不平衡电网下AC-DC矩阵变换器的新型模型预测控制

为降低AC-DC矩阵变换器在输入不平衡条件下网侧有功功率波动,以及离散型模型预测控制中开关频率不固定的问题,提出一种新型模型预测控制方法。通过根据电网电流相位角选择有效矢量,避免了传统模型预测控制评估价值函数计算的负担。提出了一种二阶扩展复数卡尔曼滤波器,计算精度可以达到泰勒级数展开的二阶项,新型模型预测控制能够在不平衡电网系统中应用。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下,能够有效抑制网侧电流谐波,稳定系统输出的有功功率,并且表现出良好的性能。

Practice and Prospect of AC/DC Hybrid Power Grid in Southern China

China Southern Power Grid is a unique EHV AC/DC hybrid transmission network that operates in China. In its service area, the distribution of energy resources and the development of economy are extremely unbalanced, so long-distance and bulk power transmission are needed; besides, the geography and climate conditions are serious, rains, fogs, lightning and typhoon as well as high temperature are common all the year round. Facing these challenges, the power grid enhanced stability control, improved the equipment and strengthen the network structure. In the future, the power grid plans to optimize the disposition of power sources and build digitalized power system.

电流畸变时AC/DC双向功率变换器的控制策略

在交直流混合微电网中,通过电力电子接口接入的可再生能源和非线性负载会使交流母线电流发生畸变。因此,要求AC/DC双向功率变换器不仅能可靠变换功率以保证交直流子网功率平衡,而且能抑制交流母线谐波电流。该文基于Fryze-Buchholz-Depenbrock(FBD)功率理论的谐波电流检测法,提出一种可以治理交流母线谐波电流的AC/DC双向功率变换器控制策略。该控制策略在实现交直流子网功率传输及母线电压稳定的基础上,还可以通过AC/DC双向功率变换器治理交流母线谐波电流,保证微电网具有良好的电能质量。最后通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性。

联接弱交流电网MMC-HVDC系统的直流功率传输能力提升方法

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)由于具备自换相能力,尤其适用于向弱交流电网供电。交流系统强度降低时,会制约系统的直流功率传输能力,甚至导致系统失稳。针对联接弱交流电网时MMC-HVDC系统功率传输受限的问题,建立了状态空间与直流阻抗模型,从时域、频域两方面研究了交流系统强度对直流功率传输能力的影响,明确了弱交流电网工况下功率传输受限的原因。基于参与因子定位结果,提出了在定直流电压控制环节引入直流电流反馈的功率传输能力提升方法,从时域、频域两方面对控制策略的提升作用进行了机理分析,并定量得出了控制参数的可行域及功率传输能力的最大提升水平。该方法在避免稳态误差的前提下,有效提升了MMC-HVDC系统的直流功率传输能力。

Characteristic Analysis of UHVAC/DC Hybrid Power Grids and Construction of Power System Protection

Strong DC coupling with weak AC and large-scale renewable energy integration are the two significant characteristics of ultra-high-voltage AC/DC(UHVAC/DC)hybrid power grids in China.Strong coupling between AC and DC grids and the different integration performance of renewable energy sources have profoundly changed the stability characteristics of the power system.The traditional stability control system is inadequate for the stability control of UHVAC/DC power grids.This paper analyzes the requirements for constructing an integrated defense system in a UHVAC/DC hybrid power grid(i.e.power system protection).The definition,connotation,and designing principles of power system protection are put forward.The relationship between the power system protection and the traditional three-defense lines is investigated.The design principles,general hardware structure and main functions of a power system protection are presented.Key problems and technologies are specified in the construction of the power system protection.

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

构网型和跟网型电力电子装备混联系统惯量响应的匹配问题综述

构网型和跟网型电力电子装备具有异质化调频特性,导致2类装备交直流混联系统惯量响应阶段的动态交互作用机理复杂,传统的惯量参数匹配原则难以优化系统频率响应的问题。阐述了电力电子装备系统的惯量响应匹配问题,并对现有电压源型变流器的调频控制方法进行了概述。从功频响应分析方法、调频功率分配原则和频率响应特性3个方面对电力电子装备系统惯量配置问题的研究现状展开梳理。对电力电子装备混联系统的统一建模及惯量响应匹配问题提出了研究思路,旨在通过惯量支撑功率的匹配控制提升低惯量电力系统的频率稳定性,从系统层面为高比例电力电子装备友好并网提供基础理论和关键技术支撑。

互联电网短路电流在线分析与优化决策方法

在线分析技术是应对交直流电网短路电流超标和随机波动问题的重要手段。结合调度自动化系统的建模范围和实时数据采集情况,提出在线短路电流计算原则和超标判据;通过日前和实时短路电流多目标逐级优化决策,提升短路电流优化策略对电网时变性和复杂性的适应能力;构建在线短路电流分析和优化控制系统功能架构,通过调度端和厂站端功能集成实现短路电流可靠闭环控制。该方法实现了短路电流精细化分析、综合优化决策和精准闭环控制技术在实际电网的应用,通过对实际电网在线短路电流分析与优化控制系统运行结果的分析,验证了所述方法的有效性和实用性.

交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

基于多类型换流设备的受端电网耦合鲁棒阻尼控制策略

针对混合级联直流馈入与柔性输电设备密集接入的受端电网,为增强其特定振荡模式的阻尼,利用不同换流设备控制回路间的相互作用,提出了一种基于多输入多输出系统模型的耦合鲁棒阻尼控制器设计方法。根据主模比指标选取振荡抑制效果最佳的反馈信号作为控制器输入信号;利用总体最小二乘-旋转不变技术识别系统的振荡模式并辨识系统降阶模型;采用混合H_(2)/H_(∞)方法设计耦合鲁棒控制阻尼器。控制器采用平衡截断法进行降阶,兼具鲁棒性能与实际工程应用。混合级联直流与受端江苏电网互联系统的时域仿真结果表明,相比于传统超前-滞后控制器,耦合鲁棒阻尼控制器在多种扰动和故障下均能有效抑制低频振荡,使系统快速恢复稳定运行。

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

交流故障后MIDC系统交错协调恢复研究

为促进交流故障后多馈入直流(MIDC)系统协调恢复,首先剖析CIGRE直流标准测试系统的工作原理,分析现有多直流恢复研究中存在的问题。然后,提出一种新的直流低压限流单元(VDCOL)的输入信号,该信号综合了依赖直流电压起动的DC-VDCOL和依赖交流电压起动的AC-VDCOL的优点。进一步,建立了直流低压限流单元和熄弧角控制器的参数优化模型,以改善控制性能。最后,以三馈入直流输电系统为算例,对新信号和优化模型的有效性进行了仿真验证。从仿真结果可以看出,新信号能更灵敏地反映换流母线电压的恢复情况,促进多直流自主交错恢复;优化直流关键控制参数能进一步改善系统恢复性能。

新型电力系统标准算例(一):功角稳定CSEE-RAS

含高比例新能源交直流混联电网的稳定特性已发生深刻变化,功角稳定依然是威胁系统安全运行的关键问题,相关研究对标准算例的真实性、合理性及代表性提出更高的要求。该文根据实际电网拓扑和数据,构建适用于功角稳定特性研究的功角稳定机电暂态仿真算例(Chinese society for electricalengineering-rotoranglestability,CSEE-RAS),该系统以500kV为主网架,包含2个区域、1个交流通道、1个直流通道。提供2种运行方式,分别对应动态、暂态功角稳定场景,上述场景新能源出力占比均在50%以上。考虑新能源出力占比、机组接入位置和控制策略等因素,量化不同因素对稳定水平的影响。敏感性分析结果表明,该算例较为全面地反映了机电暂态尺度下的不同功角稳定特性,且具有灵活的拓展能力,可为功角稳定分析与控制的相关研究提供基础平台,有助于不同结论的横向比较和研究人员科研效率的提升。

新型电力系统标准算例(三):电压稳定CSEE-VS

现代电力系统逐渐发展为含高比例新能源的交直流混联系统,其电压稳定是值得研究的重要问题。目前在世界范围内的相关文献已有很多,但大多使用不同算例开展研究和测试,对算例系统的真实性、合理性关注不足,不同研究成果之间难以横向比较。论文基于我国的实际工程情况设计了1个标准算例,新能源渗透率在50%以上,可用于分析新型电力系统中故障后的电压崩溃、持续低电压等电压稳定问题。同时,论文分析并展示了算例系统中电压稳定的关键影响因素,包括直流功率水平、新能源水平、调相机配置、薄弱区域负荷水平等。结果表明,该算例既能较好反映电力系统的常规电压稳定特性,反映了一些高比例新能源场景下的新型电压稳定特性,可作为高比例新能源场景下直流受端电网电压稳定分析基础平台,节省科研人员在算例设计方面的精力投入,有利于不同研究成果的横向比较。

基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

基于云边协同的交直流混联电网线路过负荷协调控制方法

针对交直流混联电网线路过负荷影响因素较多导致线路运行特征难捕捉、难以实现精准控制的问题,提出基于云边协同的过负荷协调控制方法。建立过负荷状态数学模型,采用解耦算法求解不同程度过负荷情况下电力参数增量值并进行特征提取,将其作为云边协同算法的云计算参照值,获得同时符合功率最佳、能耗最小以及避免切负荷要求的协调控制参数,实现协调控制。实验结果表明:云边协同方法在盲区约束下可以准确检测盲区以外的所有节点,未出现漏检现象;光伏、风电出力的节点功率变化明显高于正常节点,节点过负荷控制效果较好。

电气化公路交直流混合供电系统最优潮流分析

针对传统粒子群算法在求解电气化公路供电系统最优潮流问题时易陷入局部最优解等问题,为提高算法的全局搜索能力,采用牛顿拉夫逊法对交直流混合潮流交替迭代求解,得出供电系统潮流分布,提出以最小系统损耗为目标的交直流混合最优潮流模型,设计了一种改进的线性递减惯性权重自适应学习因子粒子群算法(改进LDW-PSO算法).仿真结果显示,与传统粒子群算法和线性递减权重算法相比,改进算法收敛速度更快,计算精度更高,为电气化公路供电系统的最优潮流计算提供了理论支撑和技术参考.

交直流组网技术电力推进系统的对比研究

电力推进系统相对传统推进系统具有显著优势,成为现阶段船舶动力技术发展的主流方向。电力推进系统当前正从早期的传统交流组网技术逐步向最新的直流组网技术发展。本文对交流组网及直流组网这两种电力推进系统进行了介绍,简述了这两种系统各自的组成和技术特点,随后通过对这两种系统在设备组成成本、重量体积、能耗、兼容性、技术难点等多方面的分析对比研究,得出了直流组网技术在能耗、性能、兼容性等多方面具有显著优势的结论,进而论证了直流组网技术凭借其先进性将成为未来船舶电力推进系统发展的方向。

交直流混联电网LCC-HVDC换流器建模方法综述

交直流电网混联,大规模电力跨区输送成为我国电力系统的主要特点。电网换相换流器型直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)是我国交直流混联电网的主要组成部分,为实现交直流混联电网快速、准确仿真,该文对现有的LCC-HVDC换流器建模方法进行了分析与总结,对其优缺点进行评述,并根据作者观点,提出可进一步研究的内容:在仿真规模较大的交直流混联电网时,可用开关函数对LCC-HVDC进行建模,但模型准确度需要提升;多条LCC-HVDC输电线路的仿真可使用换流器级别模型与换流阀级别模型进行组合仿真;不同精细程度模型之间的数据接口要进行优化设计。

特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略研究

常规的特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制方法主要使用CDEGS软件确定电流抑制修正关系,易受接地极电位差变化影响,导致不同测点的偏磁电流过高,因此需设计一种特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略。根据地质构造及断裂关系生成特高压直流接地极选址流程,设计受端电网结构偏磁电流抑制算法,从而完成特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制。实验结果显示设计的直流接地极选址及电网结构偏磁电流抑制策略的各个测点的偏磁电流较小,表明该策略抑制效果较好、可靠性高,有一定的应用价值。