MMC-HVDC直流单极接地故障分析与换流站故障恢复策略

直流母线单极接地故障是模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的典型故障,分析其故障特性对于故障的诊断、保护的设计及相关参数的优化具有工程意义,另外,故障清除后的恢复也是需研究的重点问题。针对典型交流接地方式,建立了避雷器不动作时直流单极接地故障暂态分析模型,分析了接地装置参数对故障特性的影响,同时定性分析了避雷器动作对故障特性的影响。针对换流站的故障恢复问题,深入分析了上、下桥臂电容电压的再平衡机制,分析表明其再平衡速度取决于桥臂电阻、调制度等参数,并基于理论分析,设计了一种附加控制器以加速电容电压再平衡,降低其对系统和控制参数的依赖。最后基于PSCAD/EMTDC搭建双端MMC-HVDC仿真模型,验证了故障特性分析和故障恢复策略的正确性和有效性。     

基于超级电容的新能源惯量-阻尼-电抗综合模拟控制方案

光伏、风电等新能源发电大规模接入电网逐步替代传统同步机,导致电网惯量和阻尼水平不断下降,威胁电网安全稳定运行。针对上述问题,提出了一种基于超级电容的新能源惯量阻尼电抗综合模拟控制(composite inertia-damping-impedance emulation control, IDIE)方案。通过联立同步机转子运动方程和超级电容功率动态方程,并结合同步机功率传输方程,设计了通过控制超级电容有功功率以综合模拟同步机旋转质量、阻尼绕组和绕组电抗三者物理特性的核心算法。并利用小信号稳定性分析对方案关键参数进行优化。最后,基于控制器硬件在环试验在各种暂态工况下对IDIE方案进行了评估。结果表明,IDIE方案在灵活模拟同步机惯量的同时,可通过配置优化模拟阻尼和模拟电抗,保障频率稳定性,支撑电网动态运行。     

基于电网专家策略模仿学习的新型电力系统实时调度

随着可再生能源的大规模并网,电网运行逐渐表现出高阶不确定性的新特征,给系统安全稳定运行带来严峻挑战。基于模型驱动的传统实时调度方法需占用大量计算资源,而近几年受到广泛关注的强化学习(reinforcement learning,RL)方法由于处理高维复杂电网状态信息,存在训练速度缓慢等问题。为此,该文提出一种可用于电网实时调度的电网专家策略模仿学习方法(gridexpertstrategyimitationlearning,GESIL)。该方法首先基于图论思想建立了电网模型,其次设计了考虑电网安全运行和电力平衡控制的电网专家策略,然后利用模仿学习融合专家策略与所建模型,获得可用于电网调度决策的GESIL智能体。该文在高比例新能源占比的IEEE118节点修正模型中对比了GESIL、传统调度方法和RL方法。分析结果表明,GESIL可更加稳定高效地计算出电网运行优化方案和电力平衡控制策略,显著提升调度决策的优化效果和计算速度。     

基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制

当基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统采用有功功率-直流电压线性下垂控制策略时,直流网络特性会影响换流站功率分配的准确性。在直流输电网络拓扑未知的情况下,通过建立换流站通用的有功功率-直流电压数学模型,分析了直流网络特性影响下的换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性特征。基于此,提出一种基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制策略,可在直流输电网络拓扑及参数未知的前提下,利用搜索技术实时获取换流站在可能运行范围内的精确非线性下垂特性曲线,再将该曲线周期性地更新到换流站底层控制中,最终实现多端柔性直流输电系统换流站有功功率的精确控制。通过在MATLAB/Simulink中建立四端环网直流输电系统模型,不仅对换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性分析结论进行了验证,还与传统线性下垂控制进行对比,验证所提控制策略还原换流站非线性下垂特性的准确性以及换流站有功功率精准控制的优越性。     

实现转子转速保护的双馈异步发电机有功输出速降新方案

当电网发生输电阻塞、直流闭锁、短路故障等异常状况时,迅速降低风电机组有功输出可有效减小系统发生安全稳定事故的风险。风电机组的变流器能够快速准确地控制有功输出,然而,由于桨距角动作缓慢,风力机捕获的机械功率难以及时调整以匹配速降后的有功输出,所累积的盈余能量易造成转子过转速,损害风力机机械系统。为此,提出一种通过协调控制直流卸荷电路与风力机桨距角实现转子转速保护的双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)有功输出速降方案。在通过转子侧变流器将有功输出迅速降至指令值后,即投入卸荷电阻消耗不平衡能量来及时抑制过转速,同时尽快调整桨距角从根本上消除盈余能量,切出卸荷电阻,在更长时间尺度下维持初始转速。分别在执行上级有功速降指令与低电压穿越两种场景下,通过与现有仅依赖桨距角或能量装置的两种典型DFIG功率控制方案和常用撬棒保护方案的仿真对比,验证了该方案的多方面优越性。     

基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站及其控制策略

为提高海上换流站的紧凑型性并降低换流站一次性投入成本,西门子公司提出了基于二极管整流器(diode rectifier,DR)的高压直流输电技术,在此基础上,国内外学者对其控制策略及各种串并联拓扑进行了研究,但仍存在结构复杂、可行性差、运行灵活性低等问题。为此,提出了基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站拓扑,正负极分别采用模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)和DR,以充分利用MMC灵活可控和DR体积小、成本低、可靠性高的优点。为降低直流电缆输电损耗,提出了复合式换流站正负极功率平衡控制,将接地极电流控制在零附近,提高了输电效率,可将高压直流电缆所产生的损耗降低67.7%。设计了限功率控制,在发生直流非对称故障期间通过低速通信,可主动对风电场发出功率进行限制,防止了换流站过电流风险,提高了系统可靠性。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析对所提拓扑及其控制策略进行了可行性验证。     

基于延时补偿的新能源惯性时间常数评估方法

新能源惯量响应正逐步成为并网规程的新要求及辅助服务市场的新产品,其惯量响应性能的测试与惯性时间常数的评估,有助于满足相应并网规程要求和清算辅助服务产品经济效益,但惯量响应性能测试标准中未涉及惯性时间常数的评估方法。为此,文中提出了一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数评估方法。首先,基于电网模拟器生成系统可能存在的频率变化率和频率偏移量,依据惯量关键评价指标合理选取全动态过程分析的时间节点,以提高分析精度;然后,对惯量响应过程中的有功功率-频率延迟环节进行计算和补偿,以消除延迟造成的评估误差;最后,设计了一种依据差分化同步机摇摆方程的惯量连续评估算法,实现对新能源惯量的准确评估。在RTLAB半实物平台搭建了新能源惯量评估实验环境,验证了所提算法在不同延时场景下评估结果的准确性。     

基于MMC的高压直流三极输电技术

在借鉴传统高压直流三极输电和模块化多电平换流器型直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的基础上,提出基于MMC的高压直流三极输电技术。该技术采用五电平子模块来满足极3直流电压极性和直流电流方向周期性变化的要求。首先分析了五电平子模块的工作模式和闭锁后故障等值电路,而后分析了基于MMC的高压直流三极输电的电流调制策略,设计了MMC相应的控制策略。最后基于PSCAD/EMTDC搭建了基于MMC的高压直流三极输电系统,仿真算例结果验证了该系统的可行性。     

基于固态变压器的互联交直流微电网功率互济自主控制

为充分发挥固态变压器在微电网中的灵活调节能力，提出一种面向多端口固态变压器互联交直流微电网的功率互济自主控制方法。该方法根据固态变压器多端口互联的交直流独立子网的有功–频率以及有功–直流电压下垂控制特性，通过定义各子网的瞬时有功不平衡归一化变量，来衡量交直流微电网全局功率不平衡程度。基于此，以使各子网瞬时有功不平衡归一化变量相等为目标，设计固态变压器中三级换流器的联合控制策略，实现全局不平衡功率在各子网之间的均衡自主分配，促进各子网之间的功率互济。建立小信号模型，并对所提功率互济自主控制的关键参数进行优化。基于RT-LAB的控制器硬件在环实验验证了所提方法能够自主、灵活地实现互联交直流微电网子网间的功率互济。