交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

四桥臂有源电力滤波器直流侧电压控制研究

四桥臂有源电力滤波器(APF)可以解决三相四线制系统谐波和不平衡问题,主电路参数及直流侧电压控制直接影响APF的补偿性能。本文基于四桥臂APF数学模型,给出了直流电压参数的选取依据;分析了三相四线制APF交直流侧能量交换的特点,基于此确定了四桥臂APF的直流侧电压控制方案;建立了直流侧电压控制环数学模型,并对控制器进行了设计。通过仿真和实验验证了直流侧电压选取的合理性以及控制方案的可行性。     

交直流混合运行电力系统动态稳定分析中直流准稳态线性化模型的研究

建立了小干扰动态稳定分析的直流系统准稳态模型线性化方程,并比较分析了直流系统分别采用准稳态线性化模型与直流恒定功率模型对交直流混合运行电网动态稳定的影响。计算结果表明,直流系统准稳态线性化模型可以用于交直流系统低频振荡分析中,而且,在不考虑直流附加控制的情况下,直流系统分别采用准稳态线性化模型和恒定功率模型计算得到的低频振荡特征值差别较小,为简化计算,工程应用时可以采用恒定功率模型来简化直流系统。     

直流机电暂态与电磁暂态模型在低频振荡分析中的比较

对交直流混合运行系统进行低频振荡分析时,直流系统通常采用机电暂态仿真模型。介绍了直流系统的机电暂态和电磁暂态两种仿真模型,在电力系统全数字仿真装置（ADPSS）平台上建立了EPRI36系统和某实际电网系统的机电暂态模型和机电-电磁暂态混合仿真模型,分别用于低频振荡分析。采用基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计（TLS-ESPRIT）算法,分析故障后的振荡功率信号。提取低频振荡主导振荡频率、阻尼比等信息进行模态分析,并对分别利用两种仿真模型进行仿真得到的低频振荡分析的结果进行比较。结果表明,直流线路分别采取两种仿真模型时,仿真结果较为吻合,低频振荡分析的结果基本相同,机电暂态模型具有较高的实用价值。     

基于柔性直流互联的交直流混合配电网建模与仿真分析

交直流混合配电网的详细建模和多运行工况的仿真分析,将有效支撑主动配电网工程投运和可靠稳定运行。然而目前大规模的基于柔直的交直流混合配电网系统级仿真的时效性和实用性不足。因此,基于实时数字仿真平台RT-LAB建立交直流混合主动配电网模型,包含±20k V柔性直流互联系统、分布式光伏、分布式风电、储能系统、电动汽车、直流微网及其相应变流器控制的详细建模。针对电力盈亏优先考虑储能系统平衡的局限性问题,将柔性直流互联应用于主动配电网工程,可以在换流站一端出现功率缺口时由直流母线及时提供功率供给。利用该模型对储能系统充放电消纳工况、高峰电力缺口时由柔性直流互联从外部电网受电工况进行仿真分析,验证该系统在配电网应用的有效性。RT-LAB实时仿真平台在大规模系统级仿真中显示其时效性的优势,为交直流配电网工程建设提供前期参考。     

交流网严重故障引发LCC-UHVDC功率振荡机理及控制优化方法EI北大核心CSCD

直流输电工程在长期发展中形成相对固定的控制策略,完善该策略对提高交直流混联电网的稳定性有重要意义。近年来,使用机电–电磁混合仿真技术进行稳定分析,在大电网交流侧某些严重故障下,多条基于电网换相换流器的特高压直流(ultra-highvoltageDCbasedonline commutatedconverter,LCC-UHVDC)工程均出现了持续大幅度功率振荡,表明现有控制策略需要一步完善。该文介绍了各UHVDC工程中出现的相似功率振荡现象,并以某工程为例,深入分析直流控制器中换相裕度面积计算(commutation margin area calculation module,AMINCALC)、设置最大熄弧角输出(maximumarcanglelimiteddirect outputmodule,GAMMA0)及低压限流(voltagedependent current order limiter,VDCOL)等多个控制环节共同诱发功率振荡的机理;研究抑制该类直流振荡可能的控制措施及实用的控制优化方案。实际电网的仿真证明了该方案的有效性。     

交直流混联系统小干扰稳定性分析

针对交直流混联系统动态稳定性,以4机11节点为例,在电力系统分析综合程序中对交直流互联系统进行小干扰稳定分析。首先对交直流互联系统进行建模,并且基于直流系统控制方式采用整流侧定电流,逆变侧定电压的方式对系统进行线性化,以特征值分析方法研究了由于直流的加入对系统振荡模式的影响,探究了直流系统运行过程中的相关参数对互联系统振荡模式影响。仿真分析结果表明:合适的无功补偿及提高交直流混联系统直流输送的功率比例,将有利于系统的小干扰稳定。     

抑制次同步和低频振荡的多通道直流附加阻尼控制器设计

采用矩阵束算法分析了实际交直流混合输电系统在孤岛运行方式下次同步和低频振荡共存的现象,并获得保留系统关键特性的低阶模型。采用带通滤波器分离低频和次同步振荡模态,基于降阶模型设计多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低振荡模式间的相互影响,通过单独调节各通道的增益、相位、输出限幅及滤波器参数为不同频段的振荡提供恰当的阻尼,进而同时抑制次同步和低频振荡。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

基于遗传算法的交直流电力系统稳定器和附加控制器的协调

交直流混合电力系统低频振荡是运行中的一个严重问题。在交流系统中装设电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer),在直流系统中装设直流附加控制DCM(Direct Current Modulation)能够抑制低频振荡,但在多控制器的系统中,利用传统方法针对某一模式设计的控制器往往对其他振荡模式起负作用,所以控制器的参数协调是关键问题。利用参与因子选取控制器装设地点．引入遗传算法进行参数协调,通过选取适当的目标函数和适应度的值找出能够达到目标的一组最优参数。算例表明利用参与因子和遗传算法选择的控制器参数能对低频振荡模式起到很好的抑制作用。     

非并联运行交直流系统直流调制原理及附加控制器设计

针对交直流非并联运行的系统结构,首先理论推导了该结构下利用直流功率调制抑制交流系统低频振荡的机理,并给出了影响直流调制效果的关键因素;然后引入扩展留数比指标作为直流附加控制器输入信号选择依据,采用测试信号法对系统进行小干扰稳定分析和扩展留数比计算,按照补偿留数相位的方法对直流附加控制器参数进行整定;最后通过测试算例和西北电网实际工程算例仿真验证了所设计的直流附加控制器能够有效阻尼非并联运行交直流系统的区域间功率振荡。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。     

基于序分量的孤岛交直流混联微电网三相解耦潮流算法

针对交直流混联微电网这类新型网络的潮流分析问题,建立了Droop型分布式电源以及AC/DC逆变器并网稳态潮流模型,并根据并网点电压对称进行三相、单相并网模型的相序分量转换。利用序电流补偿法将AC子网解耦为三序网络且并行求解,显著减小了问题求解规模;进一步建立了AC/DC逆变器两侧交流频率和直流电压耦合关系,有效解决了两子网间功率平衡问题。在序分量体系下提出了适用于直流微电网多种方式接入的孤岛交直流混联微电网三相解耦潮流算法,基于IEEE等标准配电系统的修改算例,验证了所提算法的有效性、适用性以及高计算效率。     

直流配电网电压控制技术综述

随着分布式可再生能源的快速发展以及电动汽车、数据中心等大量直流负荷的普及,交流配电网的运行和管理受到了挑战。直流配电系统潮流灵活可控,可闭环运行,供电方式多样,具有更广阔的应用前景。但是,相比交流系统的控制,直流配电系统的控制更加复杂。直流电压作为衡量直流配电网有功功率平衡的唯一指标,其稳定控制对直流配电网的可靠运行至关重要。文中首先列举了直流配电网的典型拓扑结构和直流电压等级序列;然后,总结了直流配电网中关键设备电力电子变流器的控制技术;接着,梳理了直流配电网的传统电压控制策略,并对目前一些改进的直流电网电压控制策略进行了深入分析和总结。最后,指出了直流配电网电压控制需要重点关注和解决的问题,可为未来直流配电网直流电压控制的进一步研究提供思路和借鉴。     

柔性直流配电系统高频振荡降阶模型与机理分析

在柔性直流配电系统中,由于存在多时间尺度的控制环节和物理电路相互作用的影响,容易产生高频振荡现象。文中针对柔性直流配电系统的高频振荡机理进行研究,建立了柔性直流配电系统高阶数学模型,通过对影响系统阶数的关键参数灵敏度分析实现系统降阶,推导了时域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,文中总结了直流侧滤波电容、交流侧等效电感和控制器参数对高频振荡的影响规律。最后,基于Simulink搭建了低压和中压柔性直流配电系统的仿真模型,仿真结果验证了理论分析的有效性。     

中低压直流配电网线损计算与分析

伴随着功率半导体器件、电力电子器件的发展与成熟,直流技术应用在电力系统配电网中受到越来越多的关注。文中建立了直流配电网各元件损耗的数学模型,利用PSCAD仿真技术分析元件模型的可行性并选定元件损耗的计算参数,分析交、直流配电网及其元件在不同比例直流负荷、轻重负载下的损耗情况,提出交、直流配电网线损拐点的预测区间,从能耗的角度给出直流配电网替代交流配电网的可能性。研究表明,直流配电网线损率在直流负荷比例为50%～60%区间内低于交流配电网,且直流负荷比例越重,直流配电网较于交流配电网具有更好的节能效果。     

交直流一体独立发电机系统振荡的研究

交直流一体独立发电机系统在发电机和负载参数不满足一定条件时,会发生发电机和反电势负载之间的大幅度功率振荡,破坏系统的正常工作。为了对振荡的幅值和频率进行研究。本文使用多回路方法建立了交直流一体独立发电机系统的数学模型,编写了相应的仿真程序,对振荡进行了仿真与实验吻合比较好。该仿真程序可以用来对系统设计进行校核,探索抑制振荡的方法。     

基于三相供电电压偏差选取直流电容参数研究

在电压型PWM AC/DC/AC变换中,直流侧储能滤波电容参数的选取是变换器稳定运行的关键因素之一。针对目前直流侧电容选取存在一定的不精确性,分析了AC/DC/AC变换电路稳态时直流电容充放电的原理,对变换器交直流侧电压的关系进行研究,建立了电容纹波电压与三相供电电压偏差之间的数学模型,提出了基于三相供电电压偏差选取直流侧电容参数的方法。分别对单相和三相不可控整流电路提供直流电源时直流侧电容C的合理选取给出了相应的分析和计算,并通过仿真和试验验证了直流储能滤波电容参数确定方法的有效性。     

HVDC中发电机控制与直流控制之间的MAS协调策略

针对交直流电网中因为直流控制与发电机控制欠协调而导致的交流联络线功率低频振荡问题,运用MAS与参数约束非线性优化算法结合来解决直流控制与送端机组间的协调。该方法将直流控制与发电机控制分别用Agent代理,参数约束非线性优化算法嵌入各Agent模块进行局部参数优化计算,并向协调Agent提供各自的整定参数,通过协调Agent统一调整,最终实现直流控制与送端机组间控制参数的优化调节,在全局协调的方式下增强交流联络线低频振荡的阻尼。文章以南方电网贵广直流和天广直流线为实例验证了该方法的有效性。     

交直流系统相互影响研究综述

高压直流输电在远距离、大容量输电和电网互联中得到广泛应用,也带来了很多运行方面的新问题。文章围绕交直流系统相互影响,从电压稳定性、换相失败、过电压和低频振荡四个方面分析了国内外研究现状,并指出多馈入交直流系统的电压稳定性分析、高压直流系统模型的建立、换相失败后的控制措施及功率恢复策略、电力系统稳定器(PSS) 与直流调制控制器的协调配合等是今后研究的重点。