基于FMSS的配电网馈线互联控制策略

现有的电力系统配电网亟需解决分布式电源大规模接入的问题,由于目前配电网一般设计时采用闭环方式,运行时采用开环方式,造成配电网内部会出现严重的馈线功率不平衡问题,常规开关等传统调控方法难以有效解决这类问题,而柔性多状态开关可以有效平衡馈线负载分配。针对这一问题,文中提出一种基于柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的配电网馈线互联控制策略。在探讨了FMSS接入配电网原则与拓扑结构的基础上,研究了开关和两边馈线实现功率交换的机理,设计了相应的控制策略使得FMSS可以同步实现配电网有功潮流调节与无功补偿。搭建了FMSS的仿真模型与试验平台,从而对配电网馈线互联控制策略的可行性与有效性进行验证。试验结果表明,文中提出的基于FMSS的配电网馈线互联控制策略能够较好地实现有功潮流调节与无功补偿。     

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。     

主动配电网中多端柔性多状态开关的选址定容优化

智能柔性多状态开关作为网间功率调控媒介,在主动配电网中实现有功/无功协调并优化运行状态,发挥巨大的应用价值。本文考虑多端柔性多状态开关的拓展性,定义其接入的约束限制和位置向量,提出含柔性多状态开关主动配电网的经济成本优化配置模型。规划目标追求周期最小经济成本,综合考虑设备运行、连接损耗、网间交互和容量配置等成本因素来配置柔性多状态开关接入位置和端口容量。进而采用改进遗传算法和二阶锥规划的混合算法求解。最后,依托实际智能配电网示范工程,在馈线组算例系统中展开测试,结果表明所提方法能保证综合经济成本合理控制,并发掘了柔性多状态开关与无功补偿的有功/无功协调控制的性能,且算法稳定高效。     

三端柔性多状态开关运行控制与示范应用

分布式能源的广泛接入可能会导致诸如配电网电压越限和网络堵塞等多种问题。柔性多状态开关（flexible distribution multi-state switch, FDS）是一种调节能力强、控制灵活性高的新型电力电子设备,可以有效解决间歇性分布式电源（distributed generators, DGs）高比例接入所引起的一系列问题。三端柔性多状态开关可以更安全、可靠和快速地调节系统潮流,通过对有功功率和无功功率的快速、精准控制,进一步实现馈线之间的柔性互联,从而改善系统电压水平,提高供电可靠性。介绍了广东佛山柔性多状态开关示范工程的基本情况,提出含柔性多状态开关的配电网故障自愈控制策略,建立含柔性多状态开关的配电网运行优化和自愈控制的统一模型,并在示范工程实际算例上分析了柔性多状态开关对改善配电网运行状态的作用。结果表明,柔性多状态开关的应用可以有效地改善配电网电压分布,同时提高供电可靠性。     

基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略

柔性多状态开关大多采用"刚性"的变流控制策略,导致其端口惯性与阻尼不足,直流微电网通过其接入时难以与交流配电网进行柔性互联,无法响应交流配电网调频调压.为此,提出一种基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略,交直流端口统一采用虚拟电机控制,通过模拟电机的惯性和阻尼特性使交直流端口呈现柔性特性,同时针对馈线负荷不均衡问题提出一种考虑直流微电网功率交互的负荷均衡策略.仿真结果表明,所提策略能够降低直流微电网波动对交流配电网的冲击,增强直流母线电压的稳定性,主动响应交流配电网调频调压,实现了馈线负荷均衡,提升了柔性多状态开关的调控灵活性.     

基于模块化多电平换流器的直流融冰装置馈线潮流控制仿真

本文对基于模块化多电平换流器(MMC)的直流融冰装置进行功能拓展,利用其整流侧对称的拓扑将其延展为双端柔性互联装置,接入配电网对馈线潮流进行控制,灵活改变交流系统电压、电流使其满足上层功率指令变化,并在其中一侧交流系统发生短时电压波动时由对侧方向交流系统提供一定的无功支撑,在提高配电网供电可靠性的同时也提高了设备的利用率.首先对基于模块化多电平换流器的直流融冰装置拓扑及直流侧整流系统的控制方式进行设计并加以说明,进而在仿真平台搭建实际双端柔性互联装置模型,通过改变功率参考值及暂时电压波动得到过渡过程的电压、电流波形,验证直流融冰装置在融冰期外作为柔性互联装置实现馈线潮流控制的有效性.     

具有故障隔离能力的柔性多状态开关拓扑及控制技术研究

交流配电网普遍存在闭环设计、开环运行的现象,导致负荷转供速度慢,馈线功率不均衡。同时直流负荷的增加以及新能源渗透率的提高给配电网运行控制带来了新的挑战,要求配电网具备更强的潮流调节能力。为解决上述问题,研究了用于配电网馈线互联的柔性多状态开关(Soft Multi-State Open Point, SMOP)技术,提出基于双钳位子模块(Double Clamp Sub-Module, DCSM)的四端口模块化拓扑结构。基于其数学模型分析,确定了各端口的运行范围,设计控制系统结构并提出自愈控制策略。最后基于PSCAD搭建了四端口柔性多状态开关仿真模型,验证了所提拓扑及控制策略的有效性。     

不平衡和非线性负载条件下柔性多状态开关控制技术研究

配电网中连接在两条或多条馈线间的电力电子变流器统称为柔性多状态开关,可作为理想的补偿装置,用来补偿频率和大小变化的谐波、负序和无功。文中建立了不平衡和非线性负载条件下柔性多状态开关的数学模型,根据不平衡系统的控制目标,确定以瞬时无功功率理论为基础的参考电流检测方法,变流器的输出电流采用PI控制器进行调节,从而达到补偿负载电流中的谐波、负序和无功电流,实现电能质量改善。在MATLAB/Simulink环境下,建立了不平衡和非线性负载条件下三端口柔性多状态开关系统的仿真模型,研究结果表明了所采用的方法能够有效地补偿不平衡负载电流中的谐波、负序和无功电流,并表现出了良好的动态性能。     

适用于交直流混联配电网的多端口柔性互联开关EI北大核心CSCD

随着分布式能源的高比例渗透和电动汽车的大量接入,传统交流配电网在电能质量、潮流调控和供电可靠性等方面面临着巨大挑战。基于柔性互联开关,构建柔性互联系统,可有效缓解上述问题。现有的中压柔性互联工程普遍采用背靠背型模块化多电平换流器(back-to-back multilevel modular converter,BTB-MMC)方案,多个MMC通过直流链路相连实现所连馈线的互联互通,并由此构建中压直流配电网,形成交直流混合配电网,以更好的消纳直流负荷,但该方案成本高、占地面积大,不利于大规模推广。因此,该文结合MMC结构特点,提出一种适用于交直流混合配电网的多端口的柔性互联开关(multi-port flexible interconnection switch,MPFIS),通过小容量模块引出多个中压交流端口互联多条中压交流馈线,通过协调控制方式实现各馈线的有功无功解耦控制。其具有的中压直流端口,可连接中压直流配电网。围绕提出的MPFIS拓扑,分析其功率调节原理、能量平衡机制,并提出相应的控制策略。接着,为阐述MPFIS方案的优势,将该方案与常规BTB-MMC方案进行对比。最后,仿真与实验结果验证了所提方案及控制策略的可行性与有效性。     

基于柔性多状态开关的配电网电压波动越限抑制方法

风电、光伏等可再生能源具有波动性和随机性,当其接入配电网时可能会造成配电网电压波动甚至越限。研究了含分布式电源的配电网电压越限问题的模型,以柔性多状态开关换流站示范工程为例,分析了柔性多状态开关的工作原理以及含柔性多状态开关的配电网对分布式电源的消纳能力。提出了在未知分布式电源出力和网络拓扑结构的情况下,采用由柔性多状态开关施加功率扰动的方法得到节点电压对有功功率和无功功率的灵敏度系数,进而调整流过柔性多状态开关各端口变流器的功率,使电压回到合理范围内。通过仿真验证了所提调控策略的有效性,解决了配电网电压波动越限的问题。     

基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型研究

针对传统配电网采用闭环设计、开环工作,导致存在配电网中馈线功率失调等问题,提出基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型研究。构建柔性多状态电源开关模型,分析柔性多状态电源开关的工作原理,基于FCS-MPC的控制策略,通过建立离散数学模型调节PI双闭环控制方法的参数值,采用二阶拉格朗日外推法运算配电网侧电压的参考预测值,实现柔性多状态电源开关高比例输配电的正常运行。研究结果表明,当配电网稳态运行时,研究模型可按照开关容量约束实行合理补偿,保障配电网稳定运行;当配电网三相不平衡运行时,研究模型能够保证两侧配电网传输的功率值与设定值相等,保障配电网正常运行。     

柔性多状态开关应用场景分析

随着配电网负荷、分布式能源及电动汽车的快速增长,传统的配电网结构与调控方式面临巨大挑战,馈线功率失衡、变压器重过载、城市输配电增容困难等问题日益突出.配电网柔性多状态开关技术为解决上述问题带来了可能.文中以配电网区域柔性互联典型应用场景为切入点,分析了柔性多状态开关适用的不同应用场景,研究了不同应用场景下柔性多状态开关的应用背景和优势,并对典型应用场景下功能需求、技术支撑情况、示范应用以及研究难点进行了分析,给出了不同应用场景面临的关键问题和挑战,并展望了柔性多状态开关未来的研究方向.     

柔性多状态开关模型预测协同控制策略

柔性多状态开关(FMSS)作为一种新型电力电子装置能够部分替代配电网中传统联络开关,实现潮流的不间断灵活调控,优化电压分布。探讨了三端FMSS在配电网中的几种可能接入拓扑及工作模式,建立了三端FMSS的动态数学模型,结合三端控制约束提出了三端FMSS模型预测协同控制策略。该策略具有原理清晰、实现简单、动态响应速度快等优点,避免了传统比例—积分(PI)双闭环控制策略存在的控制结构复杂、PI参数较多且整定困难的问题。基于模型预测控制对各端口UdcQ控制模式、PQ控制模式,以及Uacf控制模式进行了具体算法实现。为了验证所提方案的有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端FMSS仿真模型,不同工况下的仿真结果验证了所提三端FMSS模型预测协同控制策略能够有效实现多端口间的协同控制,发挥FMSS的调节功能,为FMSS的配电网应用提供灵活的解决方案。     

应用于配电网三端柔性互联的三角形交交变换器

针对配电网三端柔性互联,提出了一种三端口三角形交交变换器.首先,介绍了三端口三角形交交变换器的电路拓扑,其与三端口背靠背模块化多电平换流器相比桥臂数量减少了一半.然后,分析了三端口三角形交交变换器的工作原理,建立其数学模型,并采用相量图法研究其运行特性.之后,结合柔性多状态开关的应用需求设计了控制策略,利用第3个桥臂的电流调节特性,在满足输出馈线功率需求的基础上,实现了2条输入馈线上的功率灵活分配.最后,采用仿真验证了所提出的三端口三角形交交变换器拓扑和数学模型的正确性及其控制策略的有效性.     

含柔性多状态开关的配电网分区方法

柔性多状态开关是一种新型智能配电装置。结合柔性多状态开关的功能特点,提出了含柔性多状态开关的配电网分区条件。以多层图分割理论框架为基础,提出了由粗化、分区和还原阶段构成的分区方法。在粗化过程中,提出了基于最短电气距离的粗化方法,使用贪婪图生长算法完成初始分区,并在还原阶段提出了基于路径搜索的还原方法。分区方法不仅能够优化配电网的运行指标,还能够提高配电网的可控性和灵活性。通过IEEE 118节点配电网算例对所述分区方法进行了说明和验证,并结合柔性多状态开关的调控对分区效果进行了进一步分析。结果表明,该方法能够改善配电网的日均馈线负载均衡度,并能够和柔性多状态开关的调控相配合,进一步改善配电网每一时刻的馈线负载均衡度和电压分布。     

面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略

分布式电源的大规模接入使得中低压配电网具备参与优化调度的能力,但分布式电源出力的随机性和潮流分布的复杂化为中低压配电网无功优化带来了新的挑战.考虑台区拓扑信息不全的现实问题和传统协同优化的局限性,文中提出面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略.首先,对馈线和台区分别建立馈线物理模型和台区拟合模型.然后,利用主从分裂法对全局无功优化模型进行分解,并将不可控台区的潮流拟合模型引入馈线无功优化模型,从而充分调用馈线资源改善不可控台区各节点的电压质量,解决基于物理模型协同优化的局限性,提升协同无功优化水平.算例仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性.     

主动配电网自动电压控制系统架构设计

针对配电网中引入大量分布式电源后运行特性和无功电压特性与传统配电网的显著差别,提出了基于配电自动化系统的主动配电网自动电压控制系统架构。以馈线实时拓扑连接为基础,提出以无功可调设备为控制对象的自治控制区域划分方法。设计了以自治控制区域作为控制单元的电压无功控制策略,包括电压控制分区策略、电压越限控制策略、馈线无功越限控制策略及与其他系统的协调控制策略和安全闭锁策略,并给出了主动配电网自动电压控制系统的整体流程。结合实际案例验证了文中所述主动配电网自动电压控制系统架构是一种在配电自动化系统层面进行电压无功控制的有益探索。     

柔性互联配电系统连锁故障风险评估

为分析柔性多状态开关(FMS)保护隐性故障引起的柔性互联配电系统连锁故障风险,首先介绍其物理结构,随后分析稳态特性、交流馈线故障时的暂态特性,以及FMS的控制保护策略.然后,提出了引起保护误动的不确定因素并对其进行建模,并在此基础上分析了连锁故障形成的机理,建立柔性互联配电网连锁故障风险指标,并提出了基于蒙特卡洛法的概率指标和基于最优切负荷故障后果的计算方法.最后,以改进IEEE 33节点系统为算例,评估了系统连锁故障风险,并分析了故障位置和分布式电源渗透率因素对风险的影响.     

配电变压器与静止无功补偿器一体化技术研究

针对我国配电网及箱式变电站无功补偿存在的问题,提出一种融合配电变压器和静止无功补偿单元的一体化无功补偿技术,该技术利用配电变压器的富余容量,动态补偿变压器及其负载的无功消耗;通过灵活的接入电压选择,扩展了补偿单元电力电子器件的选型范围;紧凑的一体化结构也有效降低了补偿装置的体积和成本,提高了装置的整体效率。介绍了该技术的结构形式,并针对其结构特殊性,提出了2种跨端口瞬时无功功率（电流）的检测方法。仿真和实验结果表明,该技术对配电网无功动态补偿和综合电能质量控制有着显著的效果。