模块化多电平换流器型多端高压直流输电控制参数优化方法

针对模块化多电平换流器型多端直流(MMC-MTDC)输电系统的稳定性受不同换流站控制系统之间相互作用的影响,不恰当的控制参数可能会降低MMC-MTDC系统的稳定裕度问题,提出一种MMC-MTDC控制参数的优化方法以提升系统的稳定裕度。首先,建立包括MMC主回路、控制系统、交流系统与直流系统的MMC-MTDC小信号模型。其次,建立以特征值为目标函数的控制参数优化问题,并提出一种基于参数灵敏度的控制参数优化算法。在优化过程中,采用回溯直线搜索(BLS)计算每次迭代的搜索步长。最后,在一个三端MMC-MTDC系统中应用所提出的控制参数优化方法进行稳定性分析与时域仿真,并与粒子群算法进行比较。结果表明所提出的MMC-MTDC控制参数优化方法能够有效提升系统的稳定裕度,且在优化结果与优化效率具有一定的优越性。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.     

基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500 Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

考虑线路电阻影响的MMC-MTDC自适应下垂控制

下垂控制因其对通信的要求不高、可靠性高而在多端柔性直流输电中广泛应用。但是传统的下垂控制中下垂系数固定,尤其在系统功率波动较大时,容易导致换流站过载,并且直流线路上的电阻还会影响下垂控制换流站的有功功率分配。针对此类问题,提出了一种考虑线路电阻影响的自适应下垂控制。首先,分析在下垂控制下的多端柔性直流输电系统等效电路,推导出考虑线路电阻影响的下垂系数整定方法。然后在整定方法中用换流站的功率裕度比取代固定的功率分配比例系数,实现下垂系数的自适应调节。最后在PLECS上搭建仿真模型,对不同工况进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

适用于多端柔性直流电网的潮流控制器

多端柔性直流电网以优良的性能在清洁能源消纳方面发挥了重要作用,但其潮流难以灵活控制,需引入潮流控制器来改善潮流分布。对此,提出了一种适用于多端柔性直流电网的新型直流潮流控制器,其具有配置成本低、调节范围广和运行损耗小的优势。潮流控制器利用全控型开关动态投切电容、电阻来改变线路等效电阻,实现了潮流控制功能。此外,设计了含电压限制环节和电流差增益环节的控制系统,降低了拓扑的配置成本和运行损耗。最后,通过电磁暂态仿真与低压物理试验验证了所提直流潮流控制器的有效性与可行性。     

A modular multilevel power flow controller for meshed HVDC grids

Based on the comparison of existing power flow controllers (PFC) in meshed HVDC grids, the full-bridge modular multilevel converter based PFC (MMPFC) is proposed. At first, the general branch current calculation method of meshed HVDC grids with the PFC is presented, and then, the issue of over-voltage on the thyristor based PFC is described and analyzed. Through the analysis of different operating modes of the full-bridge sub-module, the mechanism of over-voltage ride through of the MMPFC is indicated. The control strategy of the MMPFC, which is used to control branch current and keep capacitor voltage balancing, is elaborated. Finally, the performance on current regulation, bidirectional operation and over-voltage ride through is simulated and verified in a built model with PSCAD/EMTDC.     

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。     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

基于键图法的直流电网系统模型

为适应直流电网智能、高效、经济运行的要求,实现各换流站间的协调控制,基于六端直流电网物理仿真平台,将多端直流输电系统视为一个多输入、多输出、多控制目标的系统整体进行了数学建模。提出了适用于多节点、系统级仿真的换流器简化模型,分别讨论了各端电源、负载模型的简化方法,利用键图方法对六端树状直流电网进行了等效建模,并提取出其状态空间方程。最后根据电力系统的常规运行要求对直流电网的具体控制目标进行了数学提炼,写出控制问题的约束条件和指标函数,为进一步设计、优化协调控制器提供了基础。