An Adaptive Wireless Power Sharing Control for Multiterminal HVDC

Power sharing among multiterminal high voltage direct current terminals(MT-HVDC)is mainly developed based on a priority or sequential manners,which uses to prevent the problem of overloading due to a predefined controller coefficient.Furthermore,fixed power sharing control also suffers from an inability to identify power availability at a rectification station.There is a need for a controller that ensures an efficient power sharing among the MT-HVDC terminals,prevents the possibility of overloading,and utilizes the available power sharing.A new adaptive wireless control for active power sharing among multiterminal(MT-HVDC)systems,including power availability and power management policy,is proposed in this paper.The proposed control strategy solves these issues and,this proposed controller strategy is a generic method that can be applied for unlimited number of converter stations.The rational of this proposed controller is to increase the system reliability by avoiding the necessity of fast communication links.The test system in this paper consists of four converter stations based on three phase-two AC voltage levels.The proposed control strategy for a multiterminal HVDC system is conducted in the power systems computer aided design/electromagnetic transient design and control(PSCAD/EMTDC)simulation environment.The simulation results significantly show the flexibility and usefulness of the proposed power sharing control provided by the new adaptive wireless method.

Frequency Control of Power System with Renewable Power Sources by HVDC Interconnection Line and Battery Considering Energy Balancing

Recently, introduction of renewable energy sources like wind power generation and photovoltaic power generation has been increasing from the viewpoint of environmental problems. However, renewable energy power supplies have unstable output due to the influence of weather conditions such as wind speed variations, which may cause fluctuations of voltage and frequency in the power system. This paper proposes fuzzy PD based virtual inertia control system to decrease frequency fluctuations in power system caused by fluctuating output of renewable energy sources. The proposed new method is based on the coordinated control of HVDC interconnection line and battery, and energy balancing control is also incorporated in it. Finally, it is concluded that the proposed system is very effective for suppressing the frequency fluctuations of the power system due to the large-scale wind power generation and solar power generation and also for keeping the energy balancing in the HVDC transmission line.

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。

具备有载调压功能的LCC-HVDC拓扑及控制策略

随着近年来高压直流输电的快速发展,换流变压器有载分接开关频繁动作导致故障数量明显增加,直接影响了直流工程的可靠性与电网的安全运行。运用(modular multilevel converter,MMC)模块化多电平可控电压源技术和基本原理,提出了一种新型具备有载调压功能的(line commutated converter based high voltage direct current,LCCHVDC)直流输电的拓扑结构和控制策略,实现了对电网侧电压的补偿,当交流母线电压降低时,无需调节变压器分接开关而维持阀侧电压在额定值水平,大大降低了分接开关的动作次数,提高了工程运行的可靠性。以CIGRE直流输电标准模型为算例,分析了提电压补偿在传统LCC-HVDC直流输电系统中应用的机理,验证了该控制策略的正确性和有效性。

基于阻抗法的MMC-HVDC并网系统高频振荡分析及抑制研究

针对某海上风电经多模块多电平换流器(MMC)接入电网系统,陆上换流站与电网发生宽频振荡的问题,基于阻抗分析的思想和MMC控制系统结构建立dq坐标下MMC控制系统频域模型。将MMC控制系统模型的d、q耦合部分转换至时域、abc坐标系下进行化简,实现了系统解耦,然后建立MMC控制系统abc坐标下的频域模型,进而结合MMC等效电路的分析建立其等效阻抗模型。通过阻抗分析法对换流器阻抗模型和电网阻抗模型的特性进行分析,验证了振荡发生的机理。最后对抑制宽频振荡的措施进行分析,给出附加带阻滤波器的解决方案,并通过现场案例的振荡现象进行验证。

远海风电DRU-HVDC送出系统构网控制与启动方法综述

随着海上风电开发的不断规模化和远海化,海上风电直流送出技术成为研究热点。针对低成本的二极管整流单元(DRU)型高压直流(HVDC)输电,重点指出了分布式DRU在均压、部分退出运行等方面的主要技术特点,论述了该技术与柔性直流送出、传统直流输电的差异。由于DRU的不可控性,海上电网的构建须由风电机组通过自身控制实现。因此,对现有研究的风电机组集中式和分散式构网控制进行详细综述,并对全构网型控制采用P-V和Q-f功率控制机理进行风电场-DRU层面以及风电机组层面的梳理解释。针对DRU单向潮流引起的启动问题,综述了辅助中压交流脐带电缆、辅助模块化多电平换流器、海上风电机组配置储能以及辅助低压直流电缆等启动方法,指出利用辅助中压交流脐带电缆是相对成熟的方案,而利用海上风电机组储能和全构网型控制具有较高的灵活性,但现有技术下仍面临风电机组塔筒内部安装空间不足、储能安全隐患等问题。最后,对海上风电经DRU-HVDC送出系统未来值得深入探索的研究方向进行了展望。

基于ARM架构柔性直流控制保护系统的低链路延时优化设计

基于进阶精简指令集机器(ARM)架构多核处理器芯片设计了柔性直流控制保护系统新一代平台,提出适用于柔性直流输电的4层控制系统通用架构,给出新平台控制保护主机配置方案及功能配置原则。建立换流器高频阻抗简化模型,推导得到负阻尼频率与控制链路延时的数学关系。分析柔性直流控制系统的链路延时构成,提出一种链路复用的在线延时测试方法;基于多核架构与高速接口,研究控制系统的低延时优化方案。最后,在基于实际工程参数的实时仿真系统中,对ARM架构新平台开展了功能和性能测试,并验证了低延时优化方案的有效性。

抑制HVDC系统换相失败的自适应PI控制方法

换相失败在高压直流输电系统(high voltage direct current power transmission,HVDC)中时有发生。针对现有自校正控制器依赖参考模型的局限性和模糊自适应PI控制器运算复杂且需先判断出故障类型再选择最优控制方式的局限性,采用一种基于比例积分运算式离散化推导的自适应PI控制器,提出抑制HVDC系统换相失败的自适应PI控制方法。通过对原始CIGRE HVDC标准模型和含直流电流预测控制和换相失败预防控制(commutation failure prevention,CFPREV)模块的CIGRE HVDC系统的仿真,结果表明:在40组测试中,有37组的临界换相失败电抗得到降低。相比现有系统中参数固定的PI控制器,该自适应PI控制方法能够有效抑制HVDC系统的换相失败。

基于VSC-HVDC的风力发电系统低电压穿越协调控制

提出一种适用于通过VSC-HVDC系统并网风电场的低电压穿越协调控制策略。建立高压直流输电线路和风电场的模型,分析电网故障期间系统的工作原理。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站提供无功支持,并采用基于电压控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流系统功率平衡;对风电机组功率控制进行改进,提出分层控制与HVDC控制相协调,保持风电机组的电压稳定。算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。

基于附加信号的VSC-HVDC系统改进有功功率控制策略

为了保证大扰动情况下电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)系统的直流电压控制和有功功率平衡,提出了一种基于附加信号的有功功率控制策略。首先简要地分析了故障情况下VSC-HVDC系统的有功功率平衡和直流电压变化特点;然后给出了改进有功功率控制器的功率特性曲线,推导了定有功功率控制端直流电压最大工作范围的计算公式;接着提出了外环有功功率控制器的设计方法,推导了有功功率修正值的计算公式,并分析了该控制器在正常运行和故障2种情况下的工作原理。PSCAD/EMTDC仿真研究表明,在电网电压跌落或主导换流站停运等暂态扰动情况下,所提控制策略能够维持直流电压在安全运行范围内。

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。

基于DPC的海上风场VSC-HVDC变流器控制策略

针对海上风场并网电压源直流输电系统,设计了基于虚拟磁链的直接功率控制(DPC)方法,通过虚拟磁链技术计算系统功率,省去了电压传感器和锁相环,实现了无交流电压传感器运行,提高了系统可靠性,降低了成本。同时,针对常规DPC的功率滞环造成变流器开关频率变化范围大、系统滤波器设计困难及对处理器运算速度要求高等不足,利用三相电压源变流器的虚拟磁链模型和功率模型估计磁链和功率,通过功率误差直接计算电压参考信号,生成SPWM调制波,既替代滞环控制又避免内环PI调节器参数的整定。利用Matlab/Simulink搭建相应的仿真模型,结果表明两端变流器均可无交流电压传感器运行,需调整参数较少,且具有较快的响应速度和稳态跟踪精度,因此所设计系统正确有效。

用于大规模集中式风电并网的VSC-HVDC频率控制方法

针对大规模集中式风电并网过程中送端系统频率波动以及电能输送损耗严重等问题,提出一种基于电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的大规模风电并网系统频率稳定控制方法。VSC送端换流器通过调节脉宽调制(PWM)移相角来控制交流侧电压相位大小,以达到控制线路有功功率传输的目的,从而保证风电并网系统有功功率的平衡及系统频率的稳定,同时通过调节PWM调制比来调节交流电压,使系统电压维持稳定;受端换流器控制直流侧电压的稳定,以保证VSC-HVDC系统的正常运行。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的频率稳定性。

基于Simulink的HVDC PI控制器参数优化方法

为了提高高压直流输电系统的抗干扰能力,提出了基于Simulink的HVDC系统PI控制器参数离线和在线的优化方法。离线优化法是利用Simulink内置Signal Constraint模块确定出满足条件的PI控制器参数;在线优化法是采用非线性PI和自适应模糊控制相结合的方式对PI控制器参数进行优化。以整流侧定电流控制为例,首先利用模糊控制能够在线优化控制器参数的特点,缩小了PI参数的优化范围;然后利用fal函数进一步修正了其优化精度。仿真结果表明,离线优化法具有简单实用的优点,在线优化法能够提高系统的优化精度,使系统具有良好的控制性能。

面向直流受端新型电力系统暂态电压稳定的紧急控制策略

在直流受端新型电力系统中,新能源电源及直流的接入导致同步机开机减少,动态无功功率相对紧张,暂态电压失稳风险显著增大。为高效快速获取紧急控制策略,即直流电流控制方案,并使其适应不同的电网运行方式和故障场景,尤其是电网拓扑结构的变化,基于图卷积神经网络(GCN)对常规深度强化学习模型深度确定性决策梯度(DDPG)的网络结构进行改造,构建了GCN-DDPG融合模型。在此基础上,引入双评价网络机制和评价网络与动作网络非同步更新策略以提升算法效果。进一步地,在应用方面,基于GCN-DDPG融合模型构建紧急控制模型并将其下达至安控主站,安控主站将依据电网实际运行方式和故障等信息,对紧急控制策略进行在线量化计算,并发送至直流控保系统执行。最后,通过改造的IEEE 14节点系统验证所提方法的有效性和优越性。

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本控制策略,即并网侧换流站的定直流电压和定交流电压控制,风场侧换流站的定有功功率和定交流电压控制;建立了基于定桨距恒速风力发电机系统的海上风电场直流并网仿真模型,并对风电场几种典型运行情况的并网性能进行了仿真分析。仿真结果表明,在海上风电场并网中采用VSC-HVDC技术能够很好地抑制交流电压波动和跟踪海上风电场输出的有功功率,提高了海上风电场的并网性能。

多种控制方式下HVDC系统的潮流计算

在交直流潮流计算中,如何有效地描述直流输电系统控制方式的转换是实际电力系统运行和分析必须考虑的问题。文中基于功率等值和交直流系统交替解耦求解的原理,利用电力系统分析综合程序的用户自定义建模环境,建立了高压直流输电系统潮流计算的数学模型。该模型考虑了直流输电系统主要控制方式的控制作用和相互转换,具有较好的收敛性。EPRI-36算例的结果表明,自定义模型能够处理运行条件改变导致的运行方式发生的转换,并且有利于大规模电力系统的潮流计算和仿真研究。

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。

海上风电MMC-HVDC联网系统控制策略

该文提出提升海上风电场联网运行性能的高压柔性直流输电系统功率控制策略。采用附加频率控制保持风电机组机械功率和电磁功率的平衡,定交流电压控制维持风电场交流侧电压幅值和相位恒定;提出注入三次谐波调制信号的换流站功率运行区间优化方法,有效防止风速突变引起风电机组输出功率超过额定值而导致的换流站闭锁事件,并采用PR控制器对三次谐波调制信号所引起的高次谐波进行抑制。通过数字物理混合仿真系统,构建8台双馈风电机组的风电场通过柔直联网的系统模型,仿真结果表明设计的控制方法具有良好的动态、稳态特性。

含VSC-HVDC交直流混合系统机电暂态仿真研究

对含基于电压源型变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合系统进行机电暂态仿真研究。VSC-HVDC系统的外环功率、电压控制器采用PI控制,以产生内环电流参考值。针对dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC交流侧数学模型不能精确解耦的问题,建立基于αβ静止坐标系的VSC-HVDC数学模型,引入比例谐振(PR)控制改进了内环电流控制器,可以无静差跟踪内环电流信号。采用以上控制策略实现VSCHVDC系统的精确解耦控制,并采用双时步仿真方法对VSC-HVDC系统的动态响应进行准确模拟。通过在新英格兰系统上进行仿真实验,验证了所提VSC-HVDC机电暂态控制模型的正确性和双时步混合仿真方法的有效性。