基于V-I特性的多端柔性直流输电系统的控制策略

针对典型的分布式电站如大型海上风电场的柔性直流输电接入和控制问题,本文建立了一个具有两个发送端和两个接收端的多端柔性直流输电系统,说明了针对该多端直流输电系统的框架结构与运行原理,给出了一种各个换流站之间的协调控制策略.该控制策略对送端换流站采用定交流电压与定频率控制,对受端换流站,通过分析其直流网络特性,并基于受端换流站的电压-电流(V-I)特性曲线,得到了各受端换流站吸收的功率之比与其V-I特性曲线的斜率之间的关系.在此基础上提出了一种在电压外环采用比例控制的方法,推导得出了比例系数与受端换流站的V-I特性曲线的斜率之间的关系,给出了调节功率分配的方法.通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该控制方法的正确性,仿真表明该控制方法具有良好的稳态特性和动态性能.     

多端柔性直流输电系统的改进下垂控制策略

电压源型变流器技术发展日臻成熟,电压等级及容量不断提高,已成功用于柔性直流输电系统,并展现出高电压、大容量和多端柔性直流输电系统应用的发展态势。本文结合世界首个多端柔性直流输电工程,针对多端柔性直流输电系统应用中存在的强非线性和多端协调等技术难点,提出采用改进下垂控制方法,即通过多个换流站同时采用定电压控制方式运行,暂态过程中,采用定电压控制的换流站退出时系统仍能正常运行,保持直流网络功率平衡。通过检测直流网络电压和动态改变平滑切换控制器输出值,即由切换控制器选择定功率控制输出有效或定电压控制器输出有效,在无需站间通信情况下,实现定电压控制换流站和定功率控制换流站之间的相互转换,相对于传统采用单点电压控制的多端系统,具有较好的灵活性。此外,针对采用定电压控制的换流站完全退出的极端工况,设计反步电压控制器,有效地减小了暂态过电压程度,与下垂控制策略结合,能较好地实现系统直流电压的稳定控制,充分发挥其多端协调功能,提高系统抗干扰性能。仿真结果证明了所采用方法的正确性和有效性。     

一种新的柔性直流输电系统远端启动策略

模块化多电平换流器(MMC)的启动是MMC柔性直流输电系统工程应用首先需要面临的问题,针对采用MMC结构的两端或者多端柔性直流输电系统,提出了一种新型的有序解锁启动方法,以减少传统充电方式下换流阀解锁瞬间的直流电压跌落和桥臂电流冲击。该方法在传统不控充电过程后,先解锁定直流电压换流站,再对其他换流站进行远端充电,期间其他换流站的桥臂按其子模块电容电压高低顺序逐步减少投入充电的子模块个数,以此不断抬高子模块电容电压,在电容电压到达一定数值后再解锁换流站。通过理论分析计算了本方法最大的电压跌落,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性和优越性。此外,新的远端启动控制策略对多端柔性直流系统的定功率换流站启动顺序和启动时刻没有特殊要求,并针对单桥臂进行设计,可以重复应用于各桥臂,因此,其适用于实际工程中的多端柔性直流系统远端启动和交流系统故障造成无源端闭锁后的在线重启动。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

适用于多端柔性直流输电系统的通用控制策略

随着柔性直流输电技术的不断发展与成熟,多个换流站并联组成的多端柔性直流输电系统成为必然趋势,而换流站数量的不断增多,对多端控制策略提出了更大的挑战。在此背景下,文中提出了一种适应于多端柔性直流输电系统的通用控制策略,其通过权衡系数实现了定直流电压控制与定有功功率控制的灵活切换,通过合理选择权衡系数的计算函数可模拟传统的多端控制策略,并能设计出新型的多端控制策略。最后,在MATLAB/Simulink下搭建了五端柔性直流输电系统进行多个仿真,验证了通用控制策略的正确性与可行性。     

基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制

当基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统采用有功功率-直流电压线性下垂控制策略时,直流网络特性会影响换流站功率分配的准确性。在直流输电网络拓扑未知的情况下,通过建立换流站通用的有功功率-直流电压数学模型,分析了直流网络特性影响下的换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性特征。基于此,提出一种基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制策略,可在直流输电网络拓扑及参数未知的前提下,利用搜索技术实时获取换流站在可能运行范围内的精确非线性下垂特性曲线,再将该曲线周期性地更新到换流站底层控制中,最终实现多端柔性直流输电系统换流站有功功率的精确控制。通过在MATLAB/Simulink中建立四端环网直流输电系统模型,不仅对换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性分析结论进行了验证,还与传统线性下垂控制进行对比,验证所提控制策略还原换流站非线性下垂特性的准确性以及换流站有功功率精准控制的优越性。     

基于电压下降方式的VSC-MTDC控制方式研究

电压源换相高压直流输电是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。首先对VSC-HVDC的内外环控制进行分析,确定内外环控制方式,然后对多端柔性直流输电(VSC-MTDC)的控制策略进行研究,采用电压下降的控制方式对五端直流系统进行建模,利用PSCAD/EMTDC仿真软件进行仿真模拟。结果表明采用电压下降控制方式的VSC-MTDC具有良好的系统协调性,具备利用上层控制可以快速自动调节功率分配的特性,并且具有良好的扩容性。     

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,其换流器可以分男由电压源换流器(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.     

两类逆变侧控制策略对系统电压与直流主回路设计影响

针对高压直流输电工程逆变站通常采用的定关断角与定电压两类控制策略对系统电压与直流主回路设计的影响进行研究。首先从控制系统原理入手,分析了逆变侧定电压与定关断角两种控制策略的逻辑区别;然后利用电力系统分析计算软件PSD-BPA,模拟了换流站投切滤波器分组的实际工况,明确了两种控制策略在系统电压调节特性方面的差异;最后基于某实际高压直流工程的系统条件和运行参数,借助实时数字仿真系统,校核了定电压与定关断角两种控制策略下系统电压的暂态与稳态恢复特性,进一步验证了相关结论。在此基础上,研究并论证了两种控制策略对于直流换流站无功补偿容量、额定空载直流电压等直流主回路设计基本结论以及主要设备参数的影响。     

基于电压源换流器HVDC联网的受端电网扩展黑启动方案

结合电压源换流器高压直流(VSC-HVDC)输电系统向受端无源电网供电时的稳态运行特点,提出基于VSC-HVDC联网的受端电网扩展黑启动的优化决策方法。在分析黑启动过程中VSC-HVDC逆变器采用定交流电压控制策略下运行特性的基础上,提出拟进相运行能力及其裕度两个指标来反映换流器吸收充电无功功率和抑制工频过电压的能力。进而考虑VSC-HVDC的影响,在扩展黑启动多目标优化模型中,引入反映系统整体无功功率水平的目标函数及VSCHVDC稳态运行的约束条件,通过快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)和模糊熵权法得到最优扩展黑启动恢复方案。最后采用电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)建模,并基于修改的新英格兰10机39节点系统仿真证明了VSC-HVDC在黑启动初期的优越性。     

换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略

为了抑制柔性直流与传统直流互联输电系统中传统直流换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压,充分发挥柔性直流为传统直流提供无功支撑的能力,提出一种基于触发角的暂态无功协调控制策略。传统直流换相失败时触发角与送端暂态电压关系密切,基于此,将暂态过程中根据触发角得出的无功补偿值附加到柔性直流逆变器外环无功环节中,调整柔性直流逆变器发出的无功功率,改善送端电网电压的暂态特性。对比分析所提控制策略与柔性直流定交流电压控制的控制性能。在PSCAD/EMTDC中搭建互联输电系统的仿真模型,结果验证了所提控制策略的适应性,且该控制策略的控制效果优于柔性直流定交流电压控制。     

基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略

针对传统换流器控制策略下柔性直流（voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC）输电系统难以有效参与交流系统频率的动态调节以及交直流系统间功率传输不平衡等问题,在对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）运行机制特性进行研究的基础上,提出了一种基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略。首先,基于VSC-HVDC输电系统拓扑模型,分析了换流站虚拟同步化的可行性;其次,将具有有功模糊PI下垂控制的VSG技术引入到高压直流输电系统,通过调整下垂系数,使柔性直流输电系统逆变器在稳态运行及暂态故障下可以保障系统有功功率平衡传输,使其具有协调控制交流系统频率和直流系统电压的能力;最后,在Matlab/Simulink中构建了一个三端系统用于仿真验证。结果表明：VSC-HVDC输电系统在采用VSG控制策略后,可以改善交流电网的惯性水平,使频率变化得到衰减,其调压控制功能也能在稳态和暂态下提供较好的功率支撑作用,有效提高了交直流系统的稳定性和可靠性。     

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

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...     

一种具有恒电压增益和自动功率限制能力的双向LLC-DCX变换器及其调制策略

对于汽车低压辅助电源系统,双电源(48 V/12 V)系统架构已经成为12 V供电系统到48 V供电系统的过渡方案。为提高效率及实现电池组自动均压,研究了低压大电流的双向隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法。首先,提出了一种混合供电系统的架构,可以减小DC-DC变换器的功率容量以及电池组的数量;其次,结合所研究的架构,提出了LLC-DCX(DC-transformer)变换器的同开同关调制策略;再次,在传统LLC变换器中添加钳位二极管限制启动电流,并在过载情况下实现恒功率限制。最后,通过纯模拟控制,采用一台720W(12V/60 A)的LLC变换器样机,对变换器的调制策略、功率分配以及电池均压等特性进行验证,其结果表明了所提出方案的有效性。     

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。     

采用软启动方式的VSC-HVDC黑启动能力研究

合理的黑启动方案对于快速可靠地恢复供电至关重要。分析了VSC-HVDC作为黑启动电源的优势。通过PSCAD/EMTDC软件验证了VSC-HVDC软启动主要电力设备的能力。仿真过程中记录的波形显示了VSC-HVDC良好的电压、频率特性。对VSC-HVDC黑启动控制到正常潮流控制的转换过程也做了仿真研究。仿真结果表明,当采用软启动方式时,VSC-HVDC是一种理想的黑启动电源。     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。