Fault Identification and Islanding in DC Grid Connected PV System

Nowadays, the DC distribution system has been suggested, as a replacement for the AC power distribution system with electric propulsion. This idea signifies a fresh approach of issuing energy for low-voltage installations. It can be used for any electrical application up to 20 MW and works at a nominal voltage of 1000 V DC. The DC distribution system is just an extension of the multiple DC links that previously available in all propulsion and thruster drives, which typically comprise more than 80% of the electrical power consumption on electric propulsion vessels. A fault detection and islanding scheme for DC grid connected PV system is presented in this paper. Unlike traditional ac distribution systems, protection has been challenging for dc systems. The goals of this paper are to classify and detect the fault in the PV system as well as DC grid and to isolate the faulted section so that the system keeps operating without disabling the entire system. The results show the measured values of power at PV panel and DC grid side under different fault condition, which indicates the type of fault that occurs in the system.

交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略

交直流混合微电网中的AC/DC双向变流器,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。为了使直流微电网部分作为一个电压功率可控的单元接入交流母线,提出了一种新的AC/DC双向变流器控制策略,用于平衡交直流微电网间的功率流动并提高系统联网和孤岛运行的稳定性及可控性。在联网模式时,新方法基于dq坐标系,通过直流侧电压外环给定内环直轴电流参考值,进而控制功率流动和联网运行。孤岛模式时,新方法以交直流母线的电压差值作为外环,控制功率在交直流母线间的流动,使其互为支撑,提高系统稳定性。与传统的并网控制不同,新方法在电压控制的基础上引入有功功率控制项,很好地解决了并网时功率流动的问题。通过对双向变流器及其控制策略的分析研究,给出新方法的状态方程及控制框图。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。

风冷式热管背板空调系统在DC化改造中的应用

文章针对核心机房机柜设备局部热岛问题;以及空调长期超负荷运行(制冷温度低),导致机房电源使用效率(Power Usage Effectiveness,PUE)PUE值高居不下的问题进行了分析,并提出了对应的创新思路及举措,旨在通过依托中国电信的现有空调资源情况,通过风冷式热管背板,对每个有局部热点的机柜加装冷却背板,相变取热,连接机柜为一组至制冷热管复合机组,通过风冷冷凝完成热交换循环,从而相应降低原室内精密空调制冷和降低PUE(机房消耗所有能源与IT负载消耗能源的比值)值的需求。

DCS在核岛消防系统的应用及控制优化

全厂数字化控制系统(DCS)在国内新建电站的应用越来越广泛。方家山和福清核电工程选用成熟的"二代加"技术M310堆型,并采用了Invensys公司的DCS平台参与机组的控制。该DCS平台是国内核电机组的首次应用,新的DCS控制系统带来了新问题。在方家山核电工程调试期间,发现核岛消防系统有"拒动"的可能性。该缺陷可能在火灾情况下无法及时启动核岛消防设备,并对机组造成不可估量的损失。通过对DCS控制柜的硬件变更,解决了该隐患。此类解决方案对同类电站具有参考意义。同时,也建议在电站设计初期考虑DCS与就地设备的额定电流匹配问题,保证电站各系统在正常可控状态。

国产DCS控制系统在华龙一号核电厂常规岛的应用研究

基于“华龙一号”海外首堆——卡拉奇核电厂K2/K3机组工程,介绍了常规岛DCS控制系统的总体设计方案,针对常规岛国产化DCS控制系统平台及其功能优化和开发进行了说明。结合卡拉奇核电厂的工程实施,就常规岛DCS控制器功能分配、控制机柜设置、驱动级功能模块的实施等方面进行了具体的讨论,旨在对国产控制系统在核电站常规岛的应用进行总结和分析,为后续核电工程常规岛DCS系统应用方案设计提供一定的启发和借鉴。

事件触发改进一致性算法的孤岛混合微电网并联互联变流器分布式协调控制策略

在交直流混合微电网中,并联互联变流器(parallel bidirectional power converters,BPCs)可以实现大容量的功率传输,以满足新型电力系统在空间上的供需匹配。如何在占用更少资源的同时协调控制BPCs实现功率的比例共享,是交直流混合微电网中BPCs控制的研究难点。因此,该文设计了一种针对BPCs的事件触发改进一致性协调控制策略。以归一化下垂控制为基础,提出了改进的比例功率一致性算法,实现BPCs间高精度比例功率共享。在此之上,基于BPCs比例功率误差建立事件触发改进一致性算法,并预设触发函数的预判阈值,从而降低系统在稳定状态下的通信次数。最后进行仿真对比分析,结果表明该文提出的方法相比基本一致性算法通信量减少98.35%;同时,与现有控制策略相比,该文提出的方法有着更好的控制性能。

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一。综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调。自平衡工况下,通过合理切换双极MMC的控制方式,可在维持交流电压稳定的同时提高非故障极MMC输出功率,使其自主平衡孤岛系统功率缺额;非自平衡工况下,设计了风电场精确提升其输出功率的控制策略,通过换流站与风电场间的协调配合维持孤岛系统的功率平衡。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了所提策略的有效性。

孤岛直流微电网的多储能SOC稳定均衡控制策略

孤岛直流微电网一般需要配置多组储能单元保证系统稳定性。为实现多储能单元在充放电过程中荷电状态(state-of-charge,SOC)均衡,防止过充过放加速老化,提出了一种改进SOC稳定均衡控制策略。首先,利用幂指函数嵌套反正切函数构建下垂系数与SOC的关系,合理设计下垂系数中加速因子与收敛因子参数使SOC快速达到均衡状态,实现自适应控制。其次,引入母线电压与虚拟压降二次补偿,减少母线电压波动同时忽略线路阻抗影响,提高电流分配精度。然后,通过频域根轨迹分布,讨论该策略控制参数对系统稳定的影响。最后,仿真结果验证了所提控制策略在正常充放电、负载或光伏功率波动、储能单元额定容量不同等工况下均能更好地实现SOC快速稳定均衡,电流精确分配,母线电压偏差较小且稳定性更强。

独立直流微网电压动态轨迹神经网络优化控制策略

为解决独立直流微网功率扰动下电压过渡过程动态偏差大的问题,该文提出一种优化电压动态轨迹的神经网络控制策略。分析下垂控制及其改进方法的控制特性,提出独立直流微网最优电压动态轨迹,并以此为基础,采用神经网络生成参考电压,通过非线性控制实现公共直流母线动态电压偏差最小化。基于向量空间同构原理,提出神经网络降维状态反馈构建方法,并根据系统源荷不平衡功率变化范围提出神经网络控制边界。考虑动态电压偏差及其运动趋势,构建电压扰动分层奖励函数,静态层奖励引导神经网络减小电压偏差,动态层奖励加强神经网络对电压运动趋势的修正,实现电压动态轨迹全过程优化控制。最后,利用MATLAB/Simulink进行算例验证,结果表明所提策略可有效抑制由功率不平衡导致的动态电压偏差,保证公共直流母线电压的快速稳定。

基于有功功率修正的MMC串联结构微电网相间功率平衡控制策略

针对孤岛不平衡负载下模块化多电平变换器(MMC)串联结构微电网系统中微源输出功率波动,引起的相间功率不平衡及运行不稳定问题,研究了一种基于有功功率修正(Active Power Correction,APC)的相间功率平衡控制策略。基于系统孤岛模式等效电路,对系统输出功率进行了数学建模,并分析了相间功率流动模式。在三相输出电压对称的前提下,根据微源功率及负载功率确定需要修正的功率,设计了环流控制器,对直流环流控制实现相间功率互济。通过仿真验证,该策略能使相间功率自适应动态调节,达到相间功率平衡的目的。

迈向深水远岸的海上风电关键技术展望与思考

深远海海域海上风电资源开发潜力巨大,是增强沿海省份清洁电力就近供应的重要途径,也是加快发展海洋能源新质生产力、壮大我国海洋能源经济产业的新引擎。与此同时,深远海海域开发建设环境更为复杂,面临风高浪急、深水远岸等诸多挑战,目前对深远海海上风电关键技术及其现状水平、发展方向、技术指标等还缺乏系统性研究。聚焦深远海海上风电所涉及的集群规划布局、漂浮式基础、高电压大容量海上柔性直流输变电、海上能源岛等关键领域和前沿装备技术及业态,分析了深远海海上风电技术现状和发展展望,为推进深远海海上风电高质量开发建设提供借鉴。

一种协调控制微电网功率平衡的策略

针对交直流混合微电网控制机制存在一定缺陷且急需完善的状况,提出交直流混合微电网中的相关功率协调控制策略。分析交直流混合微电网在不同运行条件下的功率平衡关系;设计并网和孤岛条件下交直流混合微电网的功率协调控制策略。实验阶段,在MATLAB/Simulink中设计出交直流混合微电网的整个仿真模型,对所提控制策略实效性进行验证。结果表明,所提控制策略能有效稳定混合微电网功率。仿真结果进一步验证了所提模型对提高混合微电网稳定性能具有一定借鉴作用。

直流孤岛送电系统的系统接入技术要求研究

针对直流孤岛送电系统规划与运行面临的安全稳定问题,从送电规模、工频过电压和滤波器投切引起系统电压波动3个方面研究直流孤岛接入系统应具有的最小短路比,并考虑发电机和升压变压器电抗影响,推导出满足短路比要求的交流线路长度及各因素对短路比的影响程度;同时,基于机组作用系数法,通过研究送端系统短路比与次同步振荡之间的关系,分析了避免次同步振荡所需的送端最大短路比要求与接入系统最小短路比要求之间的矛盾,提出了解决方案;并通过推导直流孤岛送端频率波动特性,论证了发电机惯性常数、故障切除时间与送端系统频率波动的关系,为送端发电机调速器参数选取提供依据。

柔性直流输电系统孤岛运行方式下的故障电流抑制方法

结合实际工程需要,针对柔性直流输电系统运行在孤岛状态下发生交流侧故障后容易引起过流跳闸的问题,提出一种柔性直流输电系统在孤岛运行方式下的故障电流抑制和启动控制方法。该方法满足柔性直流孤岛运行方式下各类故障的电流抑制要求,并且可以做到在柔性直流设备自身能力范围内,向交流系统提供预先设定的故障电流,同时可以实现正常升压启动。结合基于控制保护样机和RTLAB构成的闭环实时仿真系统,对提出的方案进行了验证。结果表明,与常规的幅频开环孤岛控制及电流环控制策略相比,所提方案提高了故障穿越能力,且启动策略实现了孤岛运行模式下的无冲击顺利启动。

大型能源基地风火孤岛直流日前输电计划的优化方法

为充分发挥直流输电对大型能源基地风火孤岛电力外送的有功调节能力,避免无功调节设备的频繁动作,首先,制定了适应孤岛外送系统日前有功功率调度的直流功率运行策略,提出了直流按照基点功率运行的日前计划确定方法。其次,综合考虑了直流系统交流滤波器投切和换流变变比调节的附加运行成本,以及交直流系统各类运行约束,以互联系统经济运行和最小弃风为目标建立直流联络线日前输电计划优化模型,给出了直流各计划时段基点运行功率的优化计算方法。最后,通过实际系统算例验证了所提方法和模型的有效性。

基于孤岛模式直流微电网稳定性控制策略

文章针对不同类型的微电源,在孤岛运行时对负荷变化敏感、抗扰动能力弱等问题,提出对本地节点电压和母线电压的分段控制策略。分析了直流微电网的动态运行特点,并据此设立电压的稳定性阈值。以随机性输出电源和储能设备作为互补性单元,与确定性可控电源在不同暂态状况下共同对系统电压进行协调控制,实现其离网状态功率的平衡恢复及整体稳定。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明了此控制策略的有效性。

规模化风电直流孤岛外送的安全稳定特性分析

主要研究大规模风电直流孤岛输电方式的安全稳定特性。仿真计算了风电零出力、满出力2种典型方式下系统三相永久性接地N-1、N-2故障的电压、功角、频率运行特性,分析了本系统存在的运行风险,针对本系统易出现的频率失稳问题,给出了辅助优化控制与决策建议。

描述直流孤岛送电系统的3个指标

送端电网采用直流孤岛运行方式,能有效解决大容量直流双极闭锁后大规模潮流转移导致的交流主网暂态稳定问题,但缺陷是送端系统自身的短路比和等效惯性常数较联网时显著减小,承受扰动能力较弱,因此,定量评估这类直流孤岛送电系统的强弱对直流工程的规划与运行具有重要指导意义。基于直流孤岛送电系统等效模型,考虑发电机电压调节器的作用,详细阐述了不同时间尺度下送端交流系统的戴维南等效电压源与等效阻抗的取值原则,并在PSCAD/EMTDC中搭建简化系统验证其正确性。在此基础上,提出了交流系统暂态阻抗、交流系统稳态阻抗以及等效惯性常数3个指标,分别用来描述直流孤岛送电系统的暂态过电压水平、直流功率输送能力以及频率暂态性能。3个指标可以直观体现直流孤岛送电系统的一些运行特性,从而实现对直流孤岛送电系统强弱的定量评估。

直流孤岛外送风电变电流控制策略

由于风电具有波动性,对于没有足够火电配比的风电系统,尤其是风电孤岛系统,无法采用以往的定功率控制输送风电。为此,提出可以跟踪风电变化、输送可控可变功率的变电流控制策略。根据风电功率的波动性,该策略利用变电流控制方式实时输送波动的风电功率,且可以保证系统的电压电流均在允许范围之内。推导了该策略的控制原理、运行区域,确定了控制模型结构,设计了变电流控制器,搭建了仿真模型。仿真结果验证了所提策略的有效性。

直流微电网能量控制策略的研究

提出了一种直流微电网的能量管理控制策略,结合直流微电网的结构和控制目标,分别设计了系统在离网和并网模式下的控制策略。并网模式下,由电网来维持直流母线电压的稳定,光伏电池和锂电池配合给负载供电。当电网异常断电时,系统能自动脱离电网孤岛运行。通过合理控制锂电池的工作方式来实现工作模式的平滑切换。搭建实验平台,通过增减直流母线负载和开断并网开关来检测系统的稳定、可靠性。实验结果表明该控制策略实现了工作模式的平滑切换,满足了系统的设计要求。