基于连续潮流法的交直流系统可利用传输能力的计算

提出并建立了交直流系统可利用传输能力(ATC)模型。该模型采用两端直流混合系统,考虑电压稳定性、节点电压水平、热稳定、N-1故障等安全约束条件。应用连续潮流法求解过程中,将交流和直流系统方程分解计算,通过直流网络状态量与换流器交流母线电压和给定直流控制量之间关系方程组来简捷地计及交直流系统间耦合关系。对IEEE30节点系统进行的仿真计算证明了所提出模型和算法的有效性。     

基于连续潮流法的交直流系统可利用传输能力的计算

提出并建立了交直流系统可利用传输能力(ATC)模型.该模型采用两端直流混合系统,考虑电压稳定性、节点电压水平、热稳定、N-1故障等安全约束条件.应用连续潮流法求解过程中,将交流和直流系统方程分解计算,通过直流网络状态量与换流器交流母线电压和给定直流控制量之间关系方程组来简捷地计及交直流系统间耦合关系.对IEEE30节点系统进行的仿真计算证明了所提出模型和算法的有效性.     

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。     

一种新型VSC潮流计算模型

交替迭代法由于处理换流器控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳,但该方法用于求解基于目前广泛采用的电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)潮流计算模型的混合系统潮流时,会出现交直流系统间的多次交替迭代问题。从避免多次交替迭代问题和进一步减少计算量的角度出发,对VSC潮流计算模型进行重塑,提出一种新型VSC潮流计算模型。该模型将VSC的有功损耗等效至直流侧,并重新对交直流系统设定边界,在避免了交直流系统间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统的潮流计算量。最后在IEEE9节点系统增加直流环节形成一个交直流混合系统,对所提模型进行测试,测试结果表明了所提模型的有效性和高效性。     

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。     

基于增广雅可比矩阵的交直流解耦潮流新算法

交直流潮流计算是研究交直流系统的基础,传统交替迭代法需要交、直流依次迭代多次并且有不易收敛的问题。首先分析传统交替迭代法需要多次迭代的原因,在此基础上提出一种适用于含电压源换流器(VSC)的交直流电网的改进潮流新算法。该算法通过重新划分交直流系统和归并换流器接口方程至交流系统,建立含部分直流侧变量的增广交流雅可比矩阵模型,进而实现直流系统潮流与交流系统潮流的独立解耦计算。该算法继承了传统交替迭代法控制方式切换方便的优点,又同时具有统一迭代法的收敛性。经修改的IEEE 30节点与IEEE 57节点算例仿真,证明了该方法的正确性与有效性。     

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。     

多换流器并联的交直流配电网潮流计算方法

针对多换流器并联的交直流配电网潮流计算展开研究,提出了基于虚拟主从策略的潮流计算方法。将多换流器并联的直流母线视为平衡节点,利用该节点上的功率平衡方程以及Udc=f(P)下垂特性方程,将首编号换流器定义为虚拟主换流器,推导得到其功率与其他换流器下垂特性曲线的关系式,实现该换流器功率与母线直流电压的求解;将其他换流器定位为虚拟从换流器,按照P=f(Udc)下垂曲线进行功率更新,解决了多换流器同时控制平衡节点电压的潮流计算难题。通过算例测试验证了所提算法的有效性和正确性。     

船舶交直流混合系统相量测量单元优化配置方法

为实现船舶交直流混合系统潮流方程直接可解,研究了基于潮流直接可解的船舶交直流混合系统PMU优化配置方法。在分析船舶交直流混合系统的结构及其潮流计算数学模型特点的基础上,将系统划分为交流子系统和直流子系统,并得到满足不同工况下潮流方程直接可解PMU优化配置方案。以102节点典型船舶交直流混合系统为例对所提方法进行了说明和验证,结果表明方法的正确性,可有效减少PMU配置数目,得到的PMU优化配置方案可为船舶交直流混合系统配置PMU提供参考。     

应用于复杂交直流网络的箝位双子模块型MMC快速仿真模型

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在复杂交直流网络中有广阔的应用前景。随着MMC容量和电压等级的提高,MMC的暂态行为对复杂交直流网络的影响不能忽略,有必要建立适用于复杂交直流网络仿真研究的MMC快速仿真模型。针对箝位双子模块型MMC拓扑建立了快速仿真模型。利用辅助元件对桥臂电路结构进行了简化;通过动态计算可控电压源,对桥臂内部复杂的子模块开关动态过程进行了平均化处理,避免了大规模节点导纳矩阵的动态求解。上述快速仿真模型不仅能够准确地模拟MMC在稳态、交流故障、换流器闭锁、直流故障清除和恢复等动态过程中的特性,而且具有较高的仿真效率。通过与基于分立元件的详细仿真模型进行对比,验证了所提模型的仿真精度和仿真效率。     

A Novel Power Flow Algorithm for Hybrid AC/DC Power Grids

This study introduces a novel unified power flow algorithm for hybrid AC/DC power grids. For hybrid AC/DC power grids that incorporate voltage source converters (VSCs), the proposed algorithm uses the voltage amplitude and the phase angle of the AC bus and the voltage of the DC bus as the minimum set of state variables. The power equation of the converter is deduced by these state variables. Then, the bus-power-equilibrium (BPE) equations can be deduced based on the DC node classification and VSC converter station control modes. The Newton–Raphson method can be used to solve these BPE equations with good convergence behavior. In addition, the DC grid and converter station modeling impose no restriction on the hybrid grid topology. As a result, the Jacobian matrix in the modified equations can accurately reflect the coupling relationship between AC and DC grids and simultaneously maintain the sparse feature. The proposed unified algorithm uses the sparse technology and can solve the power flow problem for a large hybrid power grid. A simulation is implemented to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

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。     

风电经混合型MMC外送的暂态能量转移机理与限流耗散策略

混合型模块化多电平换流器(MMC)具有交直流解耦控制、抑制故障电流、维持并网电压等独特优势,在基于模块化多电平换流器的风电并网系统中具有广阔的应用前景。已有基于混合型MMC的交直流故障穿越策略大多仅考虑直流电网本体,并未结合风电并网考虑暂态能量转移与耗散的问题。首先,研究了基于混合型MMC的风电并网系统在交直流故障期间的暂态发展过程,归纳出能量转移机理,分析了不同故障阶段的关键因素。然后,提出了一种具备故障识别能力的自动限流耗散方法,研究了加入限流耗散措施后的暂态能量转移变化。最后,在四端风电直流电网下验证了自动限流控制及耗散方法的有效性。     

基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究

提出了采用混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multilevel converter,hybrid MMC)和直流开关构建柔性直流电网进行架空线远距离电能传输的方案。针对由全桥型子模块和半桥型子模块组成的混合型MMC,分析了其拓扑结构、基本运行原理和直流电压运行区间,提出了混合型MMC的三自由度控制架构,并详细分析了直流故障穿越控制策略,进而设计了混合型MMC构成的柔性直流电网的故障清除策略和多次重启动时序。故障期间,混合型MMC无须闭锁IGBT,可控制故障电流至0,从而保持不间断运行、持续向交流系统提供无功支撑。3次重启动失败后,架空柔性直流电网配置的直流开关在零故障电流下开断以隔离故障电流通道,直流电网重启,线路潮流发生转移。最后在PSCAD/EM TDC仿真平台验证了所提出的故障清除策略及重启动时序的可行性。     

含多种控制策略的直流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(VSC)交直流混合系统的直流潮流时,需按照直流侧VSC的控制策略列写对应的潮流方程。但是,由于控制策略的不同潮流方程会有多种表达式;随着柔性电网的发展,直流系统将形成由多种单一策略构成的混合控制策略,其表达式结构和维度均不一致;在计算基于实际情况下控制策略需要切换的潮流时,出现控制策略的切换,这些都为潮流计算带来了极大的不便。本文在分析直流侧VSC不同控制策略的基础上,通过定义新的直流节点类型,推导出含多种控制策略的直流电网潮流统一表达模型。该模型可以表征直流系统多种控制模式,形成模型的统一表达,具有统一结构和固定维度。当直流电网控制方式变化时,仅需修改少量参数,即可求出其稳态潮流,编程简单,实现方便。以含5端6线的VSC直流电网为例,验证了所提算法的准确性。最后,将此算法用于求解7端VSC-MTDC直流网络控制策略切换时的潮流,验证了其灵活性。     

基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变侧采用LCC与多台MMC级联。针对该系统提出一种适用于受端交流系统故障的故障电流限制方法,在逆变侧MMC控制中引入虚拟阻抗降低故障电流,无需额外添加设备。对虚拟阻抗的控制引入、计算以及投入实现过程进行了详细阐述,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真分析。结果表明,所设计的虚拟阻抗控制器可以实现故障电流的有效抑制,并防止功率倒送,从而实现混合级联直流系统的交流故障成功穿越和功率可靠传输。     

向无源网络供电的LCC-MMC混合直流输电系统控制策略

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流输电系统兼顾了两种换流器的技术优势和经济优势,具有较好的应用前景。无源网络装设容性滤波装置能够起到平滑交流电压波形、提供电压支撑等作用。首先通过理论推导,建立了含容性滤波装置的模块化多电平换流器数学模型,基于dq理论,提出了模块化多电平换流器的无源解耦控制策略。针对送端电网换相换流器侧交流故障可能导致的功率中断等问题,从电网换相换流器和模块化多电平换流器的控制机理出发,分析了故障阶段及故障后的系统响应特性,并进而提出了送端交流故障穿越附加控制策略。为验证上述控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个LCC-MMC混合直流输电模型。通过受端电压频率变化和送端交流故障仿真,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

具有储能功能的模块化多电平换流器的控制方法

研究具有储能功能的模块化多电平换流器的控制方法,将模块化多电平换流器与电池储能系统相结合,适用于离岸风电场接入电力系统等柔性直流输电应用。系统在模块化多电平换流器的基础上,在子模块直流侧加入蓄电池实现储能。换流器两侧均可等效为受控电压源,可在储能容量范围内对直流侧馈入功率起到平滑作用。运行时,换流器交流侧有功无功电流解耦控制实现交流功率控制,换流器直流侧直流电流控制实现直流功率控制,给出子模块SOC控制方法和子模块组SOC控制方法实现系统中大量蓄电池SOC的平衡控制。计算机仿真分析表明,提出的系统可实现交直流功率控制和储能功能。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。