基于前馈补偿的柔性直流配电系统下垂控制方法

针对柔性直流配电系统采用的Udc-P和Udc-Idc两种典型下垂控制策略,建立了基于动态导纳的下垂控制小扰动稳定分析模型。研究了直流线路参数、交流互联电网强度以及直流负荷等影响因素变化时系统出现的不稳定现象;进而提出了基于带通滤波的前馈补偿下垂控制方法,并对补偿前后的系统稳定性进行了分析比较。最后通过改进的IEEE 33节点配电系统算例进行时域仿真测试,仿真结果表明所提方法能够有效提高系统阻尼与稳定性。     

多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,I_(dc)-U_(dc)与Q-U_(ac)下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。     

含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析

交直流混联配电系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。传统稳定性分析方法通常以直流级联系统和直流微电网作为研究对象,而对于含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析和评价较少涉及。基于这一问题,提出了适用于交直流混联配电系统的阻抗匹配稳定性分析方法,建立了柔性互联装置、光伏发电单元、恒功率负载以及?型线路的状态空间小信号模型。在多端柔性互联装置采用主从和下垂控制情况下构建了交直流混联配电系统的戴维南等效电路,利用奈奎斯特稳定判据确定了负阻抗稳定边界,并且采用Simulink仿真工具搭建了详细物理模型,通过仿真结果和奈奎斯特曲线对比分析验证了所提稳定性分析方法的可行性。     

多端柔性直流配电网继电保护控制技术研究

为了确保柔性直流配电网的稳定安全运行,针对多端柔性直流配电网继电保护控制技术展开分析。通过建立多端柔性直流配电网数学模型,按照配电系统结构将其整个划分成若干个控制区域,每个区域包含相应的换流器、直流变压器、直流线路,再采用故障录波器对直流线路故障进行快速定位和隔离控制,以此完成继电保护控制。实验结果表明,设计方法可以实现对配电网运行故障的快速辨识和控制,保障了多端柔性直流配电网的正常运行和供电服务稳定性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

多端直流电网下垂控制及并行仿真方法

针对含大容量模块化多电平换流器的多端直流电网(modular multilevel converter based multi-terminal DC Grids,MMC-MTDC Grids)的建模仿真和运行控制,首先分析了采用半桥子模块的MMC戴维南等效建模方法,然后介绍了基于PSCAD/EMTDC的多端直流电网并行仿真方法。为了提高多端直流电网运行控制稳定性和可靠性,在多端直流电网运行控制方面提出了直流电压下垂控制。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了典型四端柔性直流电网并行仿真模型,仿真结果验证了本文所提多端直流电网下垂控制策略的有效性。     

柔性直流配电系统稳定性及其控制关键问题

柔性直流配电系统大多采用电力电子设备与交流系统互联、接纳分布式电源与负荷,呈低惯性弱阻尼特性,同时分布式电源与负荷的随机性波动致使运行具有时变特性,易产生不同频率的振荡甚至失稳现象。文中总结了柔性直流配电系统稳定性分析及控制方面遇到的挑战,指出其多时间尺度与随机特性是技术上面临的主要难题。通过总结建模、振荡机理与稳定性分析以及稳定控制方面的研究现状,展望了未来在多时间尺度建模与振荡机理、随机扰动稳定性分析以及时变场景鲁棒稳定控制方面的关键问题,为柔性直流配电系统的稳定性研究提供思路。     

基于H∞回路成形法的柔性直流配电系统鲁棒稳定控制

柔性直流配电系统是未来配电系统的一个重要发展方向,可极大地提高城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率.分布式光伏电源间歇性波动、直流负荷随机扰动、滤波电感和电阻参数摄动、下垂系数摄动等不确定性因素易导致直流配电系统发生不稳定现象.文中提出了一种基于H∞回路成形法及规范互质分解技术的鲁棒稳定控制方法.在仿真软件中搭建了双端柔性直流配电系统模型,并对比分析了引入鲁棒控制器前后直流电压的稳定性差异.结果表明,所设计的鲁棒控制器可以有效处理系统的不确定性和抑制系统的低频振荡,验证了所提方法的可行性与有效性.     

利用电压倾斜控制的VSC-MTDC稳定性分析

建立了采用电压倾斜控制的多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)的小信号模型。文中首先设计了电压倾斜控制器,能够实现多端直流系统遭受扰动时,换流站间不需要通信可以自动恢复稳定运行。然后文中采用线性化动态方程描述了整个多端直流系统,包括换流器、控制系统(电压倾斜控制,内/外环控制及锁相环),直流线路及交流系统。通过将所建模型与电磁暂态模型进行时域下的详细比对,验证小信号模型的正确性。最后,基于小信号模型得到多端系统的根轨迹曲线,并通过判断主导极点在坐标系中的位置,分析电压倾斜控制参数对稳定性的影响。     

光储直流配电网灵活虚拟惯性控制策略

针对光伏渗透率不断提高而带来的直流配电网惯性低的问题,考虑直流配电网储能设备的潜在惯性支持能力,提出光储直流配电网灵活虚拟惯性控制策略.分析了在直流配电网电压动态变化过程中蓄电池储能与电压变化量之间的关系,并通过建立蓄电池荷电状态与直流电压的函数表达式,进一步提出了在直流电压变化时引入双曲正切函数来灵活快速调节蓄电池换流器的控制策略,从而增加系统惯性,提高电能质量.另外,还考虑了蓄电池的充放电极限问题,通过引入反正切函数来限制其过度充放电.最后,对采用灵活虚拟惯性控制策略的直流配电网进行小信号稳定性分析,得到了所提控制策略中关键参数的取值范围.基于MATLAB/Simulink搭建了四端直流配电网仿真系统,验证了在系统功率不平衡后,所提控制策略能利用虚拟惯性控制有效地抑制直流电压波动,从而提高电压质量和暂态稳定性.     

基于虚拟惯量的DC换流器并联直流配电网控制策略

直流配电系统中电源或者负荷大多通过DC变换器接入系统,其负阻尼特性会导致系统振荡甚至诱发失稳,直流配电系统的稳定性面临着越来越多的挑战。基于动态导纳建模方法,建立了含多台DC换流器的直流配电系统小扰动稳定模型。基于奈奎斯特稳定判据,分析了并联DC台数、直流配电线路等因素对稳定性的影响。提出了基于虚拟惯量的DC换流器分散控制策略,在不改变平衡运行点的基础上,有效提高了多DC换流器并联的稳定性。最后通过时域仿真验证了所提策略的有效性和正确性。     

基于综合附加阻尼的直流配电系统稳定性提升方法

直流配电网的数学建模是分析其稳定性的理论基础,对于分析系统的运行特性具有重大意义。基于典型P-U dc下垂控制的直流配电系统,建立了以动态导纳为基础的下垂控制小扰动稳定性分析模型,分析了直流线路电阻、电感参数变化对系统稳定性的影响。利用奈奎斯特判据对系统输出导纳与输入导纳之比进行分析,以评估系统的整体稳定性。提出了基于复合补偿的综合附加阻尼直流配电系统稳定性提升控制策略,对比分析了补偿前、后系统的稳定性,通过仿真软件搭建直流配电系统模型并进行时域仿真,理论分析和仿真结果均表明所提方法可以增强系统阻尼,抑制系统振荡。     

基于多变量解耦控制的配电网单相接地故障集成化柔性消弧方法

随着静止无功补偿装置、柔性消弧装置、大功率逆变器等电力电子装备应用逐渐增多,配电网柔性化加快发展,但已有电力电子装备存在功能单一、成本高等问题.基于直流侧并接储能元件的直挂式级联H桥变流器,将多变量解耦控制方法与电流消弧方法相结合,实现柔性电力电子装备输出电流在dq0坐标系下的独立调节,使单套柔性电力电子装备同时集成配电网有功功率、无功功率双向流动控制,以及单相接地故障柔性消弧功能,有效提高电力电子装备的利用效率.理论分析以及功率控制和单相接地故障消弧建模仿真结果验证了所提方法的可行性.     

一种适用于多电压等级直流配电网的分散式双向电压支撑控制方法

新能源发电、储能系统、直流负载接入直流配电网,可减少DC/AC转换环节,简化控制,提高系统运行效率,故近些年来直流配电网受到了广泛关注.采用电力电子装置构建多电压等级直流配电网,具有更加灵活的拓扑结构、更加多变的运行形式及更高的供电可靠性,但同时给配电网的稳定高效运行带来了诸多挑战.针对多电压等级直流配电网中子网互联的双向DC/DC变换器,基于变换器两端口电压,提出了一种分散式归一化电压平方差控制方法,结合储能变换器的功率-电压平方下垂控制,实现不同电压等级母线电压控制归一化视角下相等,为各电压等级母线提供不间断的电压支撑,并可使系统在储能切入/切出、电压等级拓展、接入中压直流配电网等多种运行模式间灵活切换.对所提控制方法的可行性与稳定性进行了分析,并基于MATLAB/Simulink对其有效性进行了仿真验证.     

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。     

直流配电系统潮流可行解与电压稳定性分析方法

基于柔性直流技术的直流配电系统是未来智能电网的发展趋势,为直流负荷及直流型分布式电源的灵活接入提供了良好的条件,但对直流配电系统的电压稳定性也提出了更高的要求。从系统级稳定性角度考虑,通过巴拿赫不动点定理证明了直流配电系统潮流解的存在性与唯一性,并基于潮流可行解提出了电压稳定的分析方法,可快速评估直流配电系统接入负荷后的稳定性,避免了复杂的连续潮流计算。最后通过算例测试验证了该方法的有效性和正确性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于柔性直流配电系统的10 kV交直流备自投技术

柔性直流配电系统的接入使变电站10 kV侧电源结构发生变化,传统10 kV分段备自投装置不再适用。对此,通过分析柔性直流配电系统对变电站10 kV备自投逻辑的影响,设计了10 kV柔性直流备自投装置功能、通信架构及动作判据,并在此基础上提出3种10 kV交直流备自投控制策略,形成动作策略流程图。最后,基于珠海三端柔性直流配电网示范工程,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提策略的有效性,并归纳总结各项策略的技术特点及适用范围。与传统10 kV分段备自投技术相比,所提方案可有效提高变电站供区重要负荷的供电可靠性。