基于柔性直流互联的交直流混合配电网建模与仿真分析

交直流混合配电网的详细建模和多运行工况的仿真分析,将有效支撑主动配电网工程投运和可靠稳定运行。然而目前大规模的基于柔直的交直流混合配电网系统级仿真的时效性和实用性不足。因此,基于实时数字仿真平台RT-LAB建立交直流混合主动配电网模型,包含±20k V柔性直流互联系统、分布式光伏、分布式风电、储能系统、电动汽车、直流微网及其相应变流器控制的详细建模。针对电力盈亏优先考虑储能系统平衡的局限性问题,将柔性直流互联应用于主动配电网工程,可以在换流站一端出现功率缺口时由直流母线及时提供功率供给。利用该模型对储能系统充放电消纳工况、高峰电力缺口时由柔性直流互联从外部电网受电工况进行仿真分析,验证该系统在配电网应用的有效性。RT-LAB实时仿真平台在大规模系统级仿真中显示其时效性的优势,为交直流配电网工程建设提供前期参考。     

柔性直流配电网典型运行方式及切换方法

随着化石能源的枯竭,风电、光伏等分布式能源的兴起以及电力电子技术的快速发展,相比交流配电网,柔性直流配电网拥有更为广阔的发展前景。首先研究了两端"手拉手"柔性直流配电网的典型运行方式;其次针对直流配电网内线路断开和部分可控设备退出运行等导致系统运行方式改变的情况,提出了系统控制模式的切换方法;最后在RT-LAB实时仿真平台上实现了直流配网系统的4种典型运行方式及系统控制模式自动平滑切换的硬件在环测试实验,验证了模式切换方案的有效性,为今后直流配电网运行方式的研究提供了重要参考。     

城市直流配电工程拓扑结构的研究

本文简要介绍了城市直流配电系统的优势和特点,介绍了国内外研究的两端"点对点"柔性直流配电系统、辐射形直流配电网、"手拉手"直流配电网、珠海三端柔性直流配电网等几种城市直流配电系统拓扑结构。在总结以上直流配电系统拓扑结构优缺点的基础上,研究设计了一种多端、中低压、交直流混合、接入多种分布式能源的城市直流配电系统拓扑结构,并应用于贵州城市直流配电示范工程。对该拓扑结构的特点、电压等级、运行方式、效能和可扩展性进行了介绍,指出该拓扑结构对于研究直流配电系统分布式能源的就地消纳,交直流配电的能效对比、运行方式的灵活性方面具有显著优势。通过自主研发的智能配电网半实物仿真平台,实现任意柔性互联交直流配电网的模拟,解决了现在直流配电网作为示范工程应用研究重复建设问题。     

基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术

城市配电网的多回交流馈线通常采用闭环接线、开环运行模式,不具备线路相互之间的可控功率支持。利用背靠背多端换流器将多回10 k V线路柔性互联,可以将传统配电网的开环运行模式转变为闭环运行模式。本文针对采用直流配电中心柔性互联的多回10 k V线路,提出了一种基于负载均衡策略的直流功率实时调制技术,即利用馈线有功功率分配系数实现有功功率偏差控制,实现了多回线路之间的负载均衡。通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建了一个含四端混合式子模块MMC的交直流柔性互联配电系统,并在主从控制的基础上,利用基于负载均衡策略的功率调制技术、改进了直流配电中心的控制策略。仿真结果表明,在减少系统负荷测量点的情况下,所提直流功率调制策略能跟随负荷的波动实时平衡馈线之间的负载,提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。     

基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真

基于RT-LAB实时仿真平台,研究了实时仿真技术在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(HVDC)中的应用。建立了基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真模型,并将RT-LAB的实时仿真结果与PSCAD/EMTDC的离线仿真结果进行了对比验证。两种仿真结果在暂态和稳态下都比较一致,这说明通过RT-LAB可以得到MMC高压直流输电系统的正确仿真结果。还对两种仿真方法的仿真时间进行了对比,说明通过RT-LAB的实时仿真可以大幅度提高对MMC换流器的仿真效率。研究结果为采用RT-LAB平台对柔性直流输电系统等大规模电力电子装置实时仿真研究应用提供了参考。     

基于RT-LAB的柔性直流配电保护系统的硬件在环测试

基于PSCAD/EMTDC等纯数字仿真软件对柔性直流配电保护系统进行的研究不能真实模拟保护装置的响应特性、也不便于保护方案的开发和扩展。鉴于此,通过实时数字仿真器RT-LAB以及保护装置的无缝连接,在国内首次搭建出基于深圳典型四端柔性直流配电网的硬件在环测试平台。该平台采用独有的e HS技术解决了实时模拟高频直流变压器的难题,可显著提升测试的时效性和实用性,具有较高的置信度。利用该平台对柔性直流配电网的三种典型故障进行了硬件在环故障测试,验证了所配置保护策略的性能。结果表明:所配置的保护方案功能全、性能好,在故障时动作准确可靠,无死区;实验结果可以直接应用到一次动模实验中,可为柔性直流配电工程的建设研究提供参考。     

基于RT-LAB的中压直流配电系统研究

在基于现场可编程门阵列(FPGA)与多内核中央处理器(CPU)的RT-LAB实时仿真平台上实现了四端中压直流配电系统(MVDCDS)的多步长多仿真器建模。所建MVDCDS模型中不仅包括了模块化多电平换流器(MMC)型电压源换流器(VSC),高频链直流变压器(HFL-DCT),及各种交直流微网中常用的DC/AC,DC/DC变换器模型,也包括了光伏、储能、风机系统及交直流负载系统的模型。RT-LAB实时仿真系统明显缩短了直流配电系统的仿真运行时间,具有良好的实用性。黑启动硬件在环(HIL)测试结果说明了所提黑启动策略的正确性。     

柔性配电网接入分布式电源的架构分析与仿真研究

能够接纳分布式电源的柔性配电网是将来智能配电网的主要特点。首先,建立了含柔性开关(SOP)的配电系统基本架构,依据各分布式电源的特点,把光伏、风机和储能装置接进配电网的交流或直流区域;然后,分析了SOP的数学模型及其主要运行控制策略;最后,通过变流器的控制模式和运行策略的灵活切换,基于柔性配电网做了如下仿真实验:馈线的出力优化均衡、不间断转供电及能量调度。仿真验证了含SOP的交直流柔性配电网系统架构具有能够接纳分布式电源和控制灵活等方面的优越性。     

厦门柔性直流输电系统孤岛运行控制仿真研究

厦门工程是世界上首个采用双极接线的柔性直流输电工程。厦门工程的投运能有效增强厦门地区电网网架结构,消除厦门岛作为无源电网的劣势。基于厦门岛作为无源孤岛电网的情况,设计系统的启动方法,并研究双极柔性直流输电向孤岛供电的控制策略。在RT-LAB实时仿真器中搭建厦门工程实时数字模型,对孤岛控制策略进行仿真验证。结果表明,所设计的启动方法可以实现系统的正常运行,对于不同的负荷类型、负荷的变化以及双极转单极运行等暂态情况,系统均可满足安全稳定运行,证明所设计的控制器具有良好的控制性能。     

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

用于可视化编程的柔性直流控制保护系统研制

采用可视化编程的控制保护系统相比于传统微机编程方法的控制保护系统具有运维方便、开发高效的优点。但用于可视化编程的控制保护系统常需要同步对多DSP编程,传统直流控制保护系统难以满足其对实时性、多线操作和兼容性的需求。针对这些问题,分析了柔性直流控制保护系统可视化编程的特征,提出了一种适用于可视化编程的柔性直流控制保护系统,设计了可实现多线操作的可视化编程的软硬件系统,最终,在RT-LAB仿真实验平台上进行了实验验证。实验结果表明所研制的控制保护系统功能满足直流输电工程应用的标准,实现了多线操作和独立总线通信等功能,兼容性强和实时性高,具有极高的工程应用价值。     

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。     

低压台区柔性互联系统跨台区功率互济策略

高比例分布式光伏接入低压配电网易导致功率倒送和电压越限问题。构建低压台区柔性互联系统并通过各台区间功率互济可以实现光伏消纳,有效降低功率倒送和电压越限的概率。如何协调交互各台区间功率是核心问题。为此,提出一种基于改进下垂算法的自适应控制策略,通过引入传输因子和换向/修正因子,实现台区在输出功率和接收功率的状态间平滑切换,并可依据台区以及直流系统运行工况维持功率传输方向。通过引入分配系数,实现功率在台区间的按需分配,无须通信即可实现跨台区功率互济。为验证所提策略的正确性和有效性,利用RT-LAB全时数字仿真平台,以宁夏某地区低压柔性直流台区示范点架构为基础,搭建低压台区柔性互联系统仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略可有效实现跨台区功率互济。     

含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法

含柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。文中提出了一种新型的交直流混合配电网的协调控制方法。首先,根据互联装置交流侧运行状态将系统分为了9种不同的运行模式,并依照不同运行模式的控制需求提出了互联装置、储能单元以及光伏发电单元的控制策略。针对下垂控制的直流电压偏差问题,采用直流电压二层控制进行补偿。同时为了避免深度放电,提出了基于荷电状态带有缓冲区的减载算法,能够有效减小直流电压波动,而对于深度充电问题,提出了采用光伏发电单元同时切换至分层直流下垂控制实现直流电压恒定,实现按照容量比例进行均分。最后,通过仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出方法的有效性和可行性。     

非理想工况下柔性直流配电系统建模与运行控制关键问题

非理想工况下,柔性直流配电系统的建模与运行控制面临着来自经济高效的稳态运行需求和安全稳定的动态运行需求的双重挑战.系统分析非理想运行工况下柔性直流配电系统的运行特性,探讨合理的建模和分析控制技术,对于引导未来配电系统朝着更加经济高效和新能源友好接入的方向发展,具有重要的理论和现实意义.为此,结合国内外的研究现状和发展动态,深入分析了非理想工况下柔性直流配电系统的稳态建模与优化控制问题,以及外界随机扰动下的多时间尺度动态特征建模与稳定控制问题,指出了系统在非理想工况下建模与运行控制面临的主要难题.进一步地,从计及多重不确定性因素的系统建模与优化、非对称条件下系统不平衡分量交互特性建模与协同控制、外界随机扰动下系统多时间尺度动态特征机理建模与稳定控制等角度探索了柔性直流配电系统的技术发展方向,从而为柔性直流配电系统的建模与运行控制提供了研究思路.     

基于RT-LAB的电动汽车车载充放电系统设计

基于RT-LAB设计了一种双向单相AC/DC+双向半桥DC/DC的车载充放电装置,能进行电动汽车充放电过程中的电压电流控制,实现电动汽车与电网的双向能量互动,并且在不接电网时可提供220 V/50 Hz车载电源。通过RT-LAB实时仿真,验证了控制策略的正确性。实时仿真平台可为V2G(Vehicle to Grid)技术的进一步研究提供借鉴意义。     

直流用电分区内自适应时间尺度能量优化预测控制

整合新能源发电、储能、柔性负荷并联运行的直流配电网用电终端是直流配电网优化运行的重要执行环节。针对固定的能量优化执行时间尺度存在的局限性,提出一种含灵活调控单元的直流用电分区内自适应时间尺度能量优化预测控制。该方法基于间歇式电源在直流用电分区内的电源出力占比自适应调整能量优化执行时间尺度;同时,综合上级直流配电网优化指令,基于无模型自适应预测控制实现直流用电分区内自适应时间尺度能量优化预测执行控制。仿真结果表明：提出的能量优化预测控制方法可以实现执行时间尺度的自适应调整;在灵活调控单元充裕条件下,可实现上级直流配电网能量优化调度指令的快速、准确跟踪执行。     

基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法

多端口电力电子变压器(PET)作为柔性互联配电网关键装备,其端口解耦控制与区域协调控制是保证跨区域互联系统安全稳定运行的关键技术之一.文中以基于隔离型模块化多电平变换器(I-M2C)的多端口PET作为关键装备提出一种依靠中压直流(MVDC)馈线互联的柔性配电网架构.首先,分析基于MVDC馈线跨区域互联配电网方案的技术特点,建立基于双调制自由度的I-M2C型PET端口数学模型.然后,根据端口数学模型及不同稳态运行模式需求提出各端口基于双调制自由度的解耦控制方法.同时,介绍了跨区域互联模式下区域间主从控制策略,总结了柔性配电网在各工况下的运行模式.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了10 kV仿真系统模型,验证了MVDC互联的柔性配电网协调控制策略的有效性与可行性.     

渝鄂直流背靠背联网工程最后断路器跳闸功能配置

柔性直流输电系统逆变站切除全部交流线路,甩负荷运行,会导致逆变站直流侧及其他部分电压异常升高,危及一次设备安全,因此,在逆变站中配置最后断路器跳闸功能非常必要。结合渝鄂直流背靠背联网工程,提出针对柔性直流输电系统的最后断路器跳闸功能配置方案,并基于RT-LAB实时仿真平台,接入实际控制保护系统和运行人员控制层监控系统,对所提配置方案进行验证。试验结果表明,配置最后断路器跳闸功能后,可保证在交流断路器跳开前或直流电压上升到保护定值前,柔性直流控制系统下发换流器闭锁命令,避免直流侧及交流侧严重过压。