新型直流电网潮流控制器及其控制方法

直流潮流控制器能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决直流电网部分线路潮流不可控问题。针对现有直流潮流控制器应用场合的局限性,基于电容线间能量交换的思路,提出一种新型直流潮流控制器拓扑,并对其工作原理和运行特性进行了深入研究。基于新型潮流控制器的多种运行状态,设计了基于脉宽调制(PWM)的控制策略,并以其中一种运行状态为例,研究了各状态变量之间的关系。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建等效三端直流环网模型,验证了所提出的直流电网潮流控制器拓扑方案与控制策略的可行性与有效性。     

适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制技术,在分析已有直流潮流控制技术基础上,文中提出了一种适用于多端柔性直流输电系统的线间直流潮流控制器,其具有结构简单、所需元器件少以及无需外部电源等优点。对一个包含该线间直流潮流控制器的三端环网式直流输电系统进行研究,分析了该控制器的工作原理及运行特性。在PSCAD/EMTDC中搭建了该系统的仿真模型,对其进行稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该线间直流潮流控制器在多种工况下都可以有效地实现直流潮流控制,并保持良好的稳定性。     

含多线路直流潮流控制器的多端直流环网非瞬时断路故障特征及控制保护策略

随着多端直流输电(multi-terminal HVDC,MTDC)技术的快速发展,直流网络换流站间的互联度进一步提升,已逐步形成环网(meshed MTDC,M²TDC)拓扑。环网中某条线路发生断路故障,必然引起网络控制自由度(degree of freedom,DF)减小,针对含多线路直流潮流控制器(current flow controller,CFC)的M²TDC发生不同位置非瞬时断路故障下的故障特征进行研究,主要有3个贡献:1)发生近端故障时,提出CFC控制度切换策略,快速切除故障线路上的子模块(sub-module,SM),使之退出运行;2)当负责CFC电容电压稳定控制的SM所在线路发生近端故障时,提出基于SM控制量切换控制的电容电压稳定控制方法,保证CFC的正常工作;3)发生远端故障时,分析故障特征和CFC保护动作必要性,基于线路潮流的控制优先级,旁路控制对应的SM,使CFC控制度与M²TDC的DF相匹,保证M²TDC线路潮流的稳定控制。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立含4线路CFC的5端直流环网(MT₅DC),当不同位置发生非瞬时断路故障时,评估不同SM退出运行对系统运行性能的影响,仿真结果验证了所提出的控制保护策略可大幅提升CFC的控制灵活性和发生近/远端故障下的控制保护能力,保证发生不同断路故障时,CFC保持稳定运行的能力,提升M²TDC发生非瞬时断路故障时的潮流可控性。     

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。     

直流电流潮流控制器分步选址与多目标优化定容方法

电流潮流控制器(DC current flow controller,DC CFC)具备直接控制特定线路电流的能力,且能够实现不同线路间功率的定向和定量交互,提高直流电网线路利用效率.为了最大化DC CFC的潮流调节能力,DC CFC的稳态建模及其选址定容问题亟待解决.针对一种新型电流潮流控制器,分析其拓扑结构、工作原理及外特性;提出基于直流线路潮流性能指标和换流站直流输出电压性能指标的综合安全指标,用于系统运行状态评估;根据系统运行状态评估结果,结合DC CFC选址原则,提出DC CFC两阶段分步选址方案;对DC CFC安装容量的经济性指标及电网安全性指标进行综合评估,提出一种DC CFC多目标优化定容策略,该策略可同时兼顾电网运行的安全性与经济性;最后,通过仿真算例校验所提方法的有效性与准确性.     

新型线间直流潮流控制器

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。     

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。     

直流电网潮流控制与短路控制复合装置

随着高压直流输电的发展和直流电网结构的日益复杂,直流系统的潮流调节和短路故障问题日益突出。基于多端柔性直流输电系统的潮流控制和短路故障抑制技术,文中提出了一种用于直流电网的兼具直流潮流控制和短路故障切除的多功能复用装置。该装置不仅能实现潮流在线路之间的灵活控制,而且能够实现对故障电流上升速率的限制和对短路故障的切除。对一个加装了该复合装置的三端直流环网进行研究,分析该复合装置的工作原理、控制策略及运行特性。最后,在PLECS软件中搭建了仿真模型,验证了该装置及其控制策略的可行性和有效性。     

计及潮流转移特性的直流潮流控制器优化配置

直流电网的潮流可控支路数遵循N−1原则,在线路上安装直流潮流控制器可提升直流电网的潮流控制自由度。现有关于直流潮流控制器配置的研究都只关注其稳态特性,考虑到直流系统发生断线故障可能导致线路过载,从潮流转移的角度提出一种新的直流潮流控制器配置方法。建立安装直流潮流控制器后的直流电网数学模型,应用灵敏度分析结合潮流分布情况确定直流潮流控制器安装位置,提出直流系统潮流转移熵,结合直流系统加权潮流熵对直流潮流控制器进行优化。仿真结果显示,在不同运行方式下,采用所提方法进行优化不仅能改善潮流分布,还能优化直流线路的潮流转移特性,且N−1故障后重载线路的平均负载率明显降低,验证了所提方法的有效性。     

直流潮流控制器对多端直流系统的运行网损分析

直流潮流控制器可有效增强复杂直流系统中的潮流可控性,对直流电网运行网损具有一定的调节能力。为统一描述和比较各类直流潮流控制器的外特性,建立了基于等效变比M的外特性模型。首先以三端环网直流系统场景为例,结合上述变比模型,合理分析并比较不同直流潮流控制器对该直流系统运行损耗的影响。分析表明,通过对直流潮流控制器合理选型并设定优化控制目标,单个直流潮流控制器和多个直流潮流控制器分别可使系统运行损耗最多降低0.000 2%和1.81%。并针对一个四端直流输电系统场景,建立反应特定三线间直流潮流控制器对系统运行网损影响的定量模型,该场景下网损最大降幅为3.35%。最后,针对具体的两个典型场景在PLECS环境下搭建仿真模型,验证了上述模型的有效性和稳定性。     

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。     

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。     

钒液流储能变流器双向DC/DC四阶段控制策略

针对储能系统中钒电池端电压及充放电控制模式变换对钒电池安全运行的影响。以钒电池的端电压和荷电状态值为充放电约束条件,提出首次充电时采用小电流充电法激活电池,然后采用恒电流、恒功率、恒压和涓流4种控制策略分阶段对钒电池进行充放电。经仿真及5 kW钒液流储能系统实验,该控制策略减小了钒电池端电压及充放电控制模式变换对钒电池安全运行的影响,验证了所提双向DC/DC四阶段控制策略的可行性。     

双向升压直流变换器型逆变器研究

分析研究了双向升压直流变换器型逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则,并给出了原理实验结果.该逆变器由两个输出反相的低频正弦脉动直流电压的双向功率流升压直流变换器以差动电路构成.理论分析和实验结果表明,该种逆变器具有电路拓扑简洁、双向功率传递、可升压等优点.     

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。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

具备双自由度控制能力的三线间直流潮流控制器

在复杂直流电网系统中，直流线路数目的不断增长给潮流控制技术带来了新的挑战。为提高系统灵活性和可控性，满足多目标潮流调控需求，需要寻求多控制自由度的新型直流潮流控制器。通过对潮流控制能力进行建模和量化分析，发现三线间直流潮流控制器具备双控制自由度的潜力。在此基础上，提出了一种新型三线间直流潮流控制器拓扑，设计了工作原理和双目标控制策略，从而实现双自由度潮流控制。仿真案例结果均有效验证了所提出的新型潮流控制器各类潮流控制特性。     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。