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.

Coordinated voltage control of renewable energy power plants in weak sending-end power grid

The utilization of renewable energy in sending-end power grids is increasing rapidly,which brings difficulties to voltage control.This paper proposes a coordinated voltage control strategy based on model predictive control(MPC)for the renewable energy power plants of wind and solar power connected to a weak sending-end power grid(WSPG).Wind turbine generators(WTGs),photovoltaic arrays(PVAs),and a static synchronous compensator are coordinated to maintain voltage within a feasible range during operation.This results in the full use of the reactive power capability of WTGs and PVAs.In addition,the impact of the active power outputs of WTGs and PVAs on voltage control are considered because of the high R/X ratio of a collector system.An analytical method is used for calculating sensitivity coefficients to improve computation efficiency.A renewable energy power plant with 80 WTGs and 20 PVAs connected to a WSPG is used to verify the proposed voltage control strategy.Case studies show that the coordinated voltage control strategy can achieve good voltage control performance,which improves the voltage quality of the entire power plant.

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。

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。

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.

基于交流储能的光伏柔直系统多时间尺度调压控制

由于光伏发电受光照强度等因素影响明显,导致其与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)并网运行时功率不均衡,影响系统直流电压稳定性。该文针对光伏接入柔直系统的多时间尺度功率不平衡问题进行研究,提出光伏送电端交流侧储能方案及附加功率反馈环控制策略,协调消纳多时间尺度及交流故障场景下系统产生的不平衡功率。所搭建21电平35 k V光伏并网柔直模型的仿真结果表明,在光照强度突变至600 W/m2的情况下,采用附加功率反馈环控制策略时储能系统对直流电压波动的抑制水平可达11.9%,交流故障时其对直流电压波动的抑制水平可达23.7%,验证了该方案及控制策略的可行性。

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。

基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置应用探析

为了解决船舶交流电网绝缘故障实时在线监测定位问题,提出了一种基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置设计方案。对双频信号注入法的工作原理进行研究,系统以STM32F103ZE芯片为控制核心,运用基2时间抽取1024点FFT实现注入低频信号的提取。明确了注入信号的频率选取原则,试验分析确定注入信号频率为15 Hz和5 Hz。经过实际运行测试与结果分析,基于双频信号注入法的船舶交流电网绝缘监测装置最大误差率不超过2%,完全满足对地绝缘电阻测量精度±5%的设计要求。试验结果验证了船舶交流电网绝缘监测装置的可靠性和有效性,所提出设计方案大大降低船员工作强度,提高了舰船电力系统的供电连续性和安全性。

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。

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。

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。

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。

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。

区域互联下不对称交流电网运行控制系统设计

电力系统内部的交流电在产生不对称故障之后,会直接导致换流站母线电压不平衡,系统内部出现的负序分量和零序分量会影响系统交流和直流谐波分布,进而影响电网的正常运行。为了进一步实现不对称交流电网的控制,设计了一种控制系统。系统硬件设计了锁相环控制器、电流环控制器、DSP控制器,锁相环控制器由相位鉴别、环路滤波和压控振荡三部分组成一个闭环。针对区域互联状况进行分析,确定谐波电压和谐波电流的传递规律,建立谐波分析程序和控制程序,通过矢量计算,对不对称交流电网电流进行运行控制。实验结果表明,所设计系统能够有效解决运行过程的输入量和输出量不均衡的问题,降低叠加放大状况,控制后电流和电压幅值波动为0,有效防止出现谐波不稳定现象。

电压控制对构网型变换器频率响应特性影响分析

构网型变换器的虚拟同步环节是影响其频率动态的最主要因素,但构网型变换器内电势的频率并不仅包含虚拟同步环节的频率。对此提出了一种表征电压控制对构网型变换器频率动态影响作用的研究方式。首先类比同步机的频率分析方法,提出了构网型变换器内电势的概念,将变换器的频率通过内电势频率进行表征,进而通过运动方程建模的方法分析了机电时间尺度内交流电压控制在响应有功功率扰动时对频率动态的作用,分析了电压控制参数对构网型变换器有功功率和频率响应能力的影响趋势。研究发现,较大的电压控制比例和积分参数会使得系统频率动态恶化,但变换器的响应性能主要由虚拟同步环节决定。以3机9节点系统和实际区域电网系统的MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

华东电网的联络线区域控制偏差(ACE)考核

为提高系统频率质量，华东电力集团参照北美电力系统可靠性协会的标准，在全国率先实行省（市）联络线功率、电量的考核与区域控制偏差（ＡＣＥ）挂钩的原则。介绍了具体的ＡＣＥ考核的技术手段和统计方式，电量、电费的计算方法以及实时数据、非实时数据传输方式。为防止自动化和通信设备故障，采取ＡＣＥ实时监视后备系统和两套备用数据，以保证ＡＣＥ考核统计的可靠性。

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。

大规模新能源接入弱同步支撑柔直系统的送端自适应VSG控制策略

新能源汇集经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术送出是促进新能源消纳的有效方式。但新能源渗透率的持续增加导致电网强度不断下降,采用传统跟网型(grid-following,GFL)换流技术已无法满足系统稳定运行需求。为提高系统弱电网适应性,满足大规模新能源接入弱同步支撑柔直系统应用场景需求,提出在柔直系统送端换流站采用VSG控制策略。首先,建立整流侧控制小信号数学模型,利用根轨迹法深入研究虚拟阻抗对系统稳定性的影响。其次,提出利用交流电压变化率及电压差值等电气量构建虚拟电抗自适应调整项的改进VSG控制算法,在保证系统等效阻抗呈感性的同时,可提高送端交流系统的等效短路比,达到改善系统整体性能的效果。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证所提控制策略的有效性。