基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

直流配电系统潮流可行解与电压稳定性分析方法

基于柔性直流技术的直流配电系统是未来智能电网的发展趋势,为直流负荷及直流型分布式电源的灵活接入提供了良好的条件,但对直流配电系统的电压稳定性也提出了更高的要求。从系统级稳定性角度考虑,通过巴拿赫不动点定理证明了直流配电系统潮流解的存在性与唯一性,并基于潮流可行解提出了电压稳定的分析方法,可快速评估直流配电系统接入负荷后的稳定性,避免了复杂的连续潮流计算。最后通过算例测试验证了该方法的有效性和正确性。     

考虑不同接线方式的多电压等级直流配电网潮流计算方法

直流配电网潮流分析是直流配电系统设计、运行、维护的基础。传统直流潮流计算方法无法满足控制方式更加灵活、运行方式更加多样、负荷类型更加丰富的多电压等级直流电网的潮流计算需求。为此,提出了在不同接线方式下的多电压等级直流配电网潮流算法,首先考虑AC/DC换流器以及DC/DC直流变换器多种控制方式,建立了统一的潮流控制方程。其次研究了AC/DC换流器及DC/DC直流变换器在不同接线方式下的潮流计算模型并重点分析了不同类型直流负荷在真双极、伪双极网络中的潮流方程的构建方法,进而给出了不平衡网络潮流方程的求解步骤与方法。最后以国家重点研发计划苏州两端电压源变换器(voltage source converter,VSC)多电压等级直流配电网示范工程为算例,验证在不同控制方式下文中所提的多电压等级直流潮流算法的有效性。     

向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究

通过分析dq0坐标系下电压源换流器(VSC)模型,获知基于VSC的高压直流输电系统(VSC-HVDC)中有功和无功功率可以分别由d轴电流分量和q轴电流分量独立控制的结论,并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器.在建立VSC-HVDC向无源网络输电的Matlab仿真模型的基础上,对定直流电压、定无功功率、定交流电压等控制方式进行了仿真分析.仿真结果表明,建立的VSC-HVDC系统能较好地向无源网络供电,且控制方式灵活、简便,在传输有功功率的同时VSC还可以吞吐无功功率.     

含电压源型换流器直流电网的交直流网络潮流交替迭代方法

随着电压源型换流器(VSC)及基于VSC的并联型直流电网的不断发展,未来电网会形成含VSC的多直流母线、多直流联络线和多直流负荷的交直流网络。文中分析了VSC的稳态模型及其控制方式,详细推导了含VSC直流电网的交直流网络稳态潮流模型,研究了不同控制方式直流电网的潮流求解方法。在此基础上提出了一种通用交直流网络潮流交替迭代方法,该算法根据VSC换流站的不同控制方式在交流侧和直流侧解耦等效,先进行直流电网潮流迭代,后进行交流电网潮流迭代,二者交替计算直至直流电网、换流站和交流电网全部收敛。算法适用于不同的直流电网控制方式且考虑了直流变量约束条件和运行方式的合理调整。最后在改进的IEEE 57节点交直流电网上,验证了所提出的交替迭代方法的有效性和准确性。     

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。     

交流/混合多端直流混联系统最临近静态电压失稳点的求取

为了分析电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)结合而成的交流/混合多端直流混联系统的静态电压稳定性,给出了一种寻找最临近电压失稳点的方法。采用改进连续潮流法,从系统初始运行点出发,计及联结变压器电压比的调节和换流器控制方式的转变,根据最短路径原理不断修正负荷增长方向,并且采用自适应负荷增长方向的步长控制策略逐渐逼近最危险负荷增长方向,最终确定混联系统的最临近电压失稳点和最小负荷裕度。对基于IEEE14节点的交流/混合三端直流混联系统进行了仿真分析。仿真结果表明该方法是有效可行的,最临近电压失稳点能够准确反映混联系统的电压失稳情况。     

直流配电系统潮流解的存在性分析

直流配电系统的输电能力受网络拓扑、线路阻抗以及电压等级的限制,当负载需求超过配电网的最大输电功率时,系统将失去平衡点,从而导致电压坍塌。因此,研究潮流解的存在性对保证直流配电系统稳定可靠运行至关重要。该文建立了直流配电系统潮流数学模型,通过闭区间套定理求得了系统存在潮流可行解的充分条件,基于极限的唯一性证明了潮流可行解的唯一性,并提出了一种大范围收敛的潮流解迭代算法,为直流配电系统稳定性研究提供了新的有效途径。另外,该文得到了解析的和基于数值型的平衡点存在性条件。根据解析条件可快速地评估负载接入和电压突变后系统的潮流可行解存在性,大幅度减少了计算量;根据数值型条件可更为准确计算潮流可行解存在的负载上限,降低了存在性条件的保守性。通过算例验证了所得结论的正确性以及所提潮流解迭代算法的有效性。     

多端VSC-HVDC系统交直流潮流计算

电压源换流器VSC(Voltage Sourced Converter)与传统高压直流输电(HVDC)换流器在物理模型和工作原理上有本质区别．因此传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC构成的多端直流输电系统VSC—MTDC(VSC Multi—Terminal HVDC)中直接使用。首先描述了MTDC潮流计算的数学模型。随后在综合VSC工作原理及控制方式的基础上,推导了适用于VSC—MTDC潮流计算的VSC数学模型。进而由换流器控制量M(调制度)和6(PWM相位角)的不同组合,列出了4种运行控制方案。并针对每种控制方案给出了其交直流潮流交替求解的接151方程。最后以一含3个VSC的系统为例,对其中1个VSC的不同运行控制方案进行潮流分析,结果表明采用交替算法的潮流算法交直流接口简单清晰、程序编写方便且通用性好。     

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。     

电压源换流器式高压直流输电的动态建模与暂态仿真

基于节点电流注入法建立了交直流统一基准值下的电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的详细动态模型.该模型包括电压源换流器模型、直流系统内部动态模型以及控制系统三个部分,具有一般性.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD)对VSC-HVDC交、直流并联输电系统进行的暂态仿真分析验证了VSCHVDC动态模型的正确性.仿真结果还表明,VSC-HVDC的直流侧电容以及换流变压器漏抗的大小对抑制功角振荡无明显效果;两端VSC采用定交流电压控制方式时系统具有较好的电压稳定性,但在这种控制方式下,在系统受扰期间VSC的过载程度较两端定无功功率控制方式下更为严重.     

多端直流输电接入下的交直流混联系统电压稳定性研究综述

电流源型(voltage source converter,CSC)直流输电在远距离大功率输电方面技术成熟、经济性好,有利于跨区域电力资源优化配置;电压源型(voltage source converter,VSC)直流输电可控性好,适合大规模风电接入、弱区域互联、孤岛电力传输等场合。多端直流输电技术为多能源中心多负荷中心以及分布式风电等可再生能源的接入奠定了技术支持。CSC和VSC的换流器结构和控制策略不同,基于这2种类型换流器技术的多端直流输电稳态分析、暂态分析、优化控制等成为多端直流输电技术发展的重要研究课题。对国内外多端直流输电的应用背景进行了简介,对直流电网的拓扑结构、多端直流的潮流分析、暂态控制策略、换相失败以及交直流混联系统的电压稳定评估方法等技术进行了分析和总结,并对提高交直流混联系统电压稳定性的优化方法和紧急控制策略进行了分析,最后对多端直流输电技术的发展趋势、关键技术进行了讨论,对提高交直流电网的安全稳定性应对措施提出了建议。     

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。     

基于暂态数学模型的VSC-HVDC功率控制系统研究

介绍了VSC-HVDC系统的工作原理,在dq_0坐标下建立了VSC-HVDC的暂态数学模型,并且设计了电压源型换流器(VSC)传输功率控制系统。对于一个基于VSC的直流输电系统,为了保持系统有功功率的平衡,需有一端采用定直流电压控制。在此基础上实现了VSC-HVDC系统一端定电压控制、另一端定功率控制的运行方式,并利用仿真软件PSCAD/EMTP对所设计的控制系统进行了验证。结果表明,所设计的控制系统具有优良的控制性能,并且具有一定的暂态稳定性。     

交直流电力系统概率潮流计算

基于概率理论的解析法,提出了包含直流系统的概率潮流模型。以节点注入功率和PV节点电压运行曲线构成系统的多运行方式,并计及节点注入之间的相关性,对交直流电力系统进行概率潮流计算,获得了节点电压及直流系统变量的均值和协方差。由随机变量数字特征的基本性质和交流系统概率潮流计算的原理,在直角坐标系下推导了不同直流控制方式的交直流概率潮流算式。以整流器定电流控制、逆变器定电压控制为例,在改造后的新英格兰39节点系统上计算了节点电压及换流器各角度的均值和标准差,分析结果表明了所提算法的有效性。     

多端柔性直流配电系统主从控制模式下的稳定性与优化控制

多端柔性直流配电系统是配电系统的一个重要发展趋势,其可有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。主要研究了主从控制模式下多端柔性直流配电系统运行时的稳定性问题。建立了基于动态导纳的小扰动稳定分析模型,研究了直流负荷、直流线路参数和多端互联等影响因素变化时系统出现的不稳定现象,提出了基于带通滤波的前馈补偿定直流电压控制方法,并对补偿前、后的系统稳定性进行了分析比较,通过改进的IEEE 33节点配电系统进行时域仿真测试,仿真结果表明了所提方法能够有效地提高系统阻尼与稳定性。     

含直流电源与负荷的交直流系统潮流算法

考虑轻型高压直流输电技术的特点,提出了基于电压源换流器(VSC)的交直流电力系统统一迭代潮流求解算法,分别从交流网络、电压源换流器和直流网络三部分推导了其相应的牛顿-拉夫逊法潮流计算修正方程式。该算法可以进行包含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流计算。修改的WSCC-9节点系统仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。     

基于电压源型换流器的多端直流配电系统降阶小信号模型

含电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流配电系统集成度高,电力电子装置数量较多,这导致系统小信号模型的阶数较高,从而增加了系统稳定性分析及全局控制器设计的难度。鉴于此,提出了一种新型的多端直流(multi terminal DC,MTDC)系统降阶小信号模型。首先,文章对VSC进行了参与因子分析,辨识了与直流电压主导运动模态呈高相关性的状态变量。以此为基础,基于瞬时功率理论推导出一种新型VSC降阶模型。基于该模型,文章建立了多端直流配电系统的降阶小信号模型。最后,文章将所建立的多端直流配电系统降阶模型与传统降阶模型及电磁暂态模型进行了对比分析。结果表明:相对于传统的降阶小信号模型而言,文中所提出的系统模型能够更精确地评估系统的稳定性。     

基于多端VSC技术的一种交直流混合配电网网络结构

分布式电源的快速发展和配电网负荷的变化使得传统辐射型交流配电网面临诸多问题。该文利用多端电压源换流器(voltage source converter,VSC)技术,通过在交流配电网中增加直流环节来构建交流直流混合配电网,提出了交直流混合配电网的网络结构,并对其控制策略进行了理论分析,最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型对其网络结构和控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,通过对换流器进行合理控制,能够有效改善原有交流配电线路的电压分布和负荷承载能力,并且能够对系统潮流进行灵活控制,实现对系统能源的合理分配。另外,交直流混合配电网中的直流环节可以作为未来直流配电网的一部分,从而使传统交流配电网可以平缓过渡到未来可能全面建设的直流配电网。     

基于模糊下垂控制的VSC-HVDC交直流系统潮流计算方法

针对传统下垂控制方式无法根据电压与功率偏差的变化调节下垂控制系数大小的问题,提出了一种运用模糊推理改变下垂控制系数的方法。在分析VSC换流站数学模型与控制策略的基础上,考虑了VSC采用下垂控制策略时交直流节点的控制特性,基于模糊下垂理论确定了VSC-HVDC系统潮流模型的计算流程。并进一步提出了VSC-HVDC系统模糊下垂控制改进潮流算法,实现了对VSC直流侧电压与有功功率偏差的调节。最后通过算例验证了所提模糊下垂控制算法能够减小4～5倍直流系统迭代过程中的功率与电压偏差,具备更强的收敛性与可行性。