真双极直流配电网有功-电压分布式二级控制策略

采用下垂控制的真双极直流配电网存在负荷分配不合理以及正负极电压不平衡问题,导致换流器利用率降低、额外损耗增加,并且影响系统稳定性。为了实现负荷合理分配以及抑制正负极电压不平衡,提出了一种真双极直流配电网有功-电压分布式二级控制策略。该策略按照第二级控制功能将电压源换流器(VSC)分类,交换相邻VSC间的信息。在此基础上,逐步迭代得到相应的功率和电压收敛值,并计算得到电压调节量。由此进一步改变下垂控制参考电压值,从而实现负荷的合理分配以及抑制电压不平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了真双极直流配电网模型,仿真结果验证了该策略的有效性和可靠性。     

基于分布式协同的双极直流微电网不平衡电压控制策略

双极直流微电网正、负极直流负荷的变化会导致直流母线电压偏离额定值,使正、负极电压出现不平衡,由此产生的不平衡电流还会增加网络损耗.为协调不同分布式电源参与直流微电网的不平衡电压控制,控制电压不平衡度在合理范围内或某一限定值,保证系统的稳定运行,该文以电压下垂控制作为一次控制,再基于一致性理论和电压不平衡度与正、负极电压...     

基于电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制

双端直流配电网是一种双端电源供电的网络结构,可为直流负荷提供更加稳定和可靠的电源电压。然而,负荷的功率波动和不平衡使线路电压跌落增大,可能导致直流负荷的电压不平衡度和电压偏差指标越限,影响直流负荷的正常运行。文中基于电压源型换流器(VSC)外环电压控制,考虑中线电压补偿,提出基于电压补偿等效模型的直流配电网电压偏差及不平衡度联合抑制策略,实现直流配电网电压就地协调控制。首先,建立双端直流配电网潮流模型,将VSC电压下垂控制引入潮流模型,分析不同控制策略下的电压偏差和不平衡度的特性。其次,在此基础上,以电压最低点为分点获得双端电源供电回路压降的简化等效模型,并利用最小二乘法实现等效阻抗参数辨识,构建双端直流配电网的电压补偿等效模型。以参数辨识结果作为电压外环控制输入,提出考虑中线电压补偿的双端直流配电网电压就地协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了双端直流配电网潮流模型的正确性和控制策略的有效性。     

双极性直流微电网中多电压平衡器协调控制

针对应用电压平衡器来解决双极性直流微电网正、负极对中线电压的平衡控制问题,提出一种基于下垂控制和干扰观测器相结合的多电压平衡器并联运行与协调控制方法。应用干扰观测器,能在不需要增加额外电流传感器的情况下,利用本地测量信息即可实现对电压平衡器输出电流的快速跟踪;采用基于干扰观测器输出结果的外环直流电压下垂控制和内环输出电流前馈控制,不仅能实现在无互联通信情况下的多电压平衡器并联运行和即插即用,还能有效提高直流电压平衡控制系统的动态响应,抑制双极性直流微电网内负荷突变、间隙性分布式电源出力波动等暂态对直流母线正、负极对中线电压的冲击。最后,在包含直流模拟电源、两台电压平衡器以及相应阻性负荷、恒功率负载等构成的双极性直流微电网实验平台中验证了所提方法的有效性。     

基于三有源桥串并联直流潮流控制器的环形双极直流配电网不平衡潮流抑制

环形双极直流配电网的潮流控制自由度不足,部分线路潮流不可控,且存在极间耦合问题。对此,提出一种基于三有源桥串并联直流潮流控制器（TAB-PFC）的不平衡潮流抑制策略,同时研究了TAB-PFC的解耦控制。首先分析了受端电压、新能源出力不平衡对正负极潮流及线路损耗的影响,推导了恒功率控制下TAB-PFC输出电压和线路电流的表达式,据此建立了含TABPFC的环形双极直流配电网的小信号模型。在此基础上,引入参数解耦矩阵实现正负极控制环路间的近似解耦,提高了控制系统的动态性能。在Matlab/Simulink中建立了含TAB-PFC的环形双极直流配电网的仿真模型,并搭建了实验平台。仿真和实验结果验证了TAB-PFC抑制不平衡潮流及参数解耦矩阵方法的有效性。     

背靠背低压直流配电装备及其直流电压控制策略

直流配电网是未来城市配电网建设的趋势之一,其中两端供电直流配电网具有较高供电可靠性。该文提出一种背靠背低压直流配电装备的方案,该装备集成两变换器,具有较高功率密度。针对该装备控制的核心问题——直流电压稳定,从直流母线功率和能量平衡角度出发,利用小信号建模分析其直流电压不稳定机理,即直流电压波动由两变换器网侧电压、电流和直流负荷电流扰动引起;提出一种电流环引入多扰动量的直流电压稳定控制策略,实现低压直流配电装备在功率变化、电网电压及负荷扰动下的直流电压稳定控制。通过Matlab/Simulink仿真及样机实验验证所提直流电压稳定控制策略的有效性,将为低压直流用电设备提供稳定可靠的供电电压。     

计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算

多电压等级双极直流配电网供电容量大、运行方式灵活,已成为未来配电网发展方向。但其网络拓扑复杂,正负极相互耦合,且受直流变压器控制影响,使其潮流计算难度增大。为研究计及直流变压器控制的多电压等级双极直流配电网线性化潮流计算方法,该文首先计及双极直流变压器拓扑结构与控制方式,建立其高低压侧电压、电流传递模型;通过分解双极直流配电网络,提出双极直流配电网网络建模方法,同时建立ZIP负荷线性化等效模型,进而形成多电压等级双极直流配电网潮流计算方法。最后,在Matlab/Simulink中搭建含直流变压器的双极直流配电网案例仿真模型,验证所提算法的有效性与正确性。     

基于前端电流平衡器概念的分布式直流系统极间均衡策略

针对含高比例分布式电源的双极性直流配电系统所面临的极间均衡控制与电能质量问题,本文提出一种基于前端电流平衡器的解决方案。该方案通过在每一用户所对应的公共连接点处配备电流平衡电路,实现配电网内任意用户节点的正/负极电流均衡控制,进而实现全网正负极对称运行。在此基础上本文提出一种适用于双极性低压直流配电网的前端电流平衡器拓扑及其控制策略,并给出基于P/N型Boost电路的分布式发电单元并网架构,形成具体的分布式直流电源双极性接入技术方案。该方案一方面可实现分布式电源与直流型负载的高效率、灵活化接入;另一方面可以保证任意用户与配电网正/负极线路间交换电流相等,保证可再生能源高渗透率接入条件下直流双极间均衡运行。针对正/负极侧分布式电源功率失衡典型工况,仿真结果表明理论分析正确可靠。该方案在未来分布式直流配电系统中具备潜在应用价值。     

基于DCT的真双极直流配电网电压-电流二级控制

在真双极直流配电网中,由于线缆阻抗的差异,底层传统下垂控制在实现较小的电压偏差和较高的分流精度时,存在着有矛盾,影响系统的稳定性和运行的经济性。为此,文中在底层控制的基础上提出一种基于DC/DC变换器(DC/DC transformer,DCT)的适用于真双极拓扑的电压-电流二级控制策略。该控制策略基于通信采集同极性并联DCT的电流和异极性串联DCT的电压,采用一致性算法使电流控制与电压控制均达到收敛,从而实现负荷的合理分配并有效抑制正负极电压的不平衡。在PSCAD/EMTDC平台中搭建真双极直流配电网模型进行仿真验证,仿真和评价结果验证了该控制策略在不同工况下的有效性、对不同拓扑的适应性及配网发生故障时的可靠性。     

基于储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复策略

提出一种适用于柔性直流配电网的故障快速恢复策略。首先提出了一种储能内置式换流器(ESBC)的拓扑结构,并对双极短路故障状态下ESBC闭锁前后的子模块电容电压和故障电流的暂态特性进行分析。进而提出基于储能的故障快速恢复策略,改进故障恢复时序,并提出子模块分阶段充放电策略以抑制冲击电流。最后将提出的协调控制策略与直流配电网相结合,实现在换流器闭锁期间,储能在为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间不间断供电的同时,对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到额定值,减小换流器解锁时的电压波动,为换流器重启动缩短时间。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,验证了所提策略的有效性。     

网格式中压直流配电网潮流计算与稳态 功率分布特性研究

中压直流配电网作为连接各种类型分布式能源、负荷与主网的平台,能高效地发挥分布式电源的价值与效益。针对大量分布式能源接入的特点,提出网格式中压直流配电网拓扑方案,构建了网状结构直流配电网等值网络和节点功率、节点电压和线路网络损耗模型,提出了直流配电网潮流计算的约束条件、控制策略和功率分布算法。以网损和电压不平衡度为衡量指标,计算了不同分布式电源渗透率下的网损、电压分布,评价了网格式直流配电网接纳分布式电源的能力。仿真结果表明,电压分布不均衡度与网络损耗具有较大的相关性,且网格式结构网络接纳分布式能源的能力优于辐射型和环网结构的配网。     

非隔离型交直流变换器共模解耦控制研究

非隔离变换器高频开关及直流网不平衡负载使得系统产生高、低频共模电压,从而威胁设备及人身安全。建立了交直流接口双向AC-DC变换器共模等效模型,研究了交直流共地连接方式对高频共模电压抑制的性能。在直流侧引入中线桥臂,详细研究中线桥臂抑制低频共模电压的工作原理,并提出基于虚拟阻抗法及中线电流抑制的复合控制策略,以产生对称的双极直流母线电压,实现共模解耦。通过实验进行了验证,结果表明,提出的复合控制策略可消除共模电压和漏电流,且在交直流共地的变换器中具有良好的应用前景,从而证明了拓扑和控制的有效性。     

一种适用于柔性直流配电网的电压控制策略

随着分布式能源的兴起和电力电子技术的发展,相比交流配电网,直流配电网拥有更大的发展潜力。该文首先对直流配电网的拓扑结构、控制方法以及模式切换问题进行了阐述。其次,为了有效解决配网系统中复杂的模式切换问题,简化控制流程和优化潮流控制,文中提出了一种适用于直流配电网的电压控制策略,该策略使各端电压源换流站均具有维持电压和调节功率的能力,其中主站作为功率平衡节点,并为系统提供参考电压。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了双端和三端直流配电网结构的仿真模型。通过仿真验证了该直流配电网电压控制策略的有效性。     

基于环流注入控制的MMC型固态变压器低压直流真双极运行方案

多端口固态变压器(solid state transformer,SST)是多电压等级交直流混合配电网的核心设备。模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型SST可构建中压交流、中压直流和低压直流等端口,其中压直流端口可接入中压直流配电网及构成多区域交流配电网的柔性互联,从而提升区域网络间功率灵活调节能力。对于低压侧,具有不平衡运行能力的真双极直流母线能够满足低压用户对多电压等级、供电可靠及用电安全等需求,而常规的MMC-SST仅能提供单极或伪双极低压直流端口。因此,文中提出一种真双极型MMC-SST拓扑及基于主动环流注入的桥臂电压平衡优化运行方案,该结构同时具备中压交流、中压直流及低压真双极直流等端口。文中的主要工作包括:简述真双极型MMC-SST连接方式,并基于能量平衡原理,探索低压真双极运行工作机理;建立基于环流的动态模型,揭示双极不平衡功率、桥臂电容电压及环流之间的耦合关系;基于环流注入的稳态模型,获得基于主动环流注入的桥臂电压平衡运行方法,并优化注入环流的幅值和相位;提出基于环流主动注入的桥臂电容电压平衡控制策略。最后,搭建2MVA的MMC-SST仿真模型及4.8kVA的MMC-SST实验样机,验证所提拓扑及控制的可行性和有效性。     

无源负荷侧无功功率快速供给的VSC-MTDC系统故障穿越协调控制

考虑到无源负荷对电压变化敏感,同时交流故障期间直流电压会出现大幅波动,研究了向无源负荷供电的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统交流故障穿越策略,提出了一种故障穿越协调控制方法：受端站在满足无功优先的原则下,依据交流电压跌落情况直接计算电流指令,仅采用电流内环控制以实现对无源负荷侧无功功率的快速供给,为负荷侧交流电压的恢复提供无功支持;为与受端站协调,连接电网的送端站也切换至快速电流控制,故障电流指令值由直流电压变化大小和方向直接计算得到,并满足多端VSC-MTDC系统的I-V下垂特性,以优先保证VSC-MTDC系统的有功需求,快速实现系统功率平衡,减小故障期间直流电压的波动幅度。在MATLAB/Simulink中搭建了向无源负荷供电的三端VSC MTDC系统模型,仿真结果表明所提协调控制策略能够提高无源负荷的故障穿越能力,实现VSC MTDC系统的稳定运行。     

考虑负荷类型的含分布式电源系统对配电网电压的影响

针对配电系统自身的特点,考虑负荷类型,将恒功率、恒电流和恒阻抗结合起来组成ZIP负荷模型,在传统牛顿法的基础上,提出了一种计及负荷类型的改进的牛顿潮流算法。研究了不同类型分布式电源接入辐射型配电网络前后对系统各节点电压的影响。利用Matlab软件对33节点系统进行仿真,表明了该方法的可行性,比较分析了不同负荷类型,不同DG类型接入对配电网电压的影响,并根据测试结果总结出相关规律,所得结论可为DG接入配电网提供依据。     

直流配电网络运行优化研究

能源危机、环境问题以及直流负荷比例增大推动了直流配电网的发展,电力电子器件的灵活可控性使得直流配电网的供电特性有别于传统交流配网,直流配电网络运行优化问题的研究当结合其特殊性。本文全面总结了直流配电网中分布式电源、储能系统以及交直流(AC/DC)换流站以及负荷等端口的输出模型,然后以这些输出特性为基础对直流配电网进行网络分析,进而在直流配电网络分析的基础上建立以网络损耗最小为目标的优化模型,优化模型以联络线功率限值、节点电压限值、各端口输出特性限值为约束条件。案例分析表明所提出的直流配电网络分析方法和优化模型均是可行的,且可以从实时运行层面达到新能源高效被利用。     

直流配电网电压协调控制方式研究

随着分布式能源的应用和电力电子技术的发展,直流配电网受到广泛关注,其电压协调运行控制是研究的关键技术之一。针对直流配电网内部DG或负荷功率的不确定性,提出一种直流配电网电压协调运行控制模式,在模式中,电压源换流站中主站作为系统"平衡节点",采用带裕度的电压控制模式,从站采用电压功率下垂控制模式,并且主从换流站之间协调运行,维持系统电压稳定和功率平衡。最后通过对直流配电网的仿真分析,验证了协调控制模式的有效性。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

配电系统非恒功率负荷潮流计算方法

针对配电系统中负荷的非恒功率特性对潮流计算的影响,提出一类改进的基于负荷电压-功率特性的配电网潮流支路前推回代法。算法线性收敛,计算速度快,计算结果能更准确地反映负荷实际电压特性对于各个节点电压和功率的影响。而且对算法收敛性进行分析和证明,给出算法的收敛判据,并证明当满足收敛条件时必存在唯一平衡收敛,说明恒功率潮流计算方法仅是该文提出方法的特例。在美国PG&E的69节点配电系统上的仿真结果表明,与恒功率支路电流法相比,在故障情况下该文提出的方法计算结果能更准确地反映出更多的系统信息,结果验证研究结论的正确性流计算方法相比,在故障情况下该文提出的方法计算结果能更准确地反映出更多的系统信息,结果验证研究结论的正确性和实用性。