含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算

全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向。在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型。提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法。通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法

介绍基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)技术,具有可向无源网络供电、不会出现换相失败等众多优点。分析VSC-HVDC输电系统的原理及其中VSC的控制方式。针对不同控制方式下的VSC,分别推导其交流母线及直流系统相应的潮流修正方程式。提出VSC-HVDC交直流混合系统潮流的统一迭代求解算法,并以修改后的WSCC-9节点交直流混合系统的潮流计算为例,验证统一迭代求解算法的有效性。通过该潮流算法分析VSC-HVDC输电系统的稳态特性和有功功率损耗特性。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

基于扩展节点法的交直流混合电网统一潮流算法

基于电压源型换流器的多端直流输电电网是解决可再生能源并网和消纳的有效途径,因此研究交直流混合电网的潮流算法很有必要。提出了一种基于扩展节点法的交直流混合电网统一潮流算法。首先建立了电压源型换流站的稳态模型和控制策略及基于扩展节点法的交流和直流电网的网络模型。然后推导了基于牛顿法的统一潮流算法,将交直流混合电网的节点注入电流、支路电流和节点电压作为未知变量同时求解。通过IEEE 30节点交直流混合电网算例验证了所提算法的有效性。     

基于模块化多电平换流器的交直流混合电网稳态建模及仿真

由于模块化多电平换流器(MMC)在容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的技术优势,其在交直流电能变换与控制中的应用越来越广泛。首先,基于电路原理中的平衡桥同电位点可以短接的等效理论,建立基于MMC的交直流混合系统简化等效电路模型;然后,导出基于MMC的交直流混合系统纯交流节点的潮流方程、直流节点的潮流方程和MMC换流器的基本潮流计算方程,并依据所建立的稳态模型和MMC控制方式,分析适用于基于MMC的交直流混合系统潮流算法;进而,基于自动微分技术,提出一种具有3阶收敛速度的统一迭代改进潮流算法;最后,通过算例验证所建立模型和算法的有效性。     

多端柔性直流下垂控制的功率参考值修正方法

基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)所采用的外环有功控制方式会对直流系统潮流分布造成影响。首先提出了电压源型换流器外环有功控制通用模型,该模型基本涵盖了常用的外环有功控制方式。基于该模型推导直流网络潮流计算方法。采用直流电压下垂控制的换流器其直流输送功率会与参考值偏离,为了提高直流系统输送能力,提出了根据期望输送功率对直流功率参考值进行修正的方法。最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真模型与潮流计算的结果对比,对所提出潮流计算及直流功率参考值修正方法的有效性进行验证。结果表明所提出的功率参考值设定方法可以使采用下垂控制的多端直流系统按期望功率传输。     

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。     

基于小干扰稳定性的多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化方法

多端混合直流输电技术综合了电网换相换流器与模块化多电平换流器的优势,是当前直流输电的研究热点之一。采用小干扰稳定性分析方法,可以从数学层面上对多端混合高压直流系统进行参数分析。然而,由于多端混合高压直流输电系统含有多个含有复杂控制器的MMC换流站,模型更为复杂,涉及控制参数众多,缺少便捷的工具进行研究,其控制参数对系统影响分析结果尚不明晰。为此,提出了一套基于小干扰稳定性分析的多端混合高压直流输电系统参数分析与优化方法,该方法可实现基于状态空间法含控制环节的多端混合高压直流系统的快速建模、主要影响参数筛选、参数的可行域计算与可视化展示以及基于粒子群算法的多端混合高压直流系统控制参数优化。介绍了该方法的主要步骤、实现原理以及算例应用情况。应用结果表明所提方法是对多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化的有效工具,可为多端混合高压直流输电系统参数设计提供参考。     

基于改进牛顿法的VSC-HVDC潮流计算

根据电压源换流器(VSC)新型高压直流输电(HVDC)的稳态特性和控制方式,建立了含VSC-HVDC稳态潮流计算数学模型,分别采用牛顿法、简化牛顿法、三阶收敛牛顿法和六阶收敛牛顿法进行潮流求解,仿真验证了各算法在VSC-HVDC不同控制方式下的有效性,并对各种算法的计算速度作了比较,并在此基础上提出了2种混合算法,仿真验证了其优越性。     

VSC-HVDC稳态特性与潮流算法的研究

该文分析了VSC-HVDC的稳态功率特性及控制方式；在VSC-HVDC稳态模型的基础上，导出了其适用于牛顿法潮流计算的数学模型，并根据VSC-HVDC中电压源换流器(VSC)的控制对象大多为交流侧物理量的特点，提出了一种交直流混合系统潮流的交替求解算法：算法中计及了直流变量的约束条件，当混合系统潮流求解过程中无换流器调制度越界，算法可快速收敛，否则将由于交直流系统间相互影响，致使交替求解次数的增加。算例结果验证了VSC-HVDC潮流模型的正确性以及交替求解算法的有效性。该算法为进一步研究含有VSC-HVDC的交直流电力系统的潮流控制特性奠定了基础。     

基于广域量测的交直流混联系统发生扰动后稳态频率预测算法

随着直流输电工程的广泛应用,交直流混联系统已经成为电网的发展趋势。针对含不同类型高压直流的交直流混联系统提出了其发生扰动后的稳态频率快速预测算法。该算法以广域量测系统得到的扰动后瞬间数据为基础,通过联立交流系统的发电机调速器方程、负荷静态模型方程、系统网络方程与不同类型高压直流系统的换流器稳态模型方程、直流网络方程、控制方程,得到了交直流混联系统的稳态频率预测方程。利用牛顿-拉夫逊法对该方程进行求解,可以快速、精确地计算得到电网发生扰动后的稳态频率。对一个典型的22节点交直流混联系统进行仿真分析,结果验证了所提算法的准确性和适用性。     

LCC-MMC混合级联型直流输电系统启动控制策略研究

为实现逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter, LCC)和多个并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)阀组串联的混合级联直流输电系统的安全、可靠启动,提出了一种按照不可控充电和系统控制解锁两阶段划分的启动控制策略。首先建立该类混合结构下直流系统的数学模型。在对低压端MMC不可控充电阶段暂态特性分析的基础上,推导了MMC最大启动冲击电流和预充电时间的等效计算公式,并根据最大冲击电流和预充电时间为MMC启动过程中限流电阻的选取提供依据。其次,在系统级控制器解锁至系统稳态运行阶段,针对MMC并联组在控制器解锁时产生的不平衡启动电流问题进行了分析,提出一种基于不同换流器间控制时序配合与自适应MMC功率参考值的启动优化策略。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提启动方案可以有效实现混合级联型直流输电系统的平稳启动。     

同相供电系统混合补偿容量优化分析与设计

针对现有同相供电系统中有源补偿容量较大、成本高的缺陷,提出一种基于混合补偿的同相供电系统。首先,分析了该系统的拓扑结构及工作原理,建立了混合补偿模型;其次,分析了无源补偿容量、负荷大小和功率因数对有源补偿容量的影响,完成了混合补偿容量优化配置;最后,研究了电能质量指标优化补偿原理,推导了电能质量指标参数与有源补偿装置两变流器补偿电流给定值之间的关系,建立了有源补偿容量优化模型,并采用粒子群优化算法进行寻优计算。同时,根据实测负荷数据仿真验证了混合补偿模型和协同控制策略的可行性及有效性。结果表明,混合补偿有效降低了有源补偿容量,优化补偿后在满足国标要求的同时进一步降低了有源补偿容量。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

搜寻者优化算法在含风电机组系统最优潮流中的应用

针对风力发电机组并网后电力系统的最优潮流(OPF)问题,将搜寻者优化算法(SOA)应用到最优潮流计算模型之中。通过分析风力发电机的稳态数学模型,根据功率守恒原理,得到异步风电机组有功无功出力的表达式,考虑到风电机组的特点,将其作为电压静特性节点处理。建立综合系统经济性和安全性的最优潮流计算的目标函数,该目标函数由网损和静态电压稳定裕度两部分组成,并将搜寻者优化算法运用到最优潮流模型的求解中,并制定该算法的计算流程。算例表明,提出的模型和算法是可行的。     

风电多端柔性直流并网系统交流送出线故障短路电流解析

随着海上风电的发展和区域风电装机容量的增大,规模化新能源电源通过多端柔性直流(MMC-MTDC)并网成为风电并网的一种趋势.然而,考虑MMC-MTDC和永磁风机构成的多换流器系统协调故障穿越及其故障特征解析尚未得到有效解决,亟待针对性研究.文中首先对传统风电MMC-MTDC并网系统故障穿越策略进行优化,给出了可行的穿越策略.进而结合多个换流器各自故障的解析,利用换流器与永磁风机换流器之间功率传输平衡原则,提出了能够全面反映风电MMC-MTDC并网系统交流故障特征的稳态短路电流解析表达式,解决了多换流器级联故障特征难以解析的问题.最后,基于实际工程参数在PSCAD/EMTDC仿真平台进行建模,仿真结果验证了所提故障穿越控制的有效性和稳态短路电流计算式的正确性.     

混合型模块化多电平换流器解析建模与功率运行区间分析

混合型模块化多电平换流器(MMC)在远距离大容量架空线输电领域具有十分广阔的应用前景。为定量研究混合型换流器的运行特性,文中提出了混合型MMC动态解析模型和稳态解析模型的建模方法。通过稳态解析模型求解与换流器内部电气量和控制量有关的非线性方程组,实现了在任意直流电压和功率运行点下换流器运行特性的完全解析求解。对比了不同直流电压水平下,电磁暂态模型仿真结果和稳态解析模型的计算结果,验证了稳态解析模型的精确性。研究了考虑多种运行约束条件时混合型MMC的功率运行区间计算方法,尤其考虑了半桥子模块的均压约束。计算了不同直流电压水平下的功率运行区间,分析了各约束条件以及子模块电容、桥臂电抗器、桥臂子模块比例等参数对功率运行区间的影响。     

双电源备用供电型通用潮流控制器

传统的UPFC中的潮流控制和有功功率补偿只是在同一线路上的电源和负载之间进行,因而其潮流控制能力和有功功率补偿的额度有限,不能实现不间断供电。为解决这一缺陷,提出了一种双电源备用供电型通用潮流控制器,该系统由4个共用一条直流母线的变换器构成。在介绍了其数学模型并分析了其主要功能后,详细讨论了其控制策略。MATLAB/SIMULINK环境下仿真研究的结果表明:双电源备用供电型通用潮流控制器能有效提高电力系统的供电可靠性,可实现不间断供电,且能够实现有功功率在不同电源和负载之间的相互补偿。