改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

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。

农村电网低压直流配电系统研究

现如今,正值能源变革,农村经济快速发展,乡村配电网电能供求矛盾突出,但是乡村又蕴藏着大量太阳能光伏能源和其他分布式清洁能源。如何能够高效地利用这些能源,改善农村电能紧张局面,需要根据需求进行研究。由于分布式能源大多带有直流属性,因此可采用低压直流配电系统建设新能源。采用电力电子自适应控制技术并结合实际需求合理设计蓄电容量,仔细研究直流配电系统的网络拓扑和工作流程,对实际系统运行中出现的实际问题从标准、性价比及负荷等方面提出相应对策。文章分析了低压直流电网应用与农村的特性,并提出了一种农村低压直流配电系统整体方案。

交直流配电系统储能优化配置方法

为提高配电网对可再生能源的消纳能力并减轻可再生能源并网对配电网造成的影响,针对交直流混合配电系统,提出了一种考虑电压源型换流器和储能系统协调运行的储能容量双层优化模型,结合遗传算法与二阶锥规划方法对大规模非线性规划问题进行求解。最后,通过设置3种不同场景以验证模型的合理性和有效性。算例结果表明:储能系统和交直流混合配电系统协调运行能够有效抑制电压波动,提高储能系统的收益。

考虑随机扰动的直流配电系统宽频振荡镇定控制

随着新能源以及电动汽车等大量接入直流配电系统,源网荷储诸多的随机扰动易引发系统不同频率的电压振荡。文中提出基于Hamilton系统理论的随机镇定控制方法,建立基于下垂控制的直流配电系统随机动态模型,反映直流配电系统多时间尺度特性,推导出Hamilton能量函数,设计了直流配电系统宽频镇定控制器。通过仿真及硬件在环实验设置低频、中高频的扰动,验证了所设计镇定控制器的有效性,能够抑制随机扰动产生的宽频振荡现象。

含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统阻抗建模及稳定性分析

“双碳”目标下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备成为中低压直流配电系统的主要特征,使得系统因其低惯量、弱阻尼的特性所引起的稳定性问题尤为突出。为此,针对含输入串联输出并联型双有源桥(ISOP-DAB)变换器的中低压直流配电系统进行阻抗建模并提出一种适用于中低压直流配电系统的稳定性分析方法。首先,建立了ISOP-DAB变换器的二端口阻抗模型以及其他单元的阻抗模型。在此基础上根据系统内各单元的端口特性将中低压直流配电系统等效为2个单母线直流子系统,并得到整个系统在中、低压侧的等效阻抗比,当且仅当该等效阻抗比满足奈奎斯特判据时,系统可稳定运行。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统的时域仿真模型,通过仿真实验以及理论计算对比分析了恒功率负载及线路参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了ISOP-DAB变换器的小信号模型以及所提稳定性分析方法的准确性和有效性。

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。

直驱风力发电系统接入直流配电系统的小扰动稳定分析

近年来,随着直流技术的飞速发展以及风电接入电网的容量不断增加,风力发电系统接入直流配电系统成为消纳新能源发电的一种有效模式,因此风电并网系统关键设备间的振荡问题值得关注。文中构建了包含直驱风力发电系统的直流配电系统小扰动稳定模型,通过特征值和模态分析的方法获取了关键设备之间的振荡关系,得出了同步电机参数、锁相环控制参数以及DC/DC换流器控制参数对相关系统运行模式的影响,以及风机侧与并网侧换流器之间的相互动态作用,其结果有助于直流配电系统多时间尺度振荡的分析。

基于Hamilton系统理论的直流配电系统镇定控制

随着分布式发电及电动汽车的大规模接入,直流配电系统中的随机因素日益增加,直流源荷设备的随机性扰动以及交流线路参数、滤波电容参数的不确定性都会影响到系统的稳定性。建立了直流配电系统随机动态模型,提出了基于Hamilton系统理论的随机稳定控制方法,设计了预反馈控制律及镇定控制器,搭建了仿真及实验系统,并对比了加入镇定控制器前后的系统动态特性及稳定性,仿真和实验结果表明,所设计的镇定控制器能够抑制随机扰动产生的振荡现象,提高系统的动态特性及稳定性。

直流配电系统主从控制下的随机稳定性分析

分布式电源的间歇性波动以及储能、电动汽车反复充放电等随机因素对直流配电系统的稳定运行带来了极大的挑战。首先,文中针对主从控制下直流配电系统的随机激励,建立了降阶随机微分方程,推导了系统随机微分方程的解析解。然后,建立了均值及均方稳定性的解析化判据,全面刻画了小扰动稳定与均值及均方稳定的关系,推导出小扰动不稳定但均值均方稳定的判据。最后,通过仿真及实验验证了理论分析的有效性。

低压直流配电系统极间短路故障分析与保护

针对经电压源型变换器与大电网互联的低压直流配电系统,系统配置限流电抗器与直流断路器,利用电源侧限流电抗器两端电压比以及负荷侧表观电阻值,提出一种直流线路短路故障保护方法。首先,确立了实用型辐射状低压直流配电系统结构,分析系统直流侧短路故障电流的产生机理。然后分析了故障时电源侧限流电抗器电压比及负荷侧表观电阻值,并据此提出故障保护判据。用Matlab/Simulink软件对低压直流配电系统进行建模,仿真验证了保护方法的快速性、选择性、可靠性,且大部分保护范围内仅需要单端电气量即可识别故障。

“直流配电系统分析与控制”课程建设

“直流配电系统分析与控制”是南京航空航天大学电气工程系新开设的研究生课程,旨在让学生了解电气工程领域直流配电的发展现状,掌握直流配电的技术内涵。通过分析该课程的定位与教学目标,并以陆上系统为主体和航空航天应用为特色,规划和实践了课程教学内容,从而服务于一流学科建设和直流配电专业人才培养。

直流配电系统动态相量-电磁暂态混合仿真与误差机理分析

为了高效地实现多端直流配电系统的准确动态仿真,在动态相量–电磁暂态混合仿真框架下,文章首先分析应用于直流配电系统时所涉及的子系统建模、接口机制和数据交互时序等执行要素。然后以混合仿真误差产生机理为切入点,以电磁暂态子系统为主要关注对象,详细分析简单阻感支路和复杂系统两种情况下混合仿真的误差传递过程,并推导了数值稳定的必要条件。其次,以串行时序为例,设计直流配电系统动态相量–电磁暂态混合仿真算法的主流程,并提出动态相量提取修正、直流量特征纹波添加等精度提升方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建多端直流配电系统同构串行混合仿真平台,通过对比全电磁暂态仿真,验证混合仿真的高效性及精度提升方法的有效性。

基于导纳矩阵与圆盘估计的多节点直流配电系统谐振稳定性分析方法

为充分利用多节点直流配电系统节点导纳矩阵建模的便利性,同时实现谐振稳定性的高效判定,该文在接口变换器直流阻抗降阶建模的前提下,结合节点导纳矩阵对广义奈奎斯特(Nyquist)判据进行拓展,并应用Ward等值,给出采用特征值谐振频率与阻尼因子的简化判据。进而为满足快速判稳需求,提出圆盘估计和牛顿法迭代相结合的特征值谐振频率(阻尼因子)求解方法。最后,以三端直流配电系统为例,通过对比状态空间特征值轨迹、矩阵广义Nyquist曲线和MATLAB/Simulink时域仿真,验证所提稳定性分析方法的有效性和高效性。

低压直流配电系统在智能楼宇中的试点应用分析

在能源革命和“双碳”战略背景下,直流配电是源-网-荷-储互动和提高能效的重要技术和形态。依托国网山西省电力公司电力科学研究院直流配电示范与实证平台对直流配电系统性能展开研究,设计了一种低压直流配电网拓扑结构,并采用基于时序仿真的能效对比方法,对典型日内交、直流配电系统的能效进行仿真计算。结果表明,在相同网络结构下,直流配电网在传输效率方面有着更好的性能。

VSC抑制含电池储能直流配电系统振荡的阻尼控制及参数计算方法

双向DC-DC变换器运行于Buck模式所产生的负阻尼效应是诱导直流配电系统发生振荡失稳的主要原因之一。针对VSC与双向DC-DC变换器所构成的直流配电系统振荡失稳问题,基于构建的状态空间理论分析模型,研究了稳态运行点、主电路参数以及控制系统参数对直流配电系统失稳特性的影响,揭示了振荡失稳发生的本质机理。其次,通过实时调整注入直流配电系统的瞬时有功功率,提出了在VSC电流内环反馈直流电流的有源阻尼控制策略。再次,以低频段阻抗幅值无交点、中频段幅值交点的相位差限制在180°范围内为约束条件,对有源阻尼控制器参数的选择范围进行了解析计算,分析了影响参数选择的主要因素。最后,以稳定性最严重的工况为例,在参数解析计算范围内,选择了矩形方框的4个点参数进行电磁暂态仿真验证,结果验证了方法的正确性和有效性。

直流配电系统在电池生产厂房应用的可行性分析

随着电动汽车市场的迅猛发展,电池生产厂房的需求日益增长。直流配电系统作为一种适用于高效能和能源密集型工业环境的电力分配技术,备受瞩目。文章旨在探讨直流配电系统在电池生产厂房中的应用,包括其优势、应用场景、设计要点以及相关设备。通过实际案例验证了其实施效果,展望了未来发展趋势。

高渗透率分布式光伏交直流配电系统安全组网与控制技术及设备

交直流混合组网可以发挥直直系统灵活开放优势,实现源荷高效可靠接入,因此,构建交直流配电系统已成为新型电力系统建设重点工作,并纳入《“十四五”能源领域科技创新规划》。交直流配电系统从试点示范到大规模应用仍存在安全组网难、稳定构网难,优质供电难等问题。

住宅建筑直流配电系统设计分析

随着绿色、健康、低碳、零能耗建筑概念的兴起,分布式绿色新能源在民用住宅建筑中的应用成为热点。大量可再生能源、分布式能源接入电网,以及日益增加的用户终端直流负载,成了发展直流配电系统的内在驱动力。低压直流配电系统与传统的交流配电系统架构相比,具有转换效率高、电能损耗小和供电可靠性高等优势,特别适合负荷需求多样化、分布式能源接入规模化的发展需求,在提高电能质量、减少电力变换器件和发挥分布式能源优势等方面,更能起到积极的促进作用。

直流配电系统技术及设计分析

新能源、新基建和能源物联网等代表新的电气化时代来临,配电方面遇到前所未有的挑战。文章对直流配电技术的特点和要点进行分析,以家用供电系统为例,考虑家用供电系统的特点与实际需求,设计了一种家用终端直流配电系统,结合实际家用情况,应用仿真软件,对不同的工况进行仿真分析。通过对实验结果进行分析可以发现,微型终端配电系统中,在直流配电网络下,很容易实现灵活控制潮流。