LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究EI北大核心CSCD

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。     

多端直流电网下垂控制及并行仿真方法

针对含大容量模块化多电平换流器的多端直流电网(modular multilevel converter based multi-terminal DC Grids,MMC-MTDC Grids)的建模仿真和运行控制,首先分析了采用半桥子模块的MMC戴维南等效建模方法,然后介绍了基于PSCAD/EMTDC的多端直流电网并行仿真方法。为了提高多端直流电网运行控制稳定性和可靠性,在多端直流电网运行控制方面提出了直流电压下垂控制。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了典型四端柔性直流电网并行仿真模型,仿真结果验证了本文所提多端直流电网下垂控制策略的有效性。     

柔性直流与直流电网仿真技术研究

模型等效性高、仿真规模大、实时化以及计算资源需求小,一直是电力系统仿真技术的发展目标。讨论了柔性直流及直流电网的特点,结合实际工程经验,从运行特性、等效建模、数值计算以及控制系统试验等方面对柔性直流和直流电网的仿真技术进行研究。在上述研究的基础上,指出柔性直流与直流电网仿真技术的发展方向是具有多时间尺度、多速率建模与变步长计算能力的数字仿真,以及具有全功能极控/阀控实验能力的功率型数模混合仿真。     

10 kV直流配电系统建模与仿真研究

针对系统网架主回路结构、网架参数、设备拓扑及设备控制系统进行了论述，并分析了AC/DC电压源换流器及DC/DC直流变流器等关键设备的建模方法。通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建了系统模型，并基于所建立的模型，对关键设备的控制方法进行分析，同时开展了系统稳态和暂态运行的仿真研究，得出了直流配电系统直流电压和功率的稳态和暂态运行特征，从而检验了系统建模的正确性，为后续研究打下了良好基础。     

基于FPGA的柔性直流实时仿真技术及试验系统

未来柔性直流输电技术大容量、高电压、远距离的发展趋势,对现有的柔性直流仿真建模技术提出了更高的要求。为了建立更符合控制保护装置测试需求的大容量、高电压、远距离柔性直流实时仿真模型,提出了适用于各种子模块拓扑结构且能灵活定义模块级故障的模块化多电平换流器(MMC)等效建模方法,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术实现灵活柔性直流换流器算法,通过双向高速通信板卡GTFPGA在实时数字仿真器(RTDS)中实现灵活自定义的柔性直流MMC仿真建模,为未来含新型子模块拓扑结构的大容量、高电压、远距离柔性直流工程的控制保护特性研究及其闭环试验,提供有效的实时仿真试验系统和重要的仿真技术支持。     

交直流混合微电网储能DC/DC及接口换流器协调控制

针对交直流混合微电网,提出一种接口换流器与直流侧电网储能DC/DC换流器的协调控制策略。不管系统工作在何种状态,储能DC/DC换流器始终进行电压控制以实现直流侧电压的零偏差,而接口换流器通过检测交直流混合微电网状态调节自身工作方式,实现微电网系统在并网及孤网模式下的稳定运行和2种模式稳定、快速的切换。通过计算机软件仿真及物理实验的验证,可以证明这种控制策略可以实现交直流混合微电网直流侧电压在孤网状态下的零偏差,并且运行与模式切换的稳定性良好。     

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。     

基于离散模型的柔性直流电网短路电流计算方法

为计算柔性直流电网故障后的短路电流,提出基于离散模型的柔性直流电网短路电流数值计算方法.针对基于模块化多电平换流器的柔性直流电网,分析直流侧短路故障后的等效电路;建立基于后退欧拉法和梯形积分法的换流器电感、电容和线路的离散化模型,以及不同故障类型下换流站的离散化模型;在此基础上,设计直流电网不同类型故障电流数值求解算法.基于RT-lab平台搭建四端柔性直流电网仿真模型,对比分析了所提出方法的求解计算数值与详细模型仿真结果.结果表明所提算法能够准确获得故障电流值,与详细模型仿真结果相比误差小于5.5％.     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

含柔性直流电网的交直流网络潮流计算方法综述

为解决大规模新能源并网和消纳问题,基于柔性直流输电的直流电网技术备受关注。相比传统高压直流输电,基于电压源型换流器的直流电网运行方式更为灵活,其控制方式的多样化将使得传统潮流算法不再完全适用。总结了目前含柔性直流电网的交直流网络潮流计算的相关文献,分析了两端、多端直流输电潮流求解算法以及考虑损耗的换流站建模处理方法。梳理了换流器和直流电网不同控制方式与潮流节点类型的对应关系以及对构建潮流方程的影响,并针对不同控制方式切换带来的雅可比矩阵维数变化问题,总结了交直流网络潮流统一表达和高效求解方法。结合柔性直流电网发展方向,展望了未来潮流计算相关技术领域的研究重点并提出了相关建议。     

A Novel Power Flow Algorithm for Hybrid AC/DC Power Grids

This study introduces a novel unified power flow algorithm for hybrid AC/DC power grids. For hybrid AC/DC power grids that incorporate voltage source converters (VSCs), the proposed algorithm uses the voltage amplitude and the phase angle of the AC bus and the voltage of the DC bus as the minimum set of state variables. The power equation of the converter is deduced by these state variables. Then, the bus-power-equilibrium (BPE) equations can be deduced based on the DC node classification and VSC converter station control modes. The Newton–Raphson method can be used to solve these BPE equations with good convergence behavior. In addition, the DC grid and converter station modeling impose no restriction on the hybrid grid topology. As a result, the Jacobian matrix in the modified equations can accurately reflect the coupling relationship between AC and DC grids and simultaneously maintain the sparse feature. The proposed unified algorithm uses the sparse technology and can solve the power flow problem for a large hybrid power grid. A simulation is implemented to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(二)直流输电工程数模混合仿真建模及验证

特高压电网的快速发展对直流输电工程动态特性的仿真提出了更高需求。文中提出了接入多直流控制保护的大规模交直流电网数模混合仿真平台建设技术方案,并从直流输电工程控制保护装置简化原则、数模混合仿真接口技术、直流输电系统一次建模要求等方面提出了适用于接入大规模仿真电网的直流输电工程数模混合仿真建模方法。选择宾金特高压直流工程现场调试的典型故障,将直流输电工程数模混合仿真结果与现场波形进行了详细对比,对比结果表明直流输电数模混合仿真模型的动态响应特性与实际工程的动作特性高度吻合,能够真实再现实际系统情况,可以较为准确地仿真交直流相互影响的现象,为交直流电网安全稳定运行提供强有力的技术支撑,同时可以作为其他数字仿真模型的校准工具。     

交直流混联大电网仿真技术现状及面临挑战

随着我国特高压交直流工程陆续投运,系统“强直弱交”问题突出,交直流、多直流、送受端之间的交互影响日益显著,电网运行复杂度迅速增加,对电网仿真的规模、精度和速度提出了更高要求。从电力系统建模、多时间尺度仿真、数模混合实时仿真3个方面梳理了仿真技术现状,针对交直流混联大电网发展需求,分析了仿真技术面临的挑战。指出提高直流、新能源、柔性交流输电系统（flexible alternative current transmission systems,FACTS）和负荷等复杂模型的建模精度,扩大电磁暂态仿真规模,提高大规模电网仿真效率,将是提高大电网仿真能力的研究重点。     

大规模交直流电网电磁暂态数模混合仿真平台构建及验证：(一)整体构架及大规模交直流电网仿真验证

随着中国特高压交直流电网快速发展,交直流、多直流之间相互影响加剧,电网安全运行面临严峻挑战,对仿真工具的性能提出了更高的要求。对接入实际直流工程的控制保护装置进行数模混合仿真是当前对大规模交直流系统动态特性进行仿真所采用的较为准确的仿真手段。文中在原有数模混合仿真技术基础上,提出了适用于研究大规模交直流混联电网运行特性的新一代数模混合仿真平台构建方案。该方案以大规模电磁暂态实时仿真软件HYPERSIM和超级并行计算机SGI为数字仿真核心,接入全部在运直流工程的控制保护装置及其他类型电力电子控制保护装置,解决了大规模特高压交直流电网高精度仿真试验研究的难题,并且实现了同时接入8回直流工程控制保护装置、电磁暂态仿真规模超过6 000节点的数模混合实时仿真。通过对实际电网故障的反演和结果对比,验证了所构建仿真平台方案的有效性。     

含混合型MMC的四端柔性直流电网改进自适应重合闸策略

柔性直流电网是进行大规模新能源远距离架空线传输的重要技术手段。但架空线比直流电缆更容易发生瞬时性短路故障,待故障消失后需迅速重合闸。若直流电网发生永久性故障,常规基于换流器主动信号注入的故障性质判别方法易对直流电网的稳定运行产生较大干扰。针对上述问题,提出一种基于混合型模块化多电平换流器（MMC）主动信号注入的柔性直流电网改进型自适应重合闸方法,在混合型MMC极控制器中附加主动信号控制,使柔性直流电网在不中断功率传输的前提下实现故障性质辨识。此方法具备较强的耐过渡电阻能力,且不影响柔性直流电网功率传输的稳定性。在PSCAD/EMTDC搭建了混合型MMC四端柔性直流电网的电磁暂态模型,通过仿真验证了该方法在配备混合型MMC和机械式直流断路器的柔性直流电网中的有效性。     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。     

含多种限流设备的柔性直流电网RT-LAB实时仿真建模

柔性直流电网具有“低惯性、弱阻尼”的特点,其故障电流上升速度快且峰值高。针对包含大量电力电子器件的限流设备不仅增加系统复杂性,同时也降低直流电网仿真效率的问题,提出不同限流设备的等效建模方法。首先,搭建包含多种限流设备的17端柔性直流输电网数字仿真模型;其次,依据单端口子模块等效建模方法,分别针对其中4种典型故障限流设备提出有效的等效建模策略;最后,基于RT-LAB平台对17端直流电网数字模型进行实时化处理,完成实时模型的搭建。仿真结果显示,所提等效方法和所建实时仿真模型,可以实现对稳态、故障等多种工况的精确拟合。     

系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制

为了保障中国特高压交直流混联电网的安全稳定运行,国家电网有限公司积极开展电网系统保护的构建,以提升电网的综合安全防控能力。但随着跨区直流作为灵活控制资源在系统保护中的应用,必须考虑直流功率快速变化会同时对送受端电网造成影响。在梳理中国电网系统保护建设的基础上,系统分析了基于频率响应的直流频率调制对大区电网系统保护的影响,进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区控制资源利用效率的角度,提出了综合电网就地和远方信息的直流频率调制与紧急功率支援的协调控制方案,实现大区电网系统保护间的协调动作。最后,基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。     

苏州中压直流配电工程设计方案及仿真验证

随着中压柔性配电技术的发展,基于电力电子技术的柔性直流配电网在相位和频率同步、灵活控制、线损等方面较交流配电网有着一定的优势,但在技术的成熟性、稳定性以及成本等方面还存在不足。针对苏州中低压直流配用电系统示范工程的中压直流配电网网架,在传统环型与辐射型结构的基础上,通过技术经济比较采用基于单母线分段“双端环型”网架结构设计方案;为适应故障穿越的主动控制需求,发挥改进型网架结构供电方式灵活的特点,提出采用半桥换流站+混合桥换流站的非对称主站设计方案;结合换流阀参数设计与系统接地方式,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了系统仿真模型,对工程设计方案的可行性及故障处理能力进行了仿真验证,为示范工程方案设计与设备选型提供分析依据。