配电网柔性开关设备关键技术及其发展趋势

柔性开关设备(soft open point,SOP)是一种可在配电网若干关键节点上替代传统联络开关的新型柔性一次设备。随着柔性开关设备的引入,有助于提高配电网运行的安全性、灵活性与可靠性,推动未来配电网形态的改变。文中简要阐述了柔性开关设备的基本原理,对柔性开关设备与传统配电灵活交流输电(distribution flexible AC transmission system,DFACTS)设备进行比较分析。结合柔性开关设备的结构、原理与功能,重点围绕背靠背柔性开关设备梳理了拓扑结构、运行优化、控制保护以及系统接入方面的关键技术。结合现有的工程实践与示范应用,对柔性开关设备装置研发、调控技术、接入模式方面的发展趋势进行了展望。     

基于Simplex算法的LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的参数优化方法

整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用LCC与全桥型模块化多电平换流器(full bridge submodule based modular multilevel converter,FBMMC)串联的混合型直流输电系统,具有直流故障穿越、换相失败抑制及潮流灵活反转等技术优势,是一种适于未来远距离大容量架空线输电场合的混合直流输电拓扑结构。控制器参数的合理优化选取是保证系统优良运行性能的前提条件。首先建立了LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统的数学模型,在此基础上提出了一种基于Simplex算法的参数优化方法,构造了基于控制信号偏差的目标函数对该混合系统整流侧和逆变侧控制器的参数进行优化。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了LCC-LCC+FBM M C串联型混合直流输电系统仿真模型,针对有功功率阶跃、潮流反转、交流侧三相接地短路故障和直流侧接地故障4种不同工况,仿真验证了所提优化方法的有效性。结果表明基于所提优化方法得到的控制器参数,可以有效改善LCC-LCC+FBMMC串联型混合直流输电系统在不同工况下稳态和暂态运行特性。     

向微网供电的级联换流器均压控制策略

直流侧串联交流侧并联的级联换流器拓扑目前是中低压小容量场景下输电系统换流器的较优选择,针对级联换流器直流侧电容均压问题,以级联换流器的数学模型为基础,提出了一种可以向全/高比例新能源微电网供电的具备均压功能的级联换流器控制策略,包括均压定电压/频率控制和均压优化下垂控制,并根据混合势函数理论分析了所提控制策略的大信号稳定性,给出了控制器的参数设计要求。相比传统均压策略,提出的策略不仅能参与系统的频率控制/调节,均压优化下垂策略还能免去模块间的数据通信。仿真结果表明,所提策略能在稳态和各种故障工况下实现均压功能,实现了对全/高比例新能源微网的频率调节,保证系统频率不超出安全阈值。     

基于模糊逻辑的柔性多状态开关协调控制策略

为抑制系统干扰对多端柔性多状态开关(FMS)直流侧电压及交流侧输出功率的影响,提出一种基于模糊逻辑的新型协调控制策略.文中设置定直流电压控制端口与下垂控制端口,从直流电压稳态偏差和系统稳定时间入手,分析不同工况下系统对下垂系数的需求;之后,设计出一种基于模糊逻辑的可变下垂系数,可根据直流电压的偏差大小及其变化趋势实时改变,以加快系统稳定过程,避免下垂系数设置不当对系统控制性能的影响;最后,在MATLAB/Simulink平台中搭建了基于模块化多电平变流器的四端口FMS模型,通过与传统协调控制策略的仿真对比,验证了所提策略的有效性.     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

柔性多状态开关在智能配电网中的应用

柔性多状态开关是一种代替传统联络开关的电力电子装备,它能够满足智能配电网分布式电源的消纳、高供电可靠性等定制电力需求。本文对实现配电网柔性互联的柔性多状态开关的数学模型和工作原理进行详细分析,提出实现双端配电网络柔性互联的控制方式,并对双端配电网络在不同电压等级、电网频率、电压、相位下的柔性互联进行仿真分析。仿真结果证明了柔性多状态开关的可行性和优越性。     

基于三端口柔性多状态开关的电压波动治理研究

配电网内间歇性分布式电源和负荷的波动性使系统的运行稳定性、调控灵活性受到制约。对于大面积零散分布的工厂负荷和居民负荷,单端电压波动治理设备已无法满足要求。针对上述问题,研究了用于多条馈线互联的柔性多状态开关(Flexible Multi-state Switch, FMSS)电压波动治理技术。基于三端口FMSS的拓扑分析,分析了FMSS与三端馈线进行功率交换的原理。利用解耦控制策略,实现装置同时独立进行有功潮流和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型,进行配电网三条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。然后提出了无功协调控制优化模型,实现了多重化控制。仿真和优化结果显示,所提的开关模型电压波动治理快速有效。     

模块化多电平换流器改进拓扑结构及其应用

模块化多电平换流器(MMC)作为实现多电平换流器的一种新的拓扑结构,具有高度模块化、维护间隔长、输出波形谐波含量低等优点,因此在中高压电能变换和高压直流输电领域得到了广泛的应用和研究。而传统的半桥型子模块结构在直流侧发生故障的时候,由于所并联前向二级管原因,当IGBT闭锁时,不能够实现直流侧故障电流的阻断功能,从而对其应用带来了一定的不利影响。本文总结了现有的子模块拓扑结构的特点,通过分析MMC直流侧故障时桥臂电流与模块电容的充放电关系,对传统的半桥型子模块拓扑结构进行了改进,设计了串联双子模块闭锁拓扑结构,从而在不影响控制策略的基础上实现了直流侧故障电流阻断功能。最后以改进型拓扑结构为例,搭建了仿真模型,对直流侧故障特性以及相应的控制策略进行了分析验证。     

基于柔性多状态开关的有源配电网双层优化方法

大量间歇性分布式电源的接入,给配电网带来了新的挑战。柔性多状态开关(soft open point, SOP)是一种新型的电力电子装置,具有强大的功率调控和潮流优化能力。文中提出了一种基于SOP的有源配电网双层优化方法。首先考虑SOP运行控制的约束条件,建立了多端口SOP等效模型。然后以年综合费用最小为目标建立SOP上层规划模型,以多时段配电网电压偏差、网损最低为目标建立基于最优潮流的下层优化模型,并采用改进的遗传粒子群混合优化算法对双层优化模型进行求解。最后在IEEE 33节点算例上,对比分析了规划前后三端口SOP的优化能力。结果表明,SOP能有效解决配电网电压越限问题,同时降低系统损耗,并且合理的SOP规划对配电网运行优化效果更为显著。