含电压源换流器的交直流混合电网潮流统一表达与可行解求取

通常计算含电压源换流器(voltage source converter,VSC)的并联型直流电网与交流电网共同组成的交直流混合电力系统的潮流,按照VSC换流站的控制方式列写对应的电网潮流方程,将有多种表达形式,不便于控制方式切换时潮流的统一求解。该文建立任意控制方式下VSC换流站交、直流两侧变量关系的3个统一表达式,控制方式切换仅改变表达式中的某些系数值,使得混合电网的统一潮流表达模型不变,仅其对应的雅克比元素值改变。提出了基于牛拉法的潮流求解算法,发生电源、负荷方式变化后,首先通过调度计划切换换流站控制方式自动获得可行解。若切换后仍无可行解,则采用约束潮流方法修正指令值,最终自动求取可行解。在交直流混合电网进行诸如N-1安全校验潮流计算、连续潮流计算需要控制方式切换时,该文表达和方法将大大提升计算效率。以含7端VSC直流电网的交直流混合电网为算例,验证了表达与求解的高效性和有效性。     

基于能量路由器的交直流混合微网潮流计算

能量路由器是一种具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能的柔性装置,研究以能量路由器为配电枢纽的交直流混合微网潮流计算方法,对实现微网的稳定、优化运行具有重要的意义。本文通过分析建立针对各类控制策略的潮流特性,并考虑不同拓扑结构的损耗因素,建立了基于能量路由器的交直流混合微网的潮流模型;在此基础上依据交直流混合微网结构的划分,给出交流、直流网络及能量路由器的潮流方程,采用牛顿拉夫逊法进行交替迭代求解,最终通过改进的IEEE14节点算例及交直流混合微网算例对所提出的能量路由器潮流模型和算法进行了验证。测试结果表明,本文潮流模型能够合理地反映能量路由器不同控制策略下的稳态运行特性,且潮流算法适用于基于能量路由器的交直流混合微网的潮流计算分析。     

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。     

考虑变换器功率约束和直流电压约束的交直流混合配电网最优潮流计算

电力电子变换器是现代交直流混合配电网关键的电能变换设备,应通过可靠的设计、控制,尤其是优化运行,保证其长期运行的可靠性。基于变换器的灵活可控性,提出了考虑变换器功率约束和直流电压约束的交直流混合配电网最优潮流计算。首先,建立电力电子变换器及交直流混合配电网潮流计算模型。其次,提出分级功率均分的优化策略,并建立考虑可靠性约束的最优潮流目标函数。最后,基于JAYA算法计算得出决策变量的最优解。其中,提出一种雅可比矩阵的处理方法,以提升潮流计算速度、提高算法效率。算例结果表明:该方法能很好地解决含两端、多端、多馈入的交直流混合配电网考虑长期运行可靠性的最优潮流问题。     

基于能源路由器的用户侧能源互联网规划

针对能源系统规划中未充分考虑多个分布式能源系统互联及电/热/冷能流协调运行的现状,研究基于能源路由器的用户侧能源互联网规划方法。梳理了用户侧能源互联网的系统结构,建立各类能量单元的数学模型。以电/热/冷综合加权负荷矩最小为准则,采用Voronoi图、交替定位分配算法及"类内类间距离比最小"判据,提出了能源局域网划分和能源路由器选址方法。基于典型日各区域的时序负荷,以由投资、运行维护、燃料、买卖电和碳税5项成本构成的年费用最低为目标,考虑多能流协同互补和多路由器协调互济,建立0-1混合整数线性规划模型。采用商业软件Cplex求解,实现路由器配置和局域网间网络的同时规划;基于最小生成树实现局域网内供能路径优化,结合简易潮流计算结果和相关导则确定线路容量。算例仿真结果表明:所提出的分区、规划方法具备可行性和有效性;多能互补、多路由器互联能显著降低年费用并缓解多种负荷峰谷时段不匹配等问题;路由器与能源网络同时规划较分阶段规划更经济。     

孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算

交直流混合微电网包含交流子系统、直流子系统及连接2种子系统的互连变换器(interlinking converter,ILC)。针对下垂协调控制策略下孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算,提出基于带新型线性搜索三步LM(three-steps Levenberg Marquardt algorithm with a new line search,NTLM)算法的交替迭代方法。首先分析ILC装置的控制方法,建立其节点潮流模型;结合提出的3种直流节点类型和4种交流节点类型,建立交、直流子系统的统一潮流模型。然后提出NTLM算法求解统一潮流模型,在此基础上,进行交、直流子系统交替迭代潮流计算,得到交直流混合微电网的潮流解。最后,通过改造的孤岛运行交直流混合微电网系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。     

含分布式电源的交直流混合配电网潮流计算

交直流混合配电网的潮流计算具有收敛困难甚至不收敛的现象,通过分析交直流混合配电网拓扑结构,建立了交直流变流器潮流模型,并用交流子网和直流子网分网交替迭代计算求解,可以解决含功率型控制、电压型控制变流器的交直流网络潮流问题。同时,考虑了配电网参数不对称性、分布式电源大量接入等特点,采用经过直流子网改进的IEEE 33节点网络对所提出的算法进行了验证,仿真结果验证了所提出方法的正确性、有效性和高效性。     

基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流算法

电-气综合能源系统(integrated electricity-gas system,IEGS)的最优能量流(optimal energy flow,OEF)计算是其优化规划与运行分析的基础。针对现有电-气综合能源系统最优能量流求解方法存在的数据交互频繁、收敛性差以及难以保证隐私性等问题,提出了一种基于参数线性规划的电-气综合能源系统最优能量流计算方法。首先,建立计及有功网损的电力网络最优直流潮流模型,以及基于二阶锥松弛的天然气网络最优潮流模型。其次,基于参数线性规划理论,建立了电-气耦合功率与电力网络潮流最优解的关联函数。然后,将该关联函数传递至天然气系统中进行联合优化,并返回电-气耦合功率信息至电力系统中求解,分别得到最优能量流的天然气流与电力潮流结果。仿真分析表明所提方法能够通过单次信息交互准确求解最优能量流,同时交互信息量较小且不包含隐私信息,适用于最优能量流的分解式计算。     

基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算

为了准确分析含有分布式可再生能源及具有发-用-储一体化新型柔性负荷的复杂大系统的潮流分布,针对具有离散性、动态性、非线性、多目标性和不确定性等特点的现代城市配电网,给出一种基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算方法。首先,根据PWM调制原理给出电压源转换器(VSC)的稳态潮流模型。然后,通过二进制描述的网络矩阵,建立交直流混合配电网拓扑结构的潮流计算模型。进而,针对不同控制策略修改雅可比矩阵,并基于牛顿拉夫逊法求解潮流模型。最后给出了两个算例,针对该方法与PSCAD仿真的结果进行比较分析,验证了所提的潮流计算模型的正确性、灵活性和收敛性。     

基于改进信赖域算法的孤岛交直流混合微电网潮流计算

交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优点,是未来具有发展前景的一种微电网形式。针对对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网,考虑分布式电源和分布式储能装置不同的控制方式,基于交直流互联变流器标幺化方法的自治运行控制策略,兼顾交流子系统和直流子系统之间的双向功率交换,建立了对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网潮流计算模型。为了提高现有潮流计算方法的收敛性,提出了信赖域半径收敛至0的改进信赖域算法求解上述模型。通过对12节点的孤岛交直流混合微电网的潮流计算,与BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)信赖域算法及牛顿—拉夫逊法进行了对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。     

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router, ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。     

基于通用电能路由器的微电网架构及其控制方法

在中压直流作为电源的交直流混合微电网中,低压公共交直流母线为多变流器的接入提供了稳定电压。微电网通过配置电能路由器,构建低压交直流母线电压,在保障交直流系统故障隔离的前提下,可实现交直流系统功率的双向传输,提升了新能源的消纳,同时还可提高混合微电网的运行可靠性。文中提出基于通用电能路由器单元的低压微电网系统拓扑,设计了电能路由器的端口配置及控制模式,优化了电源与电网的接入,通过多机并联控制策略,有效解决了多电源并联运行稳定性问题,研究了变换器的电压一次调节、二次调节及微电网控制模式快速转换的控制方法,可有效丰富配电网的运行方式,优化光伏、风电等新能源的消纳路径。     

一种交直流混合微网能量路由器及其运行模态分析

为更好协调和控制交直流混合微网间能量传输,提出一种交直流混合微网能量路由器。建立所提出能量路由器数学模型,分析该能量路由器不同工作模态时级联整流级相量关系,并推导各混合运行模态限制性条件。针对该交直流混合微网能量路由器,提出相应控制策略,可实现H桥级联整流电路各级独立在AC-DC、DC-DC、DC-AC运行模式间无缝切换以达到交直流混合微网间能量的统一协调与管理。同时,减少了各微网间电力电子变换器的使用,提高各交直流微网间能量传输效率。仿真与实验结果验证了该交直流混合微网能量路由器电路拓扑的实用性及各运行模态时控制策略的正确性与有效性。     

能源互联网中H桥直流能源路由器的研究

能源互联网是构建在可再生能源发电和分布式储能装置基础上的新型电网结构,也是未来电网发展的新趋势。能源路由器主要任务在于能量的调节及信息的实时传递,是能源互联网的核心部分。文中提出的H桥型直流能源路由器,既可作为各种分布式能源发电装置和负载接入能源互联网的接口,又可实现能量的双向流动及协调控制,具有结构简单、适用范围广、经济成本低等特点,尤其是对直流微电网形式的能源互联网具有更强的适用性。文章首先介绍了能源路由器的国内外发展动态;然后介绍了能源路由器的应用领域及功能特性;接着对H桥型直流能源路由器的工作原理进行分析,并建立了H桥直流能源路由器的PSCAD仿真模型;最后,通过搭建相应实验平台验证了H桥型能源路由器能量的双向流动。     

能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制

多端口能量路由器是整合光伏、储能以及电动汽车充电桩的有效拓扑结构。在不同端口进行能量路由时,涉及多工况运行,无缝工况切换是一大难点。在能源互联网框架下,采用分层控制,使得能量路由器在电网调度、并离网、电动汽车接入切除等工况下都能够协调运行,从而实现工况的无缝切换。微网控制层采用集中式控制,维持各工况下系统整体能量平衡,既能与上层调度层交互,响应调度;也能与下层本地控制层通信,即采样各端口的状态信息,计算储能、充电桩的充放电电流给定值。本地控制层中光伏、电压源型变换器端口采用分布式控制,降低通信带宽;储能、充电桩端口采用所提的基于电流跟踪的新型下垂控制方法,精准传输所需功率,并控制直流母线电压稳定。最后,通过MATLAB仿真验证了所提统一协调控制策略的有效性。     

考虑直流输电的电力系统无功备用优化

目前无功备用研究较少涉及包含直流输电线路的电力系统。提出一种针对交直流混联系统的电力系统无功备用优化模型。基于交直流混联潮流方程,该模型首先利用发电机端电压及无功功率控制灵敏度定义直流输电系统的有效无功备用。以此为目标,在考虑各种系统约束的情况下建立考虑交直流混联的电力系统无功备用优化模型。针对无功备用优化模型耦合两个运行状态而难以准确求解的缺陷,提出一种解耦方法进行求解。对改进IEEE 39节点系统的算例分析结果表明,所提无功备用定义可有效衡量系统的无功电压水平,而所提模型可以有效提高含直流输电线路电力系统的无功备用和电压稳定裕度,保障电力系统的安全稳定性。     

基于储能稳压的交直流混合电能路由器协调控制策略

将交/直/交级联变换器、直流变换器、储能及其变换器通过公共直流母线组合,构成含两个交流端口、三个直流端口的电能路由器拓扑结构。分析典型运行模式并提出储能稳压的交直流混合电能路由器虚拟同步机协调控制策略:在交流单/双端并网模式下,通过储能稳定直流电压,两端交/直、直/交变换器通过虚拟同步机功率外环控制功率流向及大小;在交流双端离网模式下,通过储能稳定直流电压的同时,配合分布式电源为交直流负荷供电。所提策略无需模式切换,降低了控制复杂性,可实现电能路由器各模式下直流电压稳定、就地消纳分布式发电,保证交直流负荷持续稳定供电,还可实现双端并网时电网馈线间的柔性互联、电网故障时潮流转供以及双端离网下的自稳定运行,有效提高了低压配电网的供电可靠性。最后,通过仿真和实验验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。