考虑VSC与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划

光-储-充的发展以及直流负荷的逐年攀升使得直流源储荷接入交流配电网的并网损耗日益严重,而交直流混合配电网因其网架结构灵活与利于直流源储荷接入的特点而得到广泛关注。提出考虑电压源型换流器(VSC)与光-储-充协同配置的交直流混合配电网规划模型,使用基于多离散场景的分布鲁棒(DRO)方法处理直流负荷的不确定性,并采用列与约束生成(CCG)算法求解。仿真结果证明,所提的模型能够充分发挥交直流混合配电网优势的同时激发运营商投资的积极性。

考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算

鉴于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的控制策略会对含VSC交直流混合电网潮流产生直接影响,该文构建考虑多种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算模型。该模型通过构造等效电路建立换流站内VSC控制参数与交流电网输出功率的直接联系,以实现完整VSC电路模型下潮流方程的统一;并通过引入VSC自适应下垂控制系数作为潮流计算变量,以弥补现有方法无法适用于VSC自适应下垂控制策略电网的不足;此外,该模型将VSC调制度作为求解变量,并考虑调制度的约束问题,有效限制了调制度越限情形,还可实现调制度不同设定值下的潮流计算。基于上述模型,采用统一迭代法最终实现考虑各种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算,并通过算例验证模型的有效性与计算方法的快速收敛性。

一种利用VSC-HVDC提高发电机阻尼的新控制策略

在交直流混合输电系统中,可以利用直流系统的功率调制来提高交流系统的运行稳定性。文章在建立含有VSC-HVDC的交直流混合输电系统模型的基础上,提出了一种新的VSC-HVDC混合功率调制方法来提高发电机阻尼,该方法利用Bang-bang控制原理设计混合调制信号,并将其加入到常规的PI调节器中。仿真结果表明,加入混合调制信号可以增强系统的阻尼并有效地抑制振荡,能够改善系统在各种扰动下的动态性能。

含VSC-MTDC的交直流混合电网潮流计算模型及稀疏性处理技术

介绍了电压源换流器的稳态等效模型及常见控制模式,给出了多端柔性直流与交流混合电网的潮流计算模型。针对电压源换流器模型导致的潮流雅可比矩阵非结构对称及零对角元问题,将少数非对角零元素处理为非零元素恢复了雅可比矩阵结构对称性,将控制量作为常量代入方程并对变量编号进行优先排序处理克服了零对角元问题,以极低的稀疏性代价解决了含电压源换流器的交直流混合电网潮流计算问题。对含舟山五端柔性直流的浙江电网某运行方式进行仿真,验证了所提模型的正确性及稀疏矩阵处理技术的有效性。

LCC与VSC混联型多端高压直流输电系统运行特性的仿真研究

设计了由五个LCC换流站和一个VSC站组成的串并联混合型六端高压直流输电系统,该结构能发挥不同电压等级的LCC换流站以及VSC换流站的优势,扩展多端直流输电的应用范围。本文基于PSCAD/EMTDC平台建立该系统单极仿真模型,进行了稳态运行和暂态故障过程的相关研究,设计了直流功率协调控制器实现各换流站功率的协调控制,并提出了单换流站紧急停运的控制保护配合方法,仿真结果表明混联多端系统的可行性及控制保护策略的有效性。

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。

考虑直流断路器的VSC-MTDC系统鲁棒阻尼控制器设计

直流断路器是多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统清除直流故障的关键设备。目前大多数直流断路器系统需要串联直流电抗器以限制故障电流变化率,而大容量直流电抗器与线路串联会抑制直流系统的阻尼,降低多端直流系统的稳定性。文中建立了含直流断路器的VSC-MTDC系统的小信号数学模型,并使用模态分析方法分析了影响系统稳定性的主要因素;针对断路器系统导致的稳定性问题,设计了基于H_∞混合灵敏度理论的阻尼控制器以改善系统的弱阻尼特性。在MATLAB/Simulink中搭建了四端VSC-MTDC模型进行了仿真分析,时域仿真和特征值分析结果证明所提控制方法可以有效抑制直流系统振荡,提高系统稳定性,且相较于其他传统阻尼控制器,更适合系统存在较强扰动和不确定性的情景。

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器-电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。

LCC-VSC多端混合直流电网潮流计算方法

提出了基于多种控制方式下的LCC-VSC多端混合直流电网潮流计算方法。首先,分析了直流电网元件的稳态模型,建立了混合直流电网的稳态模型,然后根据换流器的类型、控制方式及直流电网的控制策略,建立了多种控制方式下的潮流方程,并采用经典的牛顿-拉夫逊法进行求解,进而在此基础上采用顺序法对交直流混合电网进行解耦,并处理直流电网边界信息和交流电网的边界信息,然后采用交直流混合电网交替迭代求解。最后在改进的PSS/E算例验证了本文所提方法的有效性和准确性,为多端混合直流电网机电暂态仿真提供了准确的初值。

含VSC-HVDC的交直流混合系统状态估计

针对以电压源换流器(VSC)为基础的新一代高压直流输电(HVDC),对含VSC-HVDC的交直流混合系统进行静态状态估计。介绍了VSC-HVDC的稳态模型,通过确定交直流混合系统的量测函数、状态变量和雅可比矩阵,建立了含VSC-HVDC的交直流混合系统的状态估计模型;在基本加权最小二乘状态估计算法的基础上,提出了含VSC-HVDC的交直流混合状态估计同时迭代求解法;对经过修改的IEEE 14、IEEE30、IEEE 57节点系统算例进行仿真,从算法的估计误差、迭代次数和计算速度等方面验证了算法的有效性和实用性。

基于用户自定义程序的VSC-HVDC机电电磁混合仿真研究

柔性直流输电(VSC-HVDC)输电容量不断提升,使其应用范围由配电网逐步延伸至输电网,分析交直流混联电网受扰后的稳定性及和设备运行安全,需要开发兼顾大电网计算效率和直流动态特性精细模拟的仿真计算工具。为此,建立了VSC-HVDC电磁暂态仿真模型,包括VSC交流侧换流变压器、直流输电系统和控制系统电磁暂态仿真模型,以及各模型的差分化方程,并提出VSC电磁量与机电量接口转换方法;基于电力系统分析综合程序的用户自定义程序接口(PSASP/UPI)功能,提出并开发实现了VSC-HVDC机电与电磁混合仿真算法。VSC-HVDC交直流并联输电系统混合仿真结果验证了仿真算法的有效性。

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分别由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接。为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略。当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围。

基于LCC-HVDC和VSC-HVDC的混合双极直流输电系统的建模及仿真分析

近年来,我国传统换相型高压直流输电(LCC-HVDC)技术在电力系统中已经发展成熟;由于电力电子器件在实际工程应用中越来越成熟甚至达到完美状态,电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)也应用到了现代电网中。由于LCC-HVDC和VSC-HVDC有各自的优点与不足,为了发挥两者的优势,对由LCC-HVDC和VSC-HVDC两个子系统分别位于上下两极所组成的混合双极直流输电系统(Hybrid Bipolar-HVDC)进行了进一步的分析。文章介绍了Hybrid Bipolar-HVDC系统内部包含的一些基本结构,对LCC和VSC的主电路和其控制电路、在PSCAD环境下正极LCC-HVDC和负极VSC-HVDC的主电路和控制电路分别进行了具体分析,最后用PSCAD对Hybrid Bipolar-HVDC进行了仿真,并分析了其稳定运行的状态。

LCC-VSC混合直流输电系统分析及仿真验证

通过对传统直流输电和柔性直流输电发展历程、技术特点及应用范围的总结,研究一种新型直流输电方式——混合直流输电,该系统的两端由传统直流输电中的相控换流器(line commutated converter,LCC)和柔性直流输电中的电压源换流器(voltage source converter,VSC)组成。在阐述其拓扑结构、工作原理的基础上,分析一种针对该系统的控制策略,并通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证。仿真结果表明,该混合直流输电系统兼具传统直流输电和柔性直流输电的优点,在遇到单相接地、三相短路等故障时,可快速恢复并重新实现稳定运行状态,适应于各种集中式、分布式电源,具备能源互联的能力。

微网运行条件下储能并网VSC多目标控制策略

为解决微网功率波动、谐波等问题,提出了利用混合储能技术平抑功率波动,同时补偿谐波、无功和不平衡电流的多目标控制策略。此外,基于瞬时功率理论和谐波电流检测算法,实现了多目标并网参考电流的计算方法。控制储能装置实时补偿微网公共连接点电能质量,实现电能质量综合治理。算例结果验证了该方法的有效性。

海上风场混合直流送出系统停机策略研究

对基于二极管整流器的低成本混合直流换流器的停机策略进行了研究。将辅助换流器的停机过程分为能量回馈与能量耗散阶段,能量回馈阶段通过主动控制,将子模块电容上储存的部分能量经直流母线回馈到电网中;能量耗散阶段通过耗散电阻依次对谐振电容和子模块电容放电,并推导了放电电流、电容电压和放电时间的计算方法,给出了耗散电阻的设计方法。所提停机策略能够快速有效实现换流器电容放电,且不需要高耐压大容量的耗散电阻,有利于工程实现。最后在Matlab/Simulink中搭建了相应的仿真模型,仿真结果验证了停机策略的有效性。

基于VSC-HVDC技术的风力发电系统并网研究

分析了基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)和双馈异步风电机组的数学模型及控制策略。针对并网风电场暂态过程稳定裕度偏低的问题,提出了采用VSC-HVDC技术提高并网系统的稳定性。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了包含风电场的交直流混合输电系统模型,研究了VSC-HVDC输电系统改善双馈异步发电机风电场暂态稳定裕度的贡献。仿真表明VSC-HVDC采用改进的无功功率控制器的并网系统能够在系统遭受大扰动后快速恢复稳定,并且可以避免由风电机组转矩不平衡引起的风力发电机超速问题,交直流混合输电系统的动态稳定性得到较大的提高。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

交直流配电网中VSC无模型自适应控制器

通过对IEEE13节点配网模型进行改造,设计了能够提高城市供电可靠性和提升供电电能质量的交直流配电网模型。同时为了防止多端直流输电过程中交流系统故障引起直流母线电压波动造成系统失稳的现象发生,设计了基于无模型自适应技术的电压源型变换器(VSC)。利用无模型自适应控制技术不需要控制系统数学模型就可以达到良好控制效果的优势,解决了供电系统交流侧发生故障时,由于系统参数变化过大传统PID调节器不能达到预想控制效果的问题。通过对系统常见异常运行工况的数字仿真分析,验证了所设计的无模型自适应控制器的有效性以及交直流配电网模型的合理性。