柔性互联微网模式紧急切换平滑控制策略

微电网与柔性多状态开关构成的柔性互联多微网是构建以分布式电源为主的新型配电网的主要途径之一。为解决互联微网紧急状态下模式切换产生的冲击,提出微网和柔性多状态开关协调控制的平滑切换策略。分析功率调节、过渡状态、紧急控制3个阶段的特点,提出微网储能自适应下垂系数控制方法,解决切换时延过程源荷失衡造成的电压与频率稳定问题,提出协同相角补偿-协同控制切换-预同步的柔性多状态开关平滑切换方法,平抑切换瞬间柔性多状态开关初始相角和控制方式突变造成的冲击。利用PSCAD/EMTDC建立柔性互联微网仿真模型,验证所提策略可有效抑制微网模式紧急切换冲击,实现微网的持续安全稳定运行。     

基于三端口柔性多状态开关不同运行模式间的切换技术

柔性多状态开关(FMSS)作为一种可控电力电子装置,可提供精确的有功和无功功率流量控制,在馈线发生故障后,柔性多状态开关能迅速检测和隔离故障,并迅速恢复失电负载供电。文中建立了三端口FMSS的正常并网侧和故障离网侧的数学模型,分析了三端口FMSS在正常并网和故障离网两种运行模式下的工作原理和控制策略。采用控制器状态跟踪控制方法实现三端口FMSS的控制模式平滑切换,并与硬切换方式相比较,说明了该方法能平滑调节和稳定输出的优点。为了验证切换方法选择的实用性和有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建三端口FMSS仿真模型,获得三端口FMSS的不同运行模式下和切换过程中的动态响应特性。     

考虑转供与重构协同的多端柔性互联配电网供电恢复策略

柔性互联装置（FID）实现配电网不同馈线之间的柔性互联,可实现故障后配电网的快速恢复供电。该文以含直流网络的四端柔性互联配电网为研究对象,提出基于FID和网络重构的多端柔性互联配电网两阶段供电恢复策略。首先,在分析FID运行模式工作原理的基础上,提出了故障快速转供的FID平滑控制结构和考虑开关同期并网控制虚拟同步发电机（VSG）控制策略,支撑故障后第一阶段FID的快速供电恢复;然后,通过建立和求解考虑联络开关和FID容量限制的全局优化模型得出FID与网络重构相结合的第二阶段供电恢复策略,更大限度地恢复失电负荷;最后,利用PSCAD/MTDC仿真软件搭建了一个58节点四端含直流网络的柔性配电系统进行仿真验证。结果表明,所述供电恢复策略不仅能实现部分负荷的不停电转供,还能够通过网络重构大幅提高负荷恢复水平。     

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LADRC的柔性多状态开关平滑切换策略

为实现多端口柔性多状态开关(flexible multi-state switches,FMSS)在所连馈线发生故障时的平滑切换,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的平滑切换策略,使用LADRC代替比例积分(proportional integral,PI)控制器的直流电压外环并设计解耦状态观测器以便控制器参数调节,引入内环电流指令值反馈以减小其在控制模式切换时的变化幅度,实现FMSS控制模式的平滑切换。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了馈线故障出现在PQ或UdcQ控制端口的连接处时,采用基于LADRC的平滑切换策略均可显著减小FMSS的直流电压偏移率,使端口有功功率过渡平滑,迅速恢复稳定,更好地实现了多端口FMSS控制模式的平滑切换。     

基于并查集的柔性多状态开关定容方法

柔性多状态开关(FMSS)作为配电网改造中的重要电力电子元件,因成本较高和相关技术的不成熟,尚未得到广泛应用。为合理规划FMSS的容量,同时兼顾配电网经济性和供电可靠性,以年均总成本最小为优化目标,建立了含新能源配电网的综合成本评价模型,并应用粒子群优化算法进行求解。为考虑FMSS运行模式的动态切换,等效简化了复杂工况下FMSS的工作模式,引入并查集算法以快速、有效地确定FMSS实时运行模式,大幅提升了定容问题的求解速度,克服了现有优化配置方案对FMSS运行策略多样性和动态性考虑不够充分的缺陷。IEEE 14节点和IEEE 33节点互联配电系统的多组对比仿真结果表明,所提方法在求解速度上有一定的优越性,优化所得方案能促进新能源消纳,提高配电网供电可靠性,且具备良好的经济效益。     

分区互联配电网异步孤岛模式切换策略研究

大规模分布式电源的存在允许配电网通过网络重构改变供电方式,实现部分区域在必要时刻以异步孤岛形式运行。但配电网运行方式的改变必然伴随着关键换流器控制模式的切换和参数的调整,如何平稳地实现配电分区在并网和孤岛之间的转换是实现有源配电网安全可靠运行的重要内容。针对通过软开关（soft open point, SOP）实现柔性互联的配电分区,分析了该系统由并网转为异步孤岛运行的暂态特性,提出了基于参考功率自适应的改进下垂控制策略,并采用状态跟踪方法降低了配电网运行状态切换时刻的暂态波动,实现了配电网运行方式的平滑切换。在PSCAD/EMTDC环境下搭建了仿真模型进行验证,结果表明,所提控制方法可有效提升分区互联有源配电网运行的灵活性。     

基于配电网过载风险的柔性多状态开关容量优化配置

柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)可连接存在电压差和相角差的馈线,并按指令在馈线之间转移功率,能够有效平抑馈线负荷过载。FMSS各端的容量需要优化配置。基于负荷的时序随机概率模型,建立配电网负荷特性和过载风险之间的解析表达式;并提出考虑FMSS降低过载风险收益和投运成本的FMSS容量优化配置模型;最后以含三端FMSS的配电网为例,利用上述优化模型,计算不同负荷运行场景下FMSS容量优化配置方案。结果表明,FMSS的容量优化配置与配电网的负荷特性紧密相关,优化模型可为FMSS各端容量优化配置提供参考。     

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。     

基于柔性多状态开关的配电网电压波动平抑策略

由于分布式电源出力的波动性与随机性,其接入配电网后会造成电压波动问题。为此,提出了基于柔性多状态开关(flexiblemulti-stateswitch,FMSS)的电压波动平抑策略,利用柔性多状态开关的灵活调控能力对电压波动进行抑制。首先通过分析分布式电源与柔性多状态开关出力对配电网电压分布的影响,阐述了柔性多状态开关抑制电压波动的原理。然后建立了以配电网和柔性多状态开关运行状态为约束条件、以电压波动最小为目标函数的含柔性多状态开关的配网运行模型,通过粒子群算法(particleswarm optimization,PSO)进行优化求解,并提出了一种考虑时序电压变化量的电压波动指标。以三端口柔性多状态开关连接3个IEEE33节点网络为算例,通过仿真实验实现并验证了所提策略,检验了所提指标的可行性。仿真结果表明,所提策略在分布式电源接入情况下对配电网电压波动有良好的抑制效果。     

计及信息失效的柔性配电系统集中-分散协调控制策略优化

柔性多状态开关(FMSS)接入配电网,能够通过主动控制实现配电网正常与故障情况下的优化运行,同时也加深了对控制的依赖.为降低通信设备随机故障带来的运行风险,该文提出一种计及信息失效的柔性配电系统集中-分散协调控制策略优化方法.首先,建立柔性配电信息物理系统模型,分析了系统在不同状态下的控制方式;然后,采用自适应模糊C均值聚类方法与故障树法处理运行和故障场景的不确定性,在此基础上,以电压偏差与失负荷量最小为目标,建立了分布式资源集中-分散控制策略的双层优化模型,上层优化通信故障的分布式资源分散控制策略,下层仿真多场景下的柔性配电系统分布式资源的集中-分散协调优化运行;最后,以三端FMSS连接的三个IEEE 33节点系统作为测试算例,算例结果表明:通信设备随机故障下,分布式电源采用注入上限控制、FMSS延续故障前策略,可有效降低系统运行风险.     

配电网柔性互联系统多模式运行及其调控策略

针对基于柔性多状态开关的配电网柔性互联系统存在的多模式运行与切换、馈线负荷不均衡和主变重载问题,提出了基于虚拟同步机技术的负荷均衡调控策略和主变重载自动调控策略。首先,根据馈线与主变的负载状态,将系统进行运行模式划分;然后,针对系统的不同运行模式深入分析对应模式下的功率传输平衡关系和内在切换逻辑,应用调控策略得到多模式运行下的柔性多状态开关有功功率调控指令,实现了系统多模式稳定运行和自由切换、馈线负荷均衡以及主变重载自动调控,且无需进行控制策略切换。     

含柔性多状态开关的多端互联配电系统可靠性评估与量化分析

为满足多端互联配电系统中柔性多状态开关接入策略规划的需求,提出了含柔性多状态开关的多端柔性互联配电系统可靠性评估方法。首先,基于柔性多状态开关的物理结构及其控制运行策略,建立了柔性多状态开关的可靠性评估模型;其次,依据柔性多状态开关接入系统后带来的系统运行方式及网络结构的改变,设计了失联侧负荷恢复方法并提炼了影响系统可靠性的因素;最后,为兼顾可靠性评估的速度和精度,提出了基于序贯抽样与故障分析解耦的可靠性评估方法,同时量化分析了柔性多状态开关不同的接入策略对系统可靠性的影响。仿真结果表明,柔性多状态开关接入后,可靠性指标系统平均停电频率(system average interruption frequency index,SAIFI)提升了约38.2%,系统平均停电时间(system average interruption duration index, SAIDI)提升约49.6%,系统供电可靠率(average service availability index, ASAI)提升了约1.1%,配网系统可靠性提升显著;同时,对比分析不同柔性多状态开关接入策略下系统可靠性水平,结果表明柔性多状态开关接于系统末端、靠近重要负荷以及接入容量较大时对系统可靠性的提升最优。研究成果可为柔性多状态开关接入策略研究提供理论支撑,同时也可为今后柔性互联配电网的规划设计提供参考。     

基于动态GA编码的柔性多状态开关选址策略

采用新型电力电子技术的柔性多状态开关(soft open point, SOP)具有多种运行模式和调控功能,能够有效缓解当前我国配网下游线路电压低、重要负荷供电保障力度不足等问题。针对SOP选址问题,建立了互联配电网电压偏差最小化目标优化模型,继而考虑SOP运行模式的多样性和可切换性提出了适用于互联配电网二端口SOP的动态编码策略,并应用改进后的定制化遗传算法对该复杂的混合整数非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,所提算法在求解速度和优化效果上均优于传统遗传算法,优化所得的SOP选址方案具有更小的系统电压偏差量和更少的失电负荷功率,验证了SOP在电能质量改善、负荷柔性转供等方面的优越性和有效性。     

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。     

面向低压直流配电网的双降压/升压型柔性互联开关

柔性互联开关作为跨区域低压直流配电网的关键装备,能够实现区域间低压直流功率互联与灵活转供,有利于可再生能源的充分消纳与高效利用.通过分析目前低压直流配电网的运行特性与柔性互联开关的可靠性问题,提出了一种基于双降压/升压变换器的新型柔性互联开关拓扑结构,其具备无桥臂直通、电压利用率高、功率等级易拓展等优点.通过采取反向耦合电感技术来改善无源器件用量与内部续流问题,以柔性提升互联开关的工作效率,并给出了不同工作模式下端口电压增益的表达式.搭建一套150 V/1 kW实验样机进行实验分析,结果验证了所提拓扑结构的有效性与正确性.     

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。     

基于控制模式平滑切换的离网直流变压器无扰并网策略

抑制离网直流变压器(DCT)并网所产生的冲击电流和电压振荡,可推动柔性直流电网的建设.给出DCT拓扑结构及控制模式,从DCT启动和控制模式切换2个方面来分析并网扰动形成的机理,其主要成因是电容充电和控制器输出信号跳变.针对控制器输出信号跳变的问题,分别提出了DCT控制模式平滑切换策略和光储系统控制模式平滑切换策略,通过控制模式的切换实现DCT控制与系统控制相协调,保证主从控制下的中/低压侧电压控制权归一者所有,并结合软启动方法,给出离网DCT无扰并网策略全过程.基于MATLAB/Simulink建立苏州两端型中/低压直流配电网模型,在不同并网工况仿真中,该策略均能有效抑制并网点的电压振荡和冲击电流,保证系统的稳定运行.     

变流器辅助换流的柔性切换开关拓扑与控制

分布式新能源渗透率的快速提高,在提升配电网灵活性的同时也加大了其运行调控难度。为此,文中提出一种新型配电网柔性切换开关设备,开关由集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)与并联电压型变流器组成,其中针对并联电压型变流器采取虚拟同步发电机控制,可实现负载在不同馈线间的平稳切换。文中首先将所提柔性切换开关与柔性多状态开关及机械开关的主要特征进行比较;然后,分析柔性切换开关在故障前、故障中和故障后的工作模式,并研究在3种工作模式间进行柔性切换时的切换逻辑;最后,通过基于RT-Lab的控制在环实验模拟开关在不同馈线间切换的过程,获得不同工作模式下和柔性切换过程中的电压电流波形。实验结果表明柔性切换开关具有短时电压支撑能力,在不同馈线间切换的过程中不产生电压电流冲击。     

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.