交直流系统离散无功优化精确化方法的研究

高压直流输电近年来在大容量电能传输中得到广泛的运用,其在经济性和运行特性方面有着突出的优点,利用交直流混联系统在各区域电网之间互联成为一种重要的输电方式。交直流系统的最优潮流(optimal power flow,OPF)特别是无功优化是系统的一个重要的研究方向,解决无功优化问题中的离散变量的优化问题一直是计算中的一个难点。本文以交直流系统的节点功率平衡方程和直流网络方程为基础,结合无功优化的理论,设计出一种解决离散变量问题的内点算法,以系统网损最小为目标函数进行无功优化计算,通过两个算例,验证了该算法解决交直流系统无功优化中离散变量优化的可行性。     

考虑直流电压交互影响的交直流混联系统无功规划

多馈入直流将对交直流混联系统的安全稳定运行产生重大影响。提出适用于交直流混联系统中直流输电间的系统和平均电压交互影响因子的定量计算方法;提出一种考虑直流输电间电压交互影响的交直流混联系统无功规划方法,上层规划以降低直流系统间电压交互影响为目标,下层规划以降低网损和无功投资成本最小为目标。IEEE 39节点扩展系统的无功规划仿真和分析表明,所提方法对交直流混联系统的电压稳定性具有良好的改善作用。     

交直流系统的动态无功优化

考虑直流输电系统对功率与电压的调节能力,建立了交直流系统的动态无功优化模型。模型的目标函数为交直流电网的全天网损最小,约束包括交直流系统的潮流约束、所有直流变量的控制约束、离散控制变量动态调节次数约束及节点电压的安全约束。模型求解是一个多时段非线性混合整数规划问题。以混合算法为基础,提出了交直流系统的动态无功优化混合智能算法。以PSASP 36节点系统为例,通过仿真计算验证了所建模型和算法的有效性,说明了动态无功优化在交直流输电网络中具有更大的降损潜力。     

含电压源换流器的交直流混联电网无功优化模型

随着厦门柔性直流输电工程的建成投运,福建电网形成了以柔性直流输电通道与交流输电通道环网运行的交直流混联电网。为解决含柔性直流的交直流混联电网的无功优化控制问题,提出了一个含电压源换流器的无功优化模型,并采用分支定界法及原对偶内点法求解。所提模型及求解方法已在福建电网自动电压控制系统中进行了测试,实现了对辖区范围内机组、容抗器、有载调压抽头和电压源换流器等各类无功电压调节策略的在线实时优化计算,取得了较好的测试效果。     

异步联网的交直流输电网损在线优化方法及其在南方电网的实现

云南电网与南方电网主网将在2016年实现异步联网。云南电网通过多个直流输电系统与南方电网主网相连,南方电网主网内仍然是一个交直流并联的输电网络。随着送电规模的扩大,降低网损已十分必要。目前的交直流电网的降损优化方法,已无法满足异步联网后交直流混联电网的需求。为此文章根据云南电网与主网异步互联之后的网架结构,建立了异步联网下交直流混联电网的网损优化模型,考虑了交直流潮流、送电功率、断面限制等约束,采用拉格朗日乘子法得到优化模型的最优解条件。从异步互联的直流输电通道和主网内交直流并联电网的直流输电通道2个方面,分析最优解条件的物理意义,提出网损最优的等微增率条件。结合已有的潮流分析计算工具,提出适用于大区电网规模的实用计算方法。选择南方电网2016年算例分析了直流功率调整对潮流和网损的影响,并进行了网损优化计算。计算结果表明,通过调整直流输送功率,在保持送电功率不变的条件下,可以有效降低系统网损。     

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。     

多端柔性直流输电系统有功优化分配

多端柔性直流输电系统有功优化分配对交直流系统运行的经济性有很大的影响。建立了一种多端柔性直流输电系统日前优化调度模型,以一天交直流系统总网损最小为优化目标,考虑电压源换流站功率调节范围、调节次数、功率状态的最小持续时间限制和静态安全约束,最后应用遗传算法求解模型。通过IEEE 39节点系统进行验证,优化所得多端柔性直流输电系统有功功率计划曲线,可以有效降低交直流系统总网损,提升系统运行的经济性,同时保证系统运行的安全性。     

混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制

随着高压直流输电的发展,柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线,形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性,减小常规直流换相失败概率,并保持交直流混联系统电压安全稳定,文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先,对混合多馈入交直流系统进行建模,并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次,构建两级协调电压控制,系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标;换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案,针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率,避免其发生控制冲突,设计两级协调策略。最后,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。     

直流整流站动态无功特性解析及优化措施

受过渡期送端交流网架结构薄弱支撑能力不足、配套电源建设滞后导致局部功率大量汇集,以及强直弱交型混联电网稳定瓶颈约束等因素影响,大扰动后直流整流站动态无功特性将会显著影响交流电压和直流功率恢复,进而影响混联电网受扰稳定特性。因此,提高直流机电暂态仿真精准性,提升交直流混联电网特性认知能力,以及优化直流控制参数缓解扰动冲击,是具有重要现实意义的课题。解析了整流器和整流站的动态无功非线性轨迹特征,并分析了低压限流启动值、定功率环节测量时间常数以及整流器控制方式对动态无功轨迹的影响。华北与华中特高压交直流混联电网仿真结果表明,正确设置直流仿真参数对精准评价混联电网动态行为特性具有重要意义;验证了直流控制器参数优化缓解故障对跨区互联电网冲击的作用。     

交直流混联系统节点网损微增率算法

交直流混联系统的网损问题和传统交流系统的有很大不同。交流系统主要通过配置无功来降低网损,而直流系统主要通过调节直流有功功率来降低网损。交直流混联系统的网损问题就变得更加复杂。对增广雅可比矩阵进行修正,将直流系统的有功和无功功率设作和电压相关的交流负荷,与交流系统的网损微增率算法相结合,提出一种能够计及平衡节点的交直流混联系统网损微增率算法。该算法能够直接计算包括平衡节点在内各节点的网损微增率,可以任意选取平衡节点而且计算结果不受影响。在IEEE 9、IEEE 22、IEEE 39节点系统算例计算结果验证了该算法的合理性,并且在计算精度和计算速度方面具有较大的优越性。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

考虑直流潮流控制器的直流电网分析方法

提出了一种含有直流潮流控制器的直流电网分析方法,考虑了直流潮流控制器以及换流站的控制对直流潮流的影响。通过理论计算,分析了直流潮流控制器对潮流控制的灵敏性,研究了其对直流电网潮流布局产生的影响。利用PSCAD/EM TDC仿真软件搭建了CIGRE B4-58直流测试系统,证明了所提分析方法的正确性。     

轨道交通的直流供电系统

轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。叙述了轨道交通用直流供电系统的基本原理,简要介绍了直流供电系统的关键电器设备,如整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。     

直流电网中潮流控制器电路拓扑比较

构建直流电网能有效解决大规模新能源电力的可靠接入,弥补现有交流电网的不足。如何有效控制直流电网内线路潮流是构建直流电网时不可回避的问题。随着直流电网中节点数的增加和网络结构的复杂化,仅靠换流站控制将无法实现整个直流电网潮流的优化分配及有效控制。在直流电网中引入潮流控制器可有效达到控制潮流的目的。文中对现有直流潮流控制器电路拓扑进行了详细比较分析,指出了各类直流潮流控制器的优缺点及应用场合,在此基础上,提出一种新型线间直流潮流控制器。随后分别从4类直流潮流控制器中选出一种,在一个五端直流电网仿真模型中分别进行仿真研究,验证了各类直流潮流控制器的特性。最后,指出了直流潮流控制器技术未来的研究方向和需要解决的问题。     

计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好。     

直流网络功率特性与直流有源电力滤波器的研究

在分析直流网络中瞬时功率、平均功率以及功率因数等概念基础上,提出直流网络有源电力滤波器(DC-APF)概念,包括并联型、串联型和串并联型。提出和分析了两类DC-APF的电路拓扑和工作原理:补偿谐波电流或无功电流的通用型和跟随直流电压的校正型。针对校正型中的双桥半控DC-APF,利用Matlab/Simulink进行较为全面的仿真分析,所得结果验证了DC-APF电路拓扑和工作原理的正确性和可行性。     

复合电源用双向DC/DC变换器的选型与设计

为了实现复合电源中超级电容器与蓄电池的有机匹配,改善蓄电池的性能和延长其使用寿命,本文提出了一种新型的具有升降压功能的双向DC/DC变换器,使复合电源系统在对外充放电过程中,超级电容器与蓄电池的功率按电池"最佳"工作状态进行分配。通过分析论证和实际电路测试,双向DC/DC变换器能够满足超级电容器与蓄电池的良好匹配,实现了复合电源系统的稳定工作。     

低压直流供电技术研究综述

随着电力电子技术的发展,直流供电技术呈现出技术和经济优势,在能源变革背景下具有很好的发展前景。本文首先对低压直流供电的发展情况和电压等级序列等进行了论述,随后总结分析了直流配电网协调控制、配网保护和电能质量控制等关键技术以及关键设备的研制情况,最后整理了国内外直流供电技术研究与工程应用情况,其中苏州工业园区主动配电网应用示范区是城市能源变革的重要探索。     

直流电网潮流控制方法述评

直流电网是未来电网的重要组成部分。直流电网的潮流分布与潮流控制不仅关系着电力资源的配置方式,还与系统运行的安全稳定程度密切相关,是需要首先考虑的问题。文中结合直流输电技术的发展现状,对直流电网的电压控制方法和电流控制方法进行了分类和整理,明确了各种控制方法的优缺点和适用范围,为未来直流电网的潮流控制提供了思路。在电压控制方面,分别阐述了定电压控制方式、直流电压偏差控制方式,以及直流电压下垂控制方式的设计思路和实现方法,总结了各种电压控制设计的优缺点;在电流控制方面,分别阐述了电阻型、电流源型,以及电压源型直流电网潮流控制装置在拓扑结构和控制器设计上的不同,总结了各自的特点。     

110kV变电站直流系统剖析

直流电源系统是变电站内部多数二次设备所需能量的来源,通过对旧有直流系统的改造能有效提高直流电源供应的可靠性和稳定性。讨论了直流电源的发展及其主接线方式,指出了其各自的特点和优势。对站内三种不同的直流负载及其电源设备作了分析和探讨,围绕供电的可靠性讨论了它们的工作方式及其转换关系。对站内直流系统之间的联系情况作了分析,探讨了直流系统发展趋势,同时针对现有直流系统存在的不足提出了一些改进意见。