MMC-UPFC交叉解耦控制策略研究综述

介绍了模块化多电平-统一潮流控制器(MMC-UPFC)的基本结构,从3个方面归纳了MMC-UPFC交叉解耦控制策略的研究进展:传统的MMC-UPFC交叉解耦控制策略、结合了智能算法的交叉解耦控制策略以及基于状态反馈的控制策略最后,并比较了这3种控制策略的特点以及优劣,总结了交叉解耦过程需要解决的问题。

MMC-UPFC不同接地设计的故障特性及对本体保护配置影响

根据MMC-UPFC示范工程的实际需要,提出3种可行的交流侧接地方式:仅并联变阀侧中性点经大电阻接地、仅串联变阀侧中性点经大电阻接地及仅并联变阀侧中性点经小电阻接地。结合示范工程系统参数与实时数字仿真(RTDS)实验,详细分析了不同接地方式对故障特性与保护配置的影响,重点讨论接地点位置对串联变网侧单相接地故障及对应保护配置影响,以及接地电阻阻值对阀侧短引线单相接地故障、换流器桥臂单相接地故障及相应保护配置影响。最终得出仅并联变阀侧中性点经大电阻接地为较优的MMC-UPFC接地方案。

采用直接电流控制策略的MMC-UPFC小信号模型

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)大多采用直接电流控制策略,为分析采用该控制时UPFC接入后系统的小干扰稳定特性,针对一般的3节点拓扑UPFC,推导了其外环控制器、内环控制器、MMC和直流系统的小信号模型,并给出了UPFC输出电流的线性化方程。进一步地推导了传统2节点拓扑UPFC的小信号模型,同时给出了UPFC模型与系统其余部分的组合方法,建立了系统整体的线性化模型。最后,通过对一个2机测试系统进行时域仿真和模态分析,验证了所提小信号模型的正确性。

基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案

当交流系统发生短路时,基于模块化多电平控制器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)串、并联侧MMC均会受到故障冲击,存在两侧换流器过流闭锁,MMC-UPFC完全退出运行的风险。对此,以交流系统发生最严重的三相短路故障为例,分析了MMC-UPFC串、并联侧MMC故障特性;在此基础上,借鉴风电场交流故障渡越的Chopper电路,并结合MMC-UPFC不同运行方式对故障特性的影响,提出了基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案。该方案能够在交流系统发生故障后隔离并联侧MMC与串联侧MMC之间的联系,从而抑制串联侧馈入并联侧MMC的故障电流。仿真结果表明在MMC-UPFC的不同运行方式下,所提方案均能避免故障后并联侧MMC闭锁,MMC-UPFC将切换至静止同步补偿器(STATCOM)工作模式,为交流系统提供无功功率支撑。

基于粒子群算法的MMC-UPFC参数优化

作为柔性交流输电(FACTS)中功能最强的设备,统一潮流控制器(UPFC)可以实现对线路传输的有功功率和无功功率独立控制、优化系统潮流分布、提高稳定性。文中在分析现有MMC-UPFC控制策略基础上,以其对指令的跟踪能力作为优化目标,提出一种基于粒子群算法控制参数优化方法。利用Matlab和PSCAD/EMTDC建立某实际电网中MMC-UPFC模型并实现了该优化算法。优化前后MMC-UPFC的仿真结果证明,粒子群算法能有效优化MMC-UPFC的控制参数。

基于PSS/E的MMC-UPFC机电暂态仿真方法

为满足工程规划设计的需要,分析了基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)的等效电路,提出一种基于PSS/E的机电暂态仿真方法。采用该方法进行潮流计算时,将UPFC用功率注入等效,利用交替迭代法进行求解。在动态仿真中,将UPFC等效为电流源模型,并考虑直流系统、控制器和调制等环节的作用。将该方法集成于PSS/E中,分别对小系统和实际系统进行仿真。结果表明,所提方法能够实现含UPFC电力系统的潮流计算,可模拟UPFC的动态特性,适用于对实际系统的仿真研究。

MMC-UPFC动态建模及内部特性仿真研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)有谐波特性好、易于模块化设计、体积紧凑和不需要器件直接串联等优点,适用于高压大容量的输电领域,可以提高线路输电容量,改善系统暂态稳定,优化潮流降低网络损耗,因此受到重视。基于MMC的统一潮流控制器的动态模型是理解其工作原理和设计控制器的基础,该文分层次地逐步建立MMC型的UPFC开关周期平均模型和简化开关周期平均模型。在RTDS上对MMC型UPFC进行内部动态特性仿真,对仿真结果进行详细分析,仿真和分析结果表明基于MMC的统一潮流控制器的串联侧和并联侧内部动态有很大的差异,该结论和所建立的动态模型相互印证。

基于MMC-UPFC对称分量控制的输电线路三相不平衡治理

该文采用基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC),提出一种通过在线路中串联负序电压来治理输电线路三相不平衡的通用控制策略,建立MMCUPFC在正、负序同步旋转坐标系下的双环控制器,分析不同变压器接线方式对于零序分量的抑制效果,并设计相应的环流抑制控制器。定量分析MMC-UPFC在常规运行方式和三相不平衡治理时的潮流运行范围,给出其运行范围准确的数学解析式,并采用逐点扫描法进行验证。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建MMC-UPFC及相关控制系统模型,进行不同情况下三相不平衡治理的仿真。仿真结果表明:所提出的控制方法具有良好的控制通用性和鲁棒性,能够有效地治理多种原因造成的线路三相不平衡。

基于MMC-UPFC的新型双环电压稳定控制策略

针对多直流馈入交流系统中,交直流故障引起的电压稳定问题,本文提出了基于MMC-UPFC的新型双环电压稳定控制策略。首先基于MMC-UPFC并联换流器电压平衡方程,推导出双环控制结构(电流内环和双前馈控制外环),其中电流内环用于控制交流侧电压稳定;双前馈控制外环一方面为电流内环提供输入参考值,另一方面反馈无功补偿量,实时追踪系统无功平衡情况,可实现稳态及故障条件下,交流系统电压快速稳定。然后,基于PSCAD搭建仿真模型进行验证,结果表明,本文所提控制策略在不同工况下均具有良好的控制性能,具有广泛适用性。

MMC-UPFC在南京西环网的应用及其谐波特性分析

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)是当前最新型的柔性交流输电技术,与柔性直流输电中MMC交流电压在额定值附近不同,理论上UPFC串联侧MMC输出电压可在零到额定值之间任意可调,在调制比较小时,换流器输出电压中将含有较大的谐波成分。结合南京西环网UPFC实际工程,为研究基于MMC的UPFC对电网谐波的影响,从UPFC工作原理出发分析MMC谐波理论计算方法及分布特性,给出了UPFC接入系统后电网谐波的计算公式,用于评估系统各种运行方式下UPFC在不同子模块数量及电压调制比下的谐波特性及其对电网电压谐波的影响,为工程设计和系统运行维护提供依据。最后,理论计算和仿真结果验证了所提出的谐波分析计算方法的有效性。

MMC-UPFC本体保护系统研究

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)作为高度可控的柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)装置,保护系统是其实现动态性能的保障,是安全、可靠、高效运行的基础。统一潮流控制器装置能否在电力系统中充分发挥其调节潮流、增强稳定性、提高电网传输能力等方面的作用,保护系统极为关键。综述基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器本体结构、本体保护配置、控制保护系统设计、本体保护对系统的影响4个方面的研究,分析国内外研究现状,评述各种保护方案的优缺点,指出研究的重点、难点,并对相关技术的发展趋势与仍需解决的关键性问题做出展望。

基于MMC-UPFC的双环解耦控制研究

基于模块化多电平变流器的统一潮流控制器(MMC-UPFC),通过对电压、串联补偿和相移均衡实现对有功和无功的调节。UPFC拓扑和控制的差异对其输出特性有着重要影响。本文概述了MMC-UPFC的拓扑结构和工作原理然后对串联和并联变换器控制策略分别进行阐述。设计其相应的解耦控制策略。最后,在Matlab/Simulink中搭建了仿真,仿真证明其性能良好。

大规模风电并网后江苏电网柔直换流站与UPFC的有功功率协调控制方法

随着“双碳”战略的提出与实施,我国将着力建设以新能源为主的新型电力系统。然而,风电等新能源大规模并网将给具有交直流混联特征的新型电力系统带来威胁与挑战。通过以十四五规划末期的江苏电网为例进行分析,发现在大规模风电并网背景下,江苏电网中部分“南北向”500 kV交流输电线路N-1后负载过重的问题亟待解决。为此,基于综合灵敏度计算方法,提出了一种综合利用柔直换流站和统一潮流控制器的有功功率协调控制方法,用于改善系统潮流分布并消除潜在的线路过载。最后,以江苏电网为例进行了仿真分析,对苏州500 kV统一潮流控制器、白鹤滩-江苏直流和某规划中三端柔直换流站进行了有功协调控制。结果表明,所提协调控制方法应用于江苏电网时可有效解决交流输电通道N-1后负载过重问题,且相比于典型最优化方法在计算速度上具有优势。

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。

基于MMC拓扑的UPFC控制策略仿真研究

统一潮流控制器(UPFC)的容量和鲁棒性是其工程实用的难点。为提高容量,将模块化多电平变流器(MMC)引入到UPFC中以替代传统的三相全桥拓扑,其级联多电平特性适合高压大功率的发展方向。为增强鲁棒性,针对UPFC强耦合、非线性的特点,在交叉解耦控制策略基础上引入反馈线性化和变结构控制方法设计控制器。在Matlab/Simulink中进行数值仿真,仿真结果表明,UPFC在调节潮流时既保留了交叉解耦控制快速性和解耦性的特点,又提高了系统对于线路参数变化时的鲁棒性。

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。

统一潮流控制器的RTDS仿真试验系统

为满足统一潮流控制器(UPFC)的控制保护系统的产品研发、策略验证及设备出厂试验等需求,需搭建一套能够真实模拟工程落点复杂电网、UPFC本体及相关联的关键设备、且能够同时接入多专业二次装置的闭环试验系统。文章以苏州南部500k V电网UPFC示范工程为背景,首先介绍了该工程的概况;其次详细介绍了RTDS(real time digital simulator)模型的搭建过程,包括复杂交流电网、MMC阀组、串/并联变压器、直流母线、避雷器等关键设备以及各类故障模拟等,给出了模型的处理器资源分配;然后介绍了仿真试验系统的连接;最后结合苏南UPFC示范工程的应用,给出了系统解锁和有功功率阶跃的实验结果。实验结果表明,仿真试验系统能够真实地模拟复杂交流电压、UPFC本体等特性,可为UPFC控制保护系统的产品研发、策略验证以及设备出厂试验提供一个良好的检验平台。

基于模块化多电平的统一潮流控制器拓扑设计

为了降低模块化多电平换流器的开关频率,提出了基于模块化多电平(MMC)技术的新型统一潮流控制器(UPFC)的拓扑结构,将调制技术与子模块电容电压均压技术相结合,提出了一种可有效减低开关频率的脉宽调制方法。在对模块化多电平换流器环流问题分析基础上,提出了环流抑制控制器的设计思路。仿真结果表明,该控制器可在不增加桥臂电抗的前提下减少桥臂电流中的谐波成分,提高波形质量,同时降低各子模块电容电压波动,具有一定的工程意义;该拓扑结构具有模块化程度高、可靠性好、便于维护及容量拓展等特点,是一种极具发展潜力的拓扑结构。

基于RTDS仿真的MMC_UPFC串联侧间接电流控制研究

为了更便捷地进行MMC_UPFC的仿真建模,采用间接电流控制方案实现了UPFC串联侧换流器的简化、有效控制。基于MMC_UPFC系统的相量模型,详细推导了该控制策略的仿真建模方法。为提升仿真参数的真实性,参照国内某UPFC示范工程技术参数,在RTDS的小步长(ns级)模块中,设计了恒压移相控制、有功无功潮流控制及电网扰动下UPFC的动态响应等多个试验算例进行仿真。试验结果表明,该控制策略能够使MMC_UPFC系统快速、有效地跟随控制指令,并呈现良好的调压移相、潮流控制等调节性能。

基于MMC的统一潮流控制器交流侧故障特性及保护方案

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flowcontroller,UPFC)是适应高压大容量输电的高度可控型灵活交流输电系统装置,其交流侧结构特点突出,故障影响不容忽视,对保护要求高。为此介绍了基于MMC的UPFC整体结构及工作原理,分析了交流侧几种典型故障的故障特性,考虑阀控制的影响。结合MMC-UPFC示范工程,指出变压器阀侧短引线单相接地故障过流程度低,差动保护可能灵敏度不足,并且,串联侧变压器网侧绕组直接串接在交流系统中,传统差动保护仅利用一端电流无法可靠反应绕组两侧的故障。针对上述问题,提出阀侧短引线差动保护采用两段式比率制动特性,以及利用网侧绕组等效电流并增加绕组差动的辅助判据构成改进的串联变压器差动保护,并且保证交流侧保护配置与阀控制保护协调配合。结合RTDS实时数字仿真结果,验证了保护方案的可行性。