基于RTDS的海上风电柔性直流输电控制研究

为增强系统功率响应能力,提高频率稳定性,提出一种将系统频率变化同时纳入风场和离岸换流站有功功率控制中的协调控制策略。基于该控制策略,在RTDS中搭建风场经柔性直流输电系统接入电网的模型,通过对系统负荷降低、负荷增加、风场功率跌落以及风场功率增加4种不同工况的仿真,验证了该策略能提高功率响应,保持风场与柔性直流系统功率平衡,维持系统频率稳定的能力。     

含柔性直流电网紧急频率协调控制策略

基于常规直流功率提升的紧急频率控制需消耗大量无功功率,导致电网电压稳定性下降。柔性直流输电具有有功、无功解耦、可动态提供无功支撑等优势,在此基础上分析了提升直流输电功率实现电网发生功率缺额时频率控制原理。提出一种基于柔性直流输电技术与常规直流输电技术的紧急频率协调控制策略,以频率控制对系统电压稳定性负面影响最小为目标,计及近区电网交流断面潮流安全约束,建立线性优化模型求解得到系统有功缺额下各直流功率紧急提升量。对华东电网某实际算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

青藏柔性直流输电系统控制策略仿真研究

青藏联网工程是传统直流输电,其换流器只有一个控制自由度,不能独立调节有功和无功,当系统的稳定性受到影响时,对无功功率和有功功率的调节效果不能做到优化调节。为此,提出基于功率解耦的青藏柔性直流输电系统控制策略,并在PSCAD/EMTDC中搭建了真双极的青藏柔性直流输电系统模型,对潮流翻转、直流电压阶跃、交流电压阶跃、有功功率阶跃等典型工况进行了仿真研究。结果表明,基于功率解耦的青藏柔性直流输电系统控制策略在实际工程中具有一定的适用性。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略EI北大核心CSCD

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于PSS/E的柔性直流输电系统仿真计算研究

柔性直流输电系统作为新一代直流输电技术,其控制策略及暂态过程复杂,仿真计算模型一直处于不完善的状态。以大连柔性直流输电工程为例,采用基于PSS/E模型自定义功能开发的新型柔性直流输电模型,分析柔性直流输电系统的运行特点及其对传统电网的影响,探讨直流电压裕度控制、直流电压下垂控制、紧急有功功率提升/反转控制等的适用场合,提出了柔性直流有功功率支援应在两端换流站交流母线电压恢复正常水平后启动,及有功功率指令值提升速度与定直流电压侧换流站交流母线电压恢复速度相适应的两种改善柔性直流输电有功功率支援暂态过程的控制方法。     

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。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

多电平柔性直流输电在风电接入中的应用

大规模风电的发展和集中接入对输电技术提出了更高的要求,为此,基于d-q矢量定向直接电流控制,提出了一种柔性直流输电(VSC-HVDC)的有功功率控制策略,使柔性直流输电系统能实时调整输送功率的大小并保持风电场的稳定。在考虑风速波动和电网故障的情况下,对柔性直流输电和交流输电2种接入方式进行了分析比较。在PSCAD/EMTDC软件下对所提出的控制方法和2种接入方式进行建模和仿真。结果表明:当风速发生波动时,柔性直流输电两端公共连接点处的电压和受端直流电压都能控制在参考值上,输电功率与风电出力一致,送端直流电压随功率的波动而变化。与交流输电相比,柔性直流输电能将风电场电压更有效地控制在参考值上,发生故障时能有效稳定风电场的电压与频率。     

含柔性直流输电的交直流并列系统有功潮流优化方法

基于电压源换流器的高压直流输电技术,即柔性直流输电技术是近年来高压直流输电研究和应用的热点。但含柔性直流输电的交直流并列系统会使得电网的潮流分布更趋复杂。由于柔性直流输电系统能够实现有功无功的独立控制,对其有功功率指令值的分析有利于提高交直流并列系统的功率输送效率和效益。然而,目前电力调度中,该有功功率指令值的制定缺乏依据,为此提出了一种计及多目标的有功潮流优化方法。通过计及多个目标的约束,建立了相应的目标函数,利用模糊理论,给各个目标函数指定隶属函数,最终求解多目标优化函数得到交直流并列系统的有功潮流分配优化值。最后通过算例验证了所提方法的可行性。相比当前常常依据运行方式和运行经验笼统地制定有功功率指令值的做法,所提的多目标优化方法给出的指令值既能降低电网损耗,又保证了电网运行的安全稳定性。     

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)，具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力，能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型，该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分，具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入，VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出，通过对系统频率响应的辨识，得到了两者间的开环传递函数。在此基础上，利用极点配置技术，设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明，配备该阻尼控制器的VSC- HVDC能有效地抑制系统低频振荡，增加系统阻尼。     

改善异步分区电网频率稳定性的VSC-HVDC控制策略

为了缓解同步换相失败问题,广东电网规划采用基于电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的电网分区技术,将东、西2个电网异步相连。但在分区后,电网的调频容量变小,频率稳定性变差,此时VSC-HVDC系统有必要参与分区系统的频率控制。设计了一种VSC-HVDC输电系统的频率控制策略:VSC换流站的d轴频率控制策略使得VSC换流站自动调节自身输出的有功功率;q轴辅助频率控制进一步稳定系统频率。使用PSS/E在广东电网中进行仿真分析,结果表明所提出的VSC频率控制策略有效提升了分区电网的频率稳定性。     

基于VSC-HVDC有功支援和自适应低频减载的 区域电网频率控制

相比采用交流线路连接,当区域电网采用柔性直流输电(VSC-HVDC)连接时,主网不主动响应区域电网频率变化,降低了区域电网调频能力。提出基于VSC-HVDC有功支援和自适应低频减载的区域电网控制算法。当区域电网频率跌落时,利用增量法估计有功功率缺额。在保证主网频率安全的前提下,通过VSC-HVDC向区域电网提供有功支援。然后根据区域电网频率跌落幅度,确定是否进行低频减载,设计了自适应低频减载算法。仿真结果表明,所提出的频率控制算法能有效维持区域电网频率稳定,减少低频减载量。     

带频率-电压死区的VSC-HVDC系统一次调频控制策略

为使基于电压源型换流器的柔性直流(VSC-HVDC)互联系统中的新能源端整体参与交流电网的频率调整,提出一种带频率-电压死区的换流站端有功控制策略。该控制策略利用频率-电压死区限值,通过VSC-HVDC输出功率的实时控制,在系统侧交流电网发生频率变化时,风机转子的动能储备短时内增加或减少有功输出,使风机转速下降或增高,通过增加或减少风机转子中的动能储备来缓解交流系统端的不平衡有功功率,通过VSCHVDC互联系统作出频率响应参与调频。最后,利用PSCAD/EMTDC对该控制策略进行仿真验证,结果表明所提策略提高了含新能源接入的两端VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法

提出一种柔性直流输电系统的自适应下垂反馈控制方法,通过利用柔性直流(VSC-HVDC)的灵活可控性为弱交流电网的频率和电压提供辅助支撑能力。首先,分析了柔性直流控制系统的工作原理,建立了VSC双环解耦控制的数学模型;在此基础上,提出了一种改进的双环PI解耦控制系统,分别设计了带有频率附加控制的有功功率控制器和带有电压附加控制的无功功率控制器,能够有效改善弱交流系统频率和电压的稳定性;采用了带功率偏差补偿的下垂反馈控制,改善了系统的动态响应,扩大了柔性直流的稳定运行范围。时域仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制技术

区域小电网同时通过交流及柔性直流输电通道与其他大电网连接的互联电网,当交流输电通道故障导致区域小电网孤岛时,柔性直流系统的定有功功率控制方式限制了大电网对孤岛的支援能力。根据柔性直流系统具有潮流控制快速可靠的特点,设计了一种基于离线计算与在线判断相结合的柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制方案。首先,通过离线策略初步确定功率缺额,随后根据在线频率变化率判定采取粗调或精调的实际控制措施,用于粗调的离线计算结果使得在线判断时计算量小、采样少,动作快速;用于精调的频率限制控制器(frequency limit controller,FLC)可以实现无差调节,能够对粗调结果进行补充,增强可靠性,并能与区域电网的切机(负荷)措施紧密配合。仿真结果表明,所提的故障孤岛频率快速控制方案能够有效解决孤岛系统频率稳定问题。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

电压源换流器直流输电提高系统频率和电压稳定

将基于电压源换流器高压直流输电系统（VSC—HVDC）引入到交流系统中,建立了含有VSC—HVDC的电力系统的仿真模型,导出了相应的数学模型,利用VSC—HVDC能同时对有功功率和无功功率进行快速控制的特点来提高系统频率和电压稳定性。利用仿真软件进行了仿真,结果表明在负荷恢复时采用VSC—HVDC与发电机协调控制比传统调频调压方法更有利于提高电网的恢复速度和稳定性。     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

大规模新能源经张北柔直孤岛送出的虚拟频率研究

大规模新能源经柔性直流送出为解决新能源并网消纳提供了一种新的思路,但是在不加任何附加控制的情况下,新能源的有功波动会经过柔直全部传递到受端电网。为了解决新能源经柔直并网的有功波动问题,文中针对张家口地区的大规模新能源发电经张北柔直换流站孤岛送出系统的风电运行数据进行分析,得出该地的风电短时波动特性。同时在孤岛换流站的电压-频率(VF)控制基础上,设计换流站虚拟频率控制策略,与新能源发电一次调频(PFR)控制一起实现孤岛换流站的功率波动自主抑制功能。最后搭建大规模风电经单端柔性直流孤岛送出系统仿真平台,仿真结果证明,在风机运行状态正常的前提下设计的虚拟频率及一次调频控制方案可以,较好地实现孤岛换流站功率波动抑制。