多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

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。     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式。     

多端直流输电技术及其发展

分析了多端直流输电系统的运行机理,概述了国内外多端直流输电的应用情况,并从多端直流输电系统的模型建立、控制策略、直流调制、潮流计算以及基于VSC的多端直流输电技术等几个方面综述了国内外在理论方面的研究成果,展望了多端直流输电技术的发展趋势,认为多端高压直流输电也是我国大区电网发展中值得考虑的一种电网互联模式和可供选择的输电方式.     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。     

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性,仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。     

VSC的多端直流输电系统的控制策略

采用电压源换流器(VSC)的新型直流输电技术有两端和多端系统,在目前的电力运输中具有广泛应用,如在分布式发电及中/低电压输配电等方面均有已用。本文通过介绍采用以直流电压-有功功率为调节特点的多端直流输电系统的控制手段来提高系统运行的可靠性。再通过实验分析该方法的可行性,与单点直流电压的控制手段进行比较发现,可显著提高直流电压的质量和换流器的利用效率等。     

海上多端直流输电系统协调控制研究

为了避免多端直流输电系统(multi-terminal DC,MTDC)对各换流站之间高速通信的要求,实现各换流站间的自主协调控制,基于电压源型换流器的电压?电流特性和故障时减少风功率注入的思想,提出了种应用于大规模海上风电场功率远距离外送的多端直流输电系统协调控制策略。在多端直流输电系统正常运行时,网侧换流器不仅可以控制直流电压的稳定,而且可灵活对电网进行风电功率传输。在多端直流输电系统故障运行时,风场侧换流器来保持直流电压的稳定和协调风场间各风机出力。后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,针对所提出控制策略的动态性能进行了仿真验证,结果表明所提控制策略能够保持直流电压在交直流故障等大扰动下相对稳定,维持系统正常运行。     

适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制策略,分析了现今最受认可的直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的缺陷,并结合2种控制策略的优点,提出了一种新型直流电压控制策略——直流电压偏差斜率控制策略。该控制策略利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站直流功率的跟踪;利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,加快了其动态响应能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对直流电压偏差斜率控制策略的特性进行了稳态仿真分析以及暂态仿真分析,仿真结果表明:采用直流电压偏差斜率控制策略后,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠运行。     

抑制直流送端系统暂态过电压的直流和风电控制参数协调优化

为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种直流和风电控制参数协调优化方法。首先,从整流站与风电场之间的无功转换角度分析了直流送端系统暂态过电压的产生机理,进而从系统无功特性入手研究了直流整流侧、风电转子侧变流器控制参数影响暂态过电压的机理,为抑制暂态过电压的控制参数协调优化提供了理论依据。然后,构建了以直流送端系统暂态过电压峰值最小为目标的优化模型,通过联合调用的方式,可在电磁暂态模型准确模拟交直流系统电磁暂态过程的基础上,进一步采用改进粒子群优化算法协调优化直流和风电控制参数,从而有效抑制直流送端系统暂态过电压。最后,通过修改后的4机11节点系统和新英格兰39节点系统的仿真分析,验证了所提方法的有效性和准确性。     

面向风电场并网的VSC-MTDC频率控制策略研究

文中建立了基于VSC-MTDC的风电场并网三端系统,充分利用直流响应可控性强,速度快的优点,根据柔性直流输电对有功功率和无功功率独立、快速控制的特点,提出了用VSC-HVDC与发电机调速器协调控制的方法,通过对给定有功功率控制器附加频率控制来提高交流系统频率稳定性。理论分析和仿真结果表明该控制策略能提高多端柔性直流输电系统的频率调整能力,当系统受到扰动时,能有效的改善系统频率稳定性。     

考虑直流侧响应的VSC-MTDC系统协调控制

针对功率参考指令经常发生变化的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的控制问题,提出了一种考虑直流侧响应的VSC-MTDC系统协调控制方法。建立了计及有功平衡的标幺值状态空间模型,其可进行系统的稳定性分析,并能反映直流侧的响应过程;基于该模型,提出了下垂系数和公共电压参考值的修正方法,可同时实现直流网络不平衡功率的合理分配和电压调整,且能够保证系统的稳定性;在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行仿真,结果表明了所提方法的有效性。     

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。     

联网型高耗能电解铝工业电网源荷协调平抑风电功率波动控制策略

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必产生联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。通过对工业电网内部火电机组与电解铝负荷联合控制进行建模,提出源荷协调平抑风电功率控制策略。基于模型预测控制方法,将电解铝负荷和火电机组调节范围以及响应速率作为约束条件,以平抑风电功率波动为控制目标,优化电解铝负荷和火电机组的有功功率调节量,减少由风电功率波动引起的联络线备用容量。以云南文山地区某个工业电网为例进行仿真,结果表明所提的源荷协调控制策略可以有效实现对工业电网内部风电功率波动的平抑,限制与大电网联络线上的有功功率交换。     

基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略

应用智能多代理系统(MAS),提出一种基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的控制策略。首先,基于网络图论的概念,提出了MAS最优通信拓扑设计方法。然后,基于VSC-MTDC系统传统下垂控制给出了完整的MAS控制策略,设计了以换流站交流母线电压、频率为输入信号的频率支撑Agent(FSA)模块和以换流站负载率为输入信号的功率分配Agent(PAA)模块,并深入讨论了FSA和PAA的配合控制问题。其中,FSA通过控制换流站的功率输出对交流电网提供快速频率支撑,PAA通过换流站之间的输出功率再分配保证VSC-MTDC系统中各换流站负载率的均衡分配。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了六端VSC-MTDC系统,通过非线性仿真证明了所提通信网络拓扑优化方法的有效性,并且验证了所提控制策略能迅速实现系统频率的稳定、有效防止换流站功率的过载。     

Disconnection control of wind power generators for the purpose of reducing frequency fluctuation

This paper proposes a new approach for disconnection control of wind power generators to reduce the frequency fluctuation caused by wind power. The approach is based on the correlation between frequency and total output of wind power generators and the turbulence degrees of individual wind power generators. At a control center, frequency and all the outputs of wind power generators are monitored, and the correlation and the turbulence degrees are computed on‐line. If the large variation of frequency is detected, then whether the variation comes from the wind power generators or loads is checked by using the correlation. When the wind power generators cause the frequency variation, the wind power generator with maximum turbulence degree is searched and disconnected from the power systems. This search and disconnection process is repeated until the correlation reaches the level where the frequency variation observed is not caused by the wind power generators. The effectiveness of the proposed approach was confirmed with the simulation studies of a two‐area interconnected power system including many wind power generators. The results show that the correlation and the turbulence degree are useful for the reduction of frequency fluctuation so as not to disconnect too many wind power generators. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(1): 10–18, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20911     

储能电池平抑风功率波动策略

为了平抑风功率波动,并优化风电场出力特性,基于双电池组拓扑结构的电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)提出了在短期内平抑风功率波动的新型控制策略。该策略基于即时控制策略,把未来风功率波动对当前储能电池充放电行为的影响纳入考虑范围。双BESS则根据策略需求进行充电或放电,任一电池组电量达到满充或满放,则两组电池的工作状态同时切换。在新型控制策略中通过风电预测并结合滚动优化法实现双BESS动态控制。实践表明该策略在风电出力特性上不仅取得了较好的平抑效果,而且能降低因储能容量不足引起的瞬时大功率波动。在电池特性上,由于采用双BESS,很大程度上降低了电池充放电次数,延长了电池寿命。     

基于N-1规则的多端柔性直流输电系统联合控制策略

在多端柔性直流(voltage source converter based multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统安全运行时,该系统必须满足N-1法则,即当该系统任何一个换流站由于故障或者检修退出运行时,剩余系统具备功率调节能力,能够恢复功率平衡,保持系统稳定运行,且暂态过电压不会超过设备绝缘裕度。为了维持VSC-MTDC直流电压尽可能地稳定在原有水平,提出了一种考虑到VSC-MTDC中任一换流站退出运行时的联合控制策略。该策略结合了VSC-MTDC系统主从控制与下垂控制的优点,令VSC-MTDC系统中容量最大的换流站为定直流电压控制,其余换流站为直流电压-有功功率下垂控制,并设置定直流电压控制换流站参与功率调节的优先级高于其余换流站,仅当定直流电压控制换流站传输功率达到上限时其余换流站才参与功率的调节。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了VSC-MTDC的仿真模型,对所提出的联合控制策略在N-1故障条件下进行仿真验证。仿真结果表明:所提联合控制策略在换流站退出运行时有效保证了直流电压的稳定以及系统功率的紧急输送,提高了VSC-MTDC的运行稳定性。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。