含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型.设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析.在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性.仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行.     

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型。设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析。在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性。仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行。     

一种基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统协调控制方法

针对基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)中,交流区域的负荷波动导致该区域功率短暂不平衡,造成区域内电网频率波动的问题,首先提出一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)的换流器控制方法。其次,针对在应用VSG策略调频过程中会改变换流站的输出功率,打破直流侧的功率平衡,而导致直流电压偏差过大,当存在线路阻抗时影响尤为明显的问题,将VSG控制与改进下垂控制相结合,形成MMCMTDC系统多站综合协调控制策略。该控制方法不仅可以为交流区域提供频率支持,还能优化直流母线上不平衡功率的分配,提高系统直流电压的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink构建5端MMC-MTDC系统进行仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电技术是近年来新能源集中送出和远距离异步联网较好的解决方案。负荷变化通过直流电网对交流系统产生的频率响应是一个重点研究课题。研究了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统的协调控制策略,通过交流电网的频率下垂控制和MMC换流站的直流电压下垂控制实现瞬时功率的平衡。通过引入换流站附加频率控制策略,使某个换流站交流系统出现负荷-频率变化时其他交流系统可以通过直流电网参与功率和频率调整,并进行理论推导频率响应关系,得出频率响应矩阵。在PSCADX4/EMTDC仿真软件搭建四端直流电网模型进行验证,结果表明控制策略的有效性与频率响应分析的可行性。     

MMC型HVDC-Light双闭环控制的参数设计方法

针对模块化多电平换流器型高压直流输电系统换流站级控制,为实现PI调节器参数的快速、准确调节,在分析模块化多电平换流器型轻型直流输电系统连续数学模型的基础上,引入前馈控制,提出了包含前馈-反馈和稳态逆模型的双闭环控制;并对改进后的双闭环控制系统控制器主要参数的设计方法进行了深入研究,详细推导了参数设计过程;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的控制系统结构及其参数设计方法进行了仿真验证,结果证实了所述方法的可行性和有效性。     

多端直流电网下垂控制及并行仿真方法

针对含大容量模块化多电平换流器的多端直流电网(modular multilevel converter based multi-terminal DC Grids,MMC-MTDC Grids)的建模仿真和运行控制,首先分析了采用半桥子模块的MMC戴维南等效建模方法,然后介绍了基于PSCAD/EMTDC的多端直流电网并行仿真方法。为了提高多端直流电网运行控制稳定性和可靠性,在多端直流电网运行控制方面提出了直流电压下垂控制。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了典型四端柔性直流电网并行仿真模型,仿真结果验证了本文所提多端直流电网下垂控制策略的有效性。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

海上风力发电MMC-HVDC控制策略研究

对于海上风电场模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)的并网系统,首先介绍了MMCHVDC的基本原理,并分析了MMC的拓扑结构、数学模型及简化等效模型。然后,基于等效模型设计了MMCHVDC换流站的双闭环控制策略,送端换流站MMC1外环采用定直流电压和定无功功率控制,受端换流站MMC2采用定有功功率和定无功功率控制;内环均采用有功、无功功率解耦控制。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真实验模型,仿真结果表明:所设计的MMC-HVDC控制策略实现了有功与无功的完全解耦,MMC1与MMC2的控制策略相互独立,影响较小,并且具有很好的动态响应特性。     

MMC-MTDC直流电网多重主站直流电压协调控制策略研究(英文)

研究目前多端直流电网(multi-terminal DC,MTDC)的控制策略,提出一种新的基于下垂控制(droop control)的多端直流电压控制策略,可保证在一个控制直流电压的主站停运下直流电网的可靠性及电压稳定性。为验证所提出的控制策略的正确性和有效性,在RT-lab实时仿真器中建立一个五端(站)直流电网模型,远距离海岸风场通过直流电网与陆上交流系统连接起来。每一个站都由模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成,其中:两个换流器的控制方式是定直流电压和定无功功率控制(主站),两个换流站是定有功功率和无功功率控制(有差调节)、一个换流站是定交流电压和频率控制(风电场站)。当一个主站换流器停运时,仿真结果证实了所提出的新型直流电压控制策略的正确性和有效性。     

适用于多端柔性直流输电系统的快速电压裕度控制策略

为解决传统电压裕度控制器中定有功功率控制模式与定直流电压控制模式切换过慢导致的直流电压控制缓慢问题,提出了一种快速电压裕度控制策略。通过设置与直流电压偏差相关的权衡系数来调节裕度控制器的控制模式,其控制模式的切换环节在PI控制器之前,因此在系统直流电压偏差较大时,这种方法加快了控制器的响应速度和调节速度,更加适合于对直流电压要求较高的多端柔性直流输电系统。最后在MATLAB/SIMULINK下搭建了基于模块化多电平换流器的3端柔性直流输电系统进行仿真验证,结果表明:相比于传统的电压裕度控制,该控制策略能够更快速有效地稳定系统的直流电压。     

考虑直流电压无差调节的MMC-MTDC协调下垂控制策略

直流电压稳定对多端直流输电(MTDC)系统的安全可靠稳定运行至关重要,对此提出一种新型协调下垂控制策略。通过建立MTDC系统的等效网络模型,推导小信号解析式,然后将小信号补偿量注入传统下垂控制中,实现MTDC系统在不同工况下直流电压的无差调节。采用PSCAD/EMTDC建立了基于模块化多电平换流器的四端直流输电系统的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。在所提控制方法作用下,直流电压在扰动下会恢复到原来的稳态运行状态,避免了传统下垂控制产生的直流电压偏差,实现了直流电压的额定值运行。     

一种组合换流器内部直流电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)适用于高压大容量柔性直流输电系统,采用基于MMC的组合换流器拓扑是提升直流输电电压等级和容量的有效手段之一。首先,分析了组合换流器的拓扑和稳态基本控制策略,以及系统直流电压扰动时各换流单元的能量和电压变化趋势,指出其稳态运行时存在串联换流单元电压不均衡问题;然后,提出在定功率站附加电压均衡控制策略,即在有功控制通道上叠加一个均压控制量,以实现换流器内部直流电压的均衡控制和功率均分。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建基于MMC换流单元的组合换流器双端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

适用于柔性高压直流输电网的直流电压下垂控制策略

基于带死区的直流电压下垂控制,提出一种适用于柔性直流输电网的新型直流电压下垂控制策略,可保障直流与交流系统交换功率的平衡。提出的新型直流电压下垂控制方法首先将各换流站分为4组,之后通过对各换流站组设定不同的电压裕度和死区来设定参与协调控制的不同优先等级,最后提出改进的"功率—电压"特性曲线来确保各换流站在暂态下具备良好的动态特性。仿真测试系统的交流部分为IEEE 39节点系统,直流部分为一个5端直流电网系统,其中换流器类型为401电平模块化多电平换流器。通过对该交直流混合系统的测试,文中提出的新型直流电压下垂控制方法可以在故障发生后有效地使系统过渡至新的稳态运行点。在暂态过程中,各换流站具备良好的动态特性。     

MMC－MTDC输电系统频率协调控制策略

针对交流系统通过MMC-MTDC实现异步联网后无法实现区域间频率支撑的问题,参照交流系统功-频特性和柔性直流输电系统直流电压下垂特性设计了3种频率协调控制策略:固定频率控制、频率偏差PI控制和功率估算频率控制。固定频率控制将频率参考值设定为常数来获得功率支撑量;频率偏差PI控制是将频率事故换流站的频率与参与协调控制换流站的频率平均值之差作为PI控制器的输入量来获取功率支撑量;功率估算频率控制根据事故换流站交流侧频率的实时变化,利用功-频静特性系数估算功率变化量来决定换流站的功率支撑量。在PSCAD仿真软件中搭建了异步联网交直流系统进行仿真验证,仿真结果表明了所提3种利用MMC-MTDC实现区域间频率协调的可行性和有效性。     

适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。文中首先分析了在电压源型直流输电系统中直接电流控制和直流电压偏差控制的工作原理，然后提出了在电压源型多端直流输电系统中采用基于直流电压偏差控制的多点直流电压控制策略。控制器采用该策略后，能实现定有功功率控制模式与定直流电压控制模式之间的自动转换，确保定直流电压控制的换流站故障退出后，仍能实现对直流电压的控制和有功的平衡。以一个5端系统为例进行仿真验证，结果表明多端直流输电系统的运行可靠性得到提高，且获得良好的动态性能。     

基于OPF的MMC-MTDC自适应下垂控制策略

传统下垂控制无法解决模块化多电平换流器多端直流MMC-MTDC(modular multilevel converter multiterminal DC)输电系统中换流站功率裕度和系统功率协调分配的问题,为此提出一种最优潮流下自适应下垂控制策略。首先根据电压变化方向与实时裕度设计MMC自适应下垂控制器;然后分析传统下垂控制无法解决MTDC中直流线路阻抗产生电压偏差的缺陷,针对影响直流网络潮流的因素,构建约束条件以及目标函数求解潮流优化分配下垂系数;最后通过直流电压差值实时计算权衡系数来分配两种下垂曲线所占比例。在PSCAD/EMTDC中建立5端MTDC模型,分别在稳态与暂态工况下对比两种控制方式,结果表明该控制策略可以避免换流站满载、减少线路损耗实现系统功率优化分配。     

MMC型多端柔性直流配电系统协同控制与故障电流抑制策略

针对基于直流母线以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)构成的多端柔性直流配电系统,参照实际直流工程,建立了连接低压直流设备的三端模块化多电平换流器等效网络数学模型,并基于下垂控制改进了协同控制控制策略。同时,针对配电系统换流站没有换流变压器的情况,设计了零序电流抑制环节。在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔直配电系统的仿真平台。验证了所设计协同控制策略可以使有功-无功功率的调节更加平稳,减少系统在异常情况下直流电压的波动;在发生交流侧单相接地瞬时故障时,零序电流抑制环节可以抑制过电流,保护设备,降低了换流站配置时的冗余度。     

一种适用于交流线路改造成直流的扩展式双极直流输电结构

为提升现有交流输电线路的输送能力,提出了一种将交流线路改造成直流的拓扑结构,即扩展式双极直流输电结构。详细介绍了扩展式双极直流的运行原理以及相关辅助设备在过渡阶段的动作时序。同时,对电流调节控制器的运行范围进行了研究,并指出由全桥子模块级联构成的全桥模块化多电平换流器能够用作电流调节控制器。为使得系统能够稳定运行,给出了12脉动晶闸管换流器和全桥模块化多电平换流器的控制策略,尤其对直流电流调节和电容电压平衡控制进行了分析和设计。通过PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了所提出的扩展式双极直流输电系统及其控制策略的可行性和有效性,表明了系统能够在过渡阶段跟随指令变化,同时还具有较好的暂态响应能力。     

含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂，不适用于理论分析，亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此，利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点，独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下，根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口，结合GSC和WFC等值模型，采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明，通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程，并进行稳定性分析，为控制系统参数整定提供参考。     

多端柔性直流输电系统动态协调优化控制策略

针对多端柔性直流输电系统（MMC-MTDC）采用定系数下垂控制存在功率分配失衡、直流电压越限及运行损耗较高的情况,提出一种动态协调优化控制策略。该控制策略考虑网损、直流电压偏差、换流站功率裕度、系统电压静态稳定裕度等因素对系统的影响,建立非线性多目标优化求解模型,并采用基于Pareto最优解集的多目标遗传优化算法计算受端下垂控制站的直流电压参考值、直流功率参考值和下垂系数。然后将求解得到的最优控制参数应用于系统,使换流站动态修正实际运行点以保证系统的稳定与经济运行。最后,建立四端MMC-MTDC系统并对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,该控制策略可在满足各项稳定运行指标的前提下,根据系统运行工况得出最优控制参数并动态修正运行点,实现降低系统运行损耗和各站直流功率不满载的目标。