混合式潮流控制器关键参数设计与控制策略研究

随着分布式光伏等新能源接入电网的规模快速增长,给新能源电力汇聚、疏散、消纳和电网潮流优化控制带来严峻挑战。基于电力电子技术的柔性交流输电系统装置可有效提升输电网络的传输容量,由大容量Sen变压器(sen transformer,ST)和小容量统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)组成的混合式潮流控制器(hybrid unified power flow controller,HPFC)在实现潮流连续调节的基础上,能够有效提升装置的经济性,具有很好的应用前景。为了确保HPFC调节潮流的准确性和可靠性,给出了HPFC容量分配的一般性方法及其主电路参数确定方法;为解决ST机械有载分接开关和UPFC电力电子开关二者响应速度的协调问题,提出了一种基于预测电流控制的潮流控制策略,并在Simulink中搭建220 kV双回线路及三机九节点系统进行仿真。仿真结果验证了HPFC容量分配方法正确有效,且预测电流控制策略能够合理计算抽头位置,减缓过渡电流对HPFC控制系统的冲击,使系统功率快速调节至目标值。

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。

混合潮流控制器阻抗特性分析及控制策略研究

随着新能源并网的占比不断提高,新能源输送通道受到电网结构及线路热稳定极限的限制。为此,提出一种混合型潮流控制器(HPFC)用于灵活、精准调控潮流,平衡潮流分布,提高断面输送能力。HPFC由无源移相器(PST)部分与有源级联H桥换流器(CHBC)部分组合而成,结合了PST调节潮流容量大与CHBC灵敏性高的优点,实现了对潮流的快速精准调节。首先,利用PST阻抗特性分析了潮流与PST挡位之间的非线性耦合关系,并提出一种基于sinh函数的变步长高效求解的迭代算法;其次,对PST有载调压过程进行仿真建模与暂态分析,推导出切换过程中PST输出电压解析式,为实现暂态应力协同控制(TSCC)提供理论基础;再次,针对有源CHBC与无源PST调节区域及速度之间的差异问题,提出一种潮流柔性协同控制策略,实现了暂态应力协同控制,减小了HPFC调控过程中对电网的潮流冲击及换流阀承受的应力集中;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的正确性及协调控制策略的有效性。

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。

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。

电磁混合式潮流控制器本体优化及控制

为了增强输电潮流可控性,提出了一种"Sen"变压器(ST)和统一潮流控制器(UPFC)公用激磁绕组的电磁混合式潮流控制器(EHPFC)。详细推导了ST和UPFC的最优容量配合关系,优化了EHPFC的控制策略。分析了EHPFC和UPFC对潮流调控的稳态特性和暂态特性。进一步采用PSD-BPA软件,研究了EHPFC对IEEE14节点复杂环网潮流的调控性能。搭建了双端系统传输潮流的硬件实验模型,对EHPFC调控潮流进行了模拟实验。仿真和实验结果表明,EHPFC可以在较低的成本下,实现和UPFC相同的潮流调控能力,同时弥补了ST无法进行连续潮流调节的不足,验证了EHPFC控制潮流的性能。

新型混合式统一潮流控制器及其调节特性分析

为了增大超高压、特高压输电线路传输容量,提高线路利用率,提出了一种基于改进型移相变压器(IPST)和小容量统一潮流控制器(UPFC)的新型混合式统一潮流控制器(IHUPFC)。在IPST结构、电压调节性能的基础上,推导了IPST与UPFC的容量配合关系。分析了IHUPFC在成本、性能方面比现有潮流调节装置的优势。并提出了考虑线路充电电容情况下的IHUPFC的控制策略。仿真结果表明,所提出的IHUPFC装置及其控制策略可精确调节线路潮流,潮流调节相对误差<0.1%。IHUPFC简化了传统混合式潮流控制器(HPFC)的结构,降低了其制作难度及成本,并增加了其容量调节范围,具有广阔的应用前景。

混合电网的交直流解耦潮流算法

潮流计算是电力系统分析的基础,基于交替迭代的混合潮流计算,便于灵活处理换流器的各种控制方式,而且对交流子系统的计算,可以直接利用成熟的交流潮流计算方法。但是,该类算法需要分别迭代求解交、直流潮流,并且需要交替进行多次。文中分析了该类算法的迭代过程需要多次交替进行的原因,提出一种适用于电压源换流器(voltage source converter,VSC)型混合电网的交、直流解耦潮流算法,该算法通过调整交、直流子系统的划分界限以及VSC的有功控制参量,避免了迭代的多次交替,从而使混合潮流的计算量大为减少。通过算例验证了新算法的有效性,以及在处理直流电压控制方式上的优势。

区域水–能耦合系统的电–气–水混合潮流模型

在综合能源系统的框架下,研究区域水-能耦合系统的混合潮流模型和计算方法。目前,仅有少量研究关注电-水混合潮流,而这些研究又存在耦合方式单一、电-水单向耦合的问题。为此,考虑燃气机组和电转气设备的耗水特性,提出一种估算电转气设备耗水量的方法;在此基础上,考虑燃气机组、电驱动压缩机、电转气设备、水泵、燃气锅炉和电锅炉等多种耦合设备和耦合方式,提出电-气-水混合潮流模型,并进一步提出区域水-能耦合系统的4种运行模式及其混合潮流计算方法。最后,用IEEE-33节点配电网、11节点配气网和13节点配水网耦合形成的区域水-能耦合系统为算例,验证了所提电-气-水混合潮流计算方法的有效性。

区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法

为满足区域综合能源系统多维度优化调度及能量管理的需求,构建了区域综合能源系统多目标最优混合潮流算法。首先,基于能源集线器理论,构建了区域综合能源系统中能量中心的数学模型;随后,考虑区域综合能源系统中三相不平衡配电系统、燃气管网以及能量中心的相关约束,给出了以经济成本最小化和污染气体排放量最小化为目标的多目标最优混合潮流算法。所提多目标最优混合潮流算法可进一步应用于区域综合能源系统日前优化调度中,所形成的调度方案能全面地考虑经济性、环保性、安全性以及各类运行约束,保证系统经济稳定运行。测试结果表明,所提出的算法能够合理反映区域综合能源系统的稳态特性,可以多维度实现区域综合能源系统中的多个能源系统及用能单元的优化调度。

基于混合潮流方程的区间潮流计算方法

结合仿射算术,区间非线性交流潮流方程可转化为仿射优化模型,克服了区间运算的保守性,但涉及三角函数繁琐的近似估计。基于此,提出了一类基于混合潮流方程的区间潮流计算方法。该方法首先利用交流潮流方程形成节点电压幅值/相角的仿射形式,再将该仿射形式代入线性化潮流方程中,形成关于噪声元的线性优化模型,以抑制区间扩张。含风电场的IEEE-30节点系统仿真结果表明,该方法得到的区间边界与蒙特卡洛方法结果较为接近,较仿射方法的区间边界更窄,且效率更高。

配电网单–三相混合潮流计算模型及算法

针对配电网三相潮流问题计算精确性和计算速度要求,提出了一种单–三相混合配电网潮流计算模型及算法。首先推导了电网三相潮流计算模型,然后根据配网不确定性特点,对局部的对称部分采用单相潮流计算,对于不对称部分采用三相潮流计算,2部分网络之间通过单–三相接口进行连接,从而实现单相网络与三相网络的统一建模;进而基于线路电流的不平衡度,自动确定单–三相接口的位置。算例证明了所提出的单–三相混合配电网潮流计算方法和动态接口策略的有效性和正确性。

电磁混合式统一潮流控制器的拓扑结构与控制策略优化

针对统一潮流控制器(UPFC)存在成本过高和"Sen"变压器(ST)不能连续可调的问题,对电磁混合式统一潮流控制器(HUPFC)进行了结构和控制策略优化。HUPFC由一个高容量的"ST"和一个小容量的UPFC串联组成,具有360°连续可调的电压输出能力。详细推导出ST不同绕组比例和抽头数量下的UPFC最小容量关系,分析了HUPFC中闭环控制策略。通过Matlab/Simulink对HUPFC调节电网电压与功率的静态和动态特性进行仿真。仿真结果证明了所提出方法的可行性与有效性。

混合潮流下的多场景配电网重构研究

传统配电网重构方法采用辐射式网络结构,网络消耗大,安全性低。为解决该问题,引入混合潮流算法,提出多场景配电网重构方法。根据各季节的日负荷状态,划分负荷场景,再运用混合潮流算法,建立配电网节点指标,将网损和静态不安全概率设为优化的目标,实现基于混合潮流的多场景配电网重构方法的设计。实验设置了8种场景,对两种重构方法进行对比实验。实验结果表明,该方法可以降低网络消耗,增强其安全性。

基于混合潮流算法的多能源互补调度仿真研究

充分考虑综合能源系统受外部能源供应条件以及能源设备的影响,为了降低多能源耦合潮流计算复杂度,提升工程应用的可操作性,提出基于混合潮流算法的多能源互补调度仿真。依据经济指标、安全可靠性指标以及清洁性指标建立多能源互补调度优化模型,设定能量转换枢纽单元输出容量约束、能量转换枢纽单元多能流耦合约束、供能平衡约束、设备运行约束四项约束条件,利用多目标最优混合潮流计算平台基于非劣排序遗传算法求解多能源互补调度优化模型,利用所输出最优解实现混合潮流算法的多能源互补调度。仿真分析结果表明,该方法可实现综合能源系统的多能源互补调度,经济性以及静态安全性提升幅度明显。

海洋模式中垂直混合参数化方案介绍

介绍了海洋垂直混合过程参数化方案的发展,以及不同参数化方案在海洋模式中的应用情况。首先,介绍不同垂直混合参数化方案的物理问题、理论依据、数学表达和特征,并对不同参数化方案进行了比较。其次,针对中尺度涡、亚中尺度涡以及波浪、潮流混合参数化的最新研究进展进行了总结并对垂直混合参数化的未来发展提出了一些建议。

基于Sen Transformer的新型统一潮流控制器的仿真与实验

传统统一潮流控制器(UPFC)控制功能灵活而卓越,但在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势;Sen Transformer虽然容量大、成本低,但灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求。混合式潮流控制器(HPFC)是由统一潮流控制器(UPFC)和"Sen Transformer"(S.T.)串联组成,具有容量大、成本低等优点。本文首先介绍了HPFC的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真验证了HPFC调节电压与功率的功能,最后通过搭建硬件实验平台,实现了HPFC调节系统电压幅值和相位的功能。从理论、仿真与实验三个方面对HPFC的调节电压和控制潮流的功能进行了研究和验证。

一种新型统一潮流控制器

传统统一潮流控制器(UPFC)价格昂贵,损耗高,谐波含量高,在电力系统中不能很好地推广使用。文中提出一种混合型UPFC,它由"Sen"Transformer(ST)和传统UPFC串联组成,ST通过控制普通的有载调压开关,实现360°离散可调串联电压,UPFC利用电力电子开关原理实现360°连续可调的串联电压,两者共同工作起到控制系统潮流的作用。与传统大容量UPFC相比,混合型UPFC使用小容量UPFC,能够达到大容量UPFC的潮流控制范围,具有成本低、效率高、电磁兼容性好、谐波含量低、易于实现的优点,解决了导致现阶段UPFC不能推广使用最为重要的成本问题。混合型UPFC是具有极高性价比和效率的潮流控制器件,具有广阔的应用前景。

一种新型VSC潮流计算模型

交替迭代法由于处理换流器控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳,但该方法用于求解基于目前广泛采用的电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)潮流计算模型的混合系统潮流时,会出现交直流系统间的多次交替迭代问题。从避免多次交替迭代问题和进一步减少计算量的角度出发,对VSC潮流计算模型进行重塑,提出一种新型VSC潮流计算模型。该模型将VSC的有功损耗等效至直流侧,并重新对交直流系统设定边界,在避免了交直流系统间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统的潮流计算量。最后在IEEE9节点系统增加直流环节形成一个交直流混合系统,对所提模型进行测试,测试结果表明了所提模型的有效性和高效性。

HHUPFC在环网线路中的潮流调节应用

由于输电线路阻抗参数分布不均匀,电网潮流的自然分布往往不符合理想分布,有效调节线路潮流分布才能充分挖掘现有电网的潜力,减少新建输电线路的成本。在介绍高压混合式统一潮流控制器(high-voltage hybrid unified power flow controller,HHUPFC)结构、电压调节原理的基础上,计算了HHUPFC在单条输电线路上的潮流调节性能。从理论上推导了HHUPFC接入环网后,HHUPFC对环网的潮流调节作用。通过在IEEE30节点系统的仿真,验证了HHUPFC在环网线路中的潮流均衡作用,HHUPFC可将IEEE30节点系统中输电通道“4-12”和“9-10”的潮流不平衡度从82%减小到3%。仿真结果表明:在达到同样的潮流调节效果时,相比于传统混合式统一潮流控制器(hybrid electromagnetic unified power flow controller,HEUPFC),所采用的HHUPFC可将二次绕组成本减少70%、UPFC容量减少55%、有载调压开关成本减少39%。在广东某220 kV环网中也验证了HHUPFC的潮流调节作用。