RPFC的设计容量,能够同时适用于RPFC的前期设计与实时控制。首先,建立包含RPFC的V/v牵引供电系统数学模型,推导了RPFC两侧变流器补偿功率与一次侧功率因数间的数学关系;然后,在计及再生制动能量的前提下重点讨论了不同补偿目标及补偿模式对RPFC两侧变流器补偿功率的影响,并基于实测负荷数据的功率因数-功率(PF-P)分布特性提出一种精准模拟两相负荷的方法,为RPFC的设计提供指导,在保证系统能满足相关并网指标的前提下,设计计及再生制动能量的RPFC功率柔性分配方法;最后,利用实测负荷数据对所提方法的性能进行了验证。

基于MMC的统一潮流控制器反演滑模控制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)-统一潮流控制器(UPFC)潮流跟踪性能优化问题,提出了一种基于MMC-UPFC的反演滑模控制(BSC-SMC)非线性策略,它既保留了滑模控制(SMC)的抗干扰能力强等性能,也兼具反演控制(BSC)响应速度快等优点。首先,根据MMC-UPFC的拓扑结构,建立数学模型,分析它的内部特性;其次,详细论述了BSC控制的原理和设计过程,结合SMC控制,当系统参数变化时可提高系统的稳定性;然后,经过子模块均压控制,通过载波移相调制将信号传送给MMC;最后,搭建MMC-UPFC仿真系统进行仿真验证,将所提BSC-SMC控制策略与BSC控制、SMC控制、PID控制控制策略进行比较,验证了在2种不同工况下MMCUPFC的BSC-SMC控制策略的有效性和优越性。

统一潮流控制器注入电压及串联换流器容量优化计算研究

[目的]采用统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)技术提高电网关键断面输电能力主要是通过向系统注入一定的串联电压,进而转移目标线路的潮流。[方法]文章重点针对关键送电断面,按照功能将区域电网划分为送端电网、互联网络和内部网络,按照高斯消去法将系统网络等值成两通道恒功率交换系统。在此基础上,分别针对单机无穷大系统和恒功率交换系统,基于能量守恒原理,应用向量法给出了UPFC投入前后,UPFC支路和等效支路之间电压、功角、阻抗、有功关系向量图,并利用经典功率传递函数,推导了UPFC的优化串联容量以及注入电压的计算方法。[结果]该计算方法简单实用,尤其适用于系统规划设计研究阶段。[结论]将上述方法应用于深圳电网实例计算,并与PSCAD仿真结果进行对比分析,验证了上述方法的有效性和实用性。

多端统一潮流控制器的建模分析

在电力系统中,由同一母线向多端供电的情况并不少见,如果要对其进行综合潮流控制,可以用以下2种方法:一种是在供电端与各受电端间分别装设统一潮流控制器(UPFC),假设受电端有n个,则共需n台UPFC;另一种是在供电端与受电端间装设1台多端统一潮流控制器(M-UPFC)。现以二端统一潮流控制器(T-UPFC)(当n=2时)为研究对象,首先介绍T-UPFC的结构及其工作原理,并且针对目前输出建模方法和拓扑建模方法的不足,通过引入开关函数的概念,建立可反映装置内部开关特性和运行机理的开关函数数学模型,较原有输出模型更具通用性。

雷击情况下分布式潮流控制器的暂态特性分析

雷击情况下DPFC(分布式潮流控制器)的电压和电流暂态特性分析是DPFC设计和工程运行中需要考虑的重要问题。首先,在介绍DPFC的结构和工作原理的基础上,分别搭建了DPFC子模块集中布置于变电站与分散布置于输电线路两种情况的仿真模型。然后,仿真分析了DPFC在雷电反击避雷线与雷电绕击输电线时的电磁暂态特性,获得了遭受雷击时DPFC关键位置的过电压和过电流水平。最后,针对雷电反击与绕击情况,对比分析了DPFC子模块集中布置与分散布置时过电压和过电流的差异。得出以下结论:雷电反击避雷线时,集中布置的DPFC对地过电压和子模块端口过电压大于分散布置时的结果;无论绕击还是反击,集中布置的DPFC子模块和避雷器过电流均小于分散布置时的结果。

不同安装方式下分布式潮流控制器的过电压水平分析

DPFC(分布式潮流控制器)可以改善电网潮流分布,解决输电断面超限问题。根据DPFC的拓扑结构和运行原理,依托世界首个220 kV DPFC示范工程,搭建了DPFC的仿真模型。分别考虑DPFC集中安装于变电站内和分散安装于输电线路两种情况,仿真计算了输电线路发生短路故障时DPFC关键节点的过电压和过电流水平,并分析了故障发生位置对DPFC过电压和过电流水平的影响。计算结果可为实际工程中DPFC的绝缘配合提供参考。