参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。     

基于最优潮流的多端柔性直流输电系统控制策略

在考虑风功率预测的多端柔性直流输电系统中,通过对交直流系统进行多目标潮流优化,将优化得到的各换流站有功功率和直流电压作为最优参考值,结合广义下垂控制对各换流站的控制系数进行调整,从而对多端柔性直流输电系统中各换流站的控制策略进行优化。同时,利用MATLAB对考虑风功率预测的多端柔性直流输电系统进行控制策略优化,对多种情况下的潮流结果进行分析比对,验证该控制策略优化方法的有效性。     

多端柔性直流输电系统动态附加频率控制策略

附加频率控制利用基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统直流电压变化传递故障交流系统频率变动,促使非故障交流系统所连电压源型换流器(VSC)消纳不平衡功率参与频率调节。然而固定下垂系数灵活性不足,在不平衡功率分配时忽略VSC实时运行状态与交流网络稳定性,无法保证系统参与频率调整的同时安全稳定运行。通过研究频率变动造成的功率不平衡量分配和直流电压下垂系数的定量关系,提出一种计及系统运行状态的VSC-MTDC动态附加频率控制策略,将VSC功率裕度和交流网络频率变化量引入下垂系数,动态调整不平衡功率的分配比例。仿真结果证明,应用动态附加频率控制进行频率调节后,频率偏差较小的交流网络在所连VSC功率裕度较大时能承担更多不平衡功率,而频率偏差较大的交流网络所连换流站不平衡功率配比下降,VSC-MTDC系统安全稳定运行水平得到显著改善。     

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。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑交流电网调节能力的VSC-MTDC改进下垂控制方法

多端柔性直流输电系统的现有下垂控制方法可以将直流网络的不平衡功率在各换流站间进行合理分配,但忽略了各换流站交流侧系统的承受能力,无法根据交流侧系统的暂态响应情况来灵活调节各换流站所分配的不平衡功率量。因此,该文提出一种考虑交流电网调节能力的多端柔性直流网络改进下垂控制方法,该方法根据扰动后交流侧电网的频率偏移情况来自动调节下垂控制的斜率系数,在不改变控制器结构的前提下,可使直流侧的不平衡功率在各交流电网中得到更为灵活合理的分配。在实时数字仿真器（real-time digital simulator, RTDS）平台搭建了仿真模型,通过与固定斜率下垂控制方法和考虑功率裕度的自适应下垂控制方法进行对比,验证了该改进控制方法的有效性和优越性。     

含多端柔性直流互联的交直流电力系统静态安全分析

含电压源换流器的多端直流系统在工作原理及控制方式上与常规直流系统存在本质区别,现有静态安全分析无法直接对含多端柔性直流的交直流系统分析计算。文中以传统交流电网静态安全分析为基础,首先,提出了多端柔性直流混联系统的交直流静态安全分析计算框架,阐述了功能实现方法及采用的关键技术。然后,在预想故障计算中考虑了交直流电网运行条件变化情况,保证计算结果与实际电网运行状态一致,提高了静态安全分析计算的准确性。最后,通过构建含四端柔性直流的交直流混联系统仿真模型,验证了算法的有效性和实用性。     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

基于N-1规则的多端柔性直流输电系统联合控制策略

在多端柔性直流(voltage source converter based multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统安全运行时,该系统必须满足N-1法则,即当该系统任何一个换流站由于故障或者检修退出运行时,剩余系统具备功率调节能力,能够恢复功率平衡,保持系统稳定运行,且暂态过电压不会超过设备绝缘裕度。为了维持VSC-MTDC直流电压尽可能地稳定在原有水平,提出了一种考虑到VSC-MTDC中任一换流站退出运行时的联合控制策略。该策略结合了VSC-MTDC系统主从控制与下垂控制的优点,令VSC-MTDC系统中容量最大的换流站为定直流电压控制,其余换流站为直流电压-有功功率下垂控制,并设置定直流电压控制换流站参与功率调节的优先级高于其余换流站,仅当定直流电压控制换流站传输功率达到上限时其余换流站才参与功率的调节。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了VSC-MTDC的仿真模型,对所提出的联合控制策略在N-1故障条件下进行仿真验证。仿真结果表明:所提联合控制策略在换流站退出运行时有效保证了直流电压的稳定以及系统功率的紧急输送,提高了VSC-MTDC的运行稳定性。     

多端柔性直流输电系统的直流电压优化控制策略

为提高多端柔性直流输电系统的运行稳定性,本文提出了一种适用于多端系统的直流电压优化控制策略。该策略结合了直流电压偏差控制策略和直流电压下垂控制策略的优点,通过直流电压的变化量来协调各换流站的工作方式,从而确保不同工况下直流网络内功率的平衡。当系统潮流波动较小时,部分与有源系统相连的换流站参与潮流调节,保持系统稳定;当潮流突变且波动剧烈时,与有源系统相连的所有换流站共同参与潮流调节,一起稳定直流电压,避免直流电压的过大波动。最后,在Matlab/Simulink仿真平台中进行了仿真分析,仿真结果验证了该策略的正确性与可行性。     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

一种适用于多端柔性直流输配电系统的新型电压下垂控制方法

如何保障多端柔性直流输配电系统在不同程度扰动下安全稳定运行是柔性直流技术发展所面临的一个挑战。针对这个问题,提出了一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法。该方法在电压-有功功率下垂控制的基础上,利用本地直流电压偏差信息实时调整下垂控制的运行工作点,使得直流电压靠近电压上限时自动往下调整,保障系统在各种扰动下直流电压分布合理,不超过稳定运行范围,具有抗干扰能力强、不依赖通讯的优势。最后,在PSCAD/EMTDC中建立四端柔性直流系统,验证了所提电压下垂控制方法的正确性和有效性。     

基于子模块电容能量波动的MMILC下垂控制策略

交直流混合配电网中,孤岛模式下互联换流器(interlinking converter, ILC)具有实现配网间功率平衡、维持交流频率和直流电压稳定的作用。模块化多电平互联换流器(modular multilevel interlinking converter, MMILC)作为ILC的拓扑之一,具有谐波特性好、波形质量高、开关损耗低等优势。文中提出一种适用于MMILC的两级式下垂控制策略,首先基于子模块电容能量波动特性建立了适用于MMILC的新型交直流侧统一下垂特性;然后推导得出了MMILC直流侧电压与等效子模块电容电压间的数学关系,使MMILC仍可通过直流电压偏差进行功率调节,同时设置了下垂特性曲线的死区和最低允许运行范围;最后,分别对MMILC在不同负载模式和过载情况下的控制性能进行了仿真。仿真结果表明,所提出的MMILC两级式下垂控制策略可以自动平衡不同负载模式下交直流侧配网的功率偏差,过载情况下可以瞬时闭锁,验证了控制策略的正确性和有效性。     

不同调度模式下VSC-MTDC系统的协调控制策略

针对电力系统3种调度模式对直流电网实时的潮流分布要求,在多端柔性直流输电(voltage source converter multiterminal direct current,VSC-MTDC)系统中设计了相应的协调控制策略,通过改变下垂系数的值和切换控制模式,以满足直流电网中的潮流分布。为避免控制模式的频繁切换,在受端换流站控制器中加入了滞环比较器。通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建的四端柔性直流输电系统,对直流电网处在不同的调度模式下分别进行仿真,结果表明,与定下垂系数的控制方式相比,该协调控制策略可以满足电力系统调度对潮流实时的分布要求,直流电网的输电灵活性得到提高。     

含直流电压二次调节的VSC-MTDC互联系统频率稳定控制

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)可用于在多个异步互联的交流电网之间提供灵活受控的功率支援。实现上述功能的众多方法中,在下垂控制的基础上附加频率调节是一种典型的方法,由于其不依赖于站间通信,在灵活性和可靠性上均有突出的优势。然而,这种方法存在直流电压偏离额定值、严重时可能影响多端直流(MTDC)系统正常运行的不足。提出一种含直流电压二次调节的频率稳定控制策略,可以在保证频率调节效果的基础上,缓慢调整直流电压直至恢复额定值,提高了MTDC系统运行的稳定性。通过一个三端柔性直流系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略

针对新能源并网的多端柔性直流（voltage source converter multi-terminal direct current,VSC-MTDC）输电系统中各换流站之间功率协调控制的问题,提出一种适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略。该策略将主从控制与下垂控制相结合,通过多个换流站分担采用定直流电压控制的主换流站有功功率的方式,使主换流站不易达到满载,协调了多个换流站的有功功率容量,尤其适用于新能源并网时出力的频繁性与间歇性变化;当主换流站满载或退出运行时,其余不平衡功率由采用自适应下垂控制的换流站承担,自适应下垂控制根据换流站的功率裕度将系统中的不平衡功率进行合理分配。考虑多个换流站间直流电压存在误差,通过对直流电压极限值进行调节,可以最大限度地利用换流站的有功功率容量,维持直流电压稳定。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

连接低惯量系统的VSC-MTDC的自适应下垂控制

对于连接低惯量交流系统的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统,当系统发生大扰动时会造成频率变化,为了给交流系统提供虚拟惯量,在换流器控制系统中加入P-?下垂控制;为了进一步抑制频率波动,设计VSC-MTDC系统的自适应下垂控制,可以在更大程度上利用换流器容量,快速调节有功平衡,减小直流电压波动。在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立三端模型,对比分析主从控制、下垂控制和自适应下垂控制对交流系统频率和直流电压的影响。仿真结果表明,加入了P-?下垂控制可以有效抑制交流系统频率变化,采用自适应下垂控制可以增强抑制的效果,减小直流电压波动,提高系统稳定性。     

一种VSC-MTDC系统的综合协调控制策略

针对直流网络中功率不同程度的缺额提出了一种综合协调控制策略,在设计下垂控制运行特性曲线时综合考虑直流线路电阻上的压降和换流站的功率裕度,并在送端定有功功率换流站中增加下垂控制,避免换流站退出运行或者功率缺额过大导致直流电压失稳的情况。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了5端柔性直流输电系统模型,并进行仿真验证。所提出的综合协调控制策略在直流网络出现不平衡功率时,不仅能使直流网络中的潮流最优化,而且直流电压具有很强的刚性,同时也增加了多端柔性直流输电(voltage source converter multi-terminal direct current,VSCM TDC)系统的运行稳定性。     

真双极多端柔性直流输电系统多目标协同控制策略

目前,基于电压源型换流器的多端柔性直流输电（VSC-MTDC）技术已得到广泛应用。真双极VSC-MTDC换流站中正、负极换流器具有可独立控制的特点,为进一步提升真双极VSC-MTDC系统的控制灵活性,首先对同一换流站中正负极独立换流器分别采用不同控制策略的可行性及存在的交互影响进行了理论分析,进一步提出了真双极VSC-MTDC的多目标协同控制策略。同一换流站的正、负极独立换流器分别采取不同的控制策略,并针对系统不同运行工况,通过相应的极间协同控制策略,同时实现了对交流电压控制稳定性和双极直流电网有功功率消纳能力的提升。基于PSCAD/EMTDC搭建真双极VSC-MTDC仿真系统,验证了各种运行工况下所提控制策略的适用性和有效性。     

含海上风电场的VSC-MTDC系统参与电网调频的顺序控制方法

在含海上风电场的基于电压源换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电系统中,为提高陆上电网的频率响应能力,传统附加频率控制策略会同时启动系统中的电压源换流器(VSC)来参与频率调节,这导致频繁的小扰动下,海上风电场中的风机总是偏离其最大功率点跟踪状态。为此,文中提出了一种无需通信的场网联合顺序控制方法。该方法可通过直流电压和频率阈值的判断,按照陆上电网电源到网侧VSC再到场侧VSC的顺序逐次启动系统中的调频设备,仅当扰动较大使直流电压超过阈值时,风机才参与陆上电网频率调节。与"同时"控制相比,该控制方法可显著降低频率调节对风机运行状态的影响。最后,通过一个含海上风电场的四端VSC-MTDC系统验证了所提控制方法的有效性。