直流电网潮流控制方法述评

直流电网是未来电网的重要组成部分。直流电网的潮流分布与潮流控制不仅关系着电力资源的配置方式,还与系统运行的安全稳定程度密切相关,是需要首先考虑的问题。文中结合直流输电技术的发展现状,对直流电网的电压控制方法和电流控制方法进行了分类和整理,明确了各种控制方法的优缺点和适用范围,为未来直流电网的潮流控制提供了思路。在电压控制方面,分别阐述了定电压控制方式、直流电压偏差控制方式,以及直流电压下垂控制方式的设计思路和实现方法,总结了各种电压控制设计的优缺点;在电流控制方面,分别阐述了电阻型、电流源型,以及电压源型直流电网潮流控制装置在拓扑结构和控制器设计上的不同,总结了各自的特点。     

考虑直流潮流控制器的直流电网分析方法

提出了一种含有直流潮流控制器的直流电网分析方法,考虑了直流潮流控制器以及换流站的控制对直流潮流的影响。通过理论计算,分析了直流潮流控制器对潮流控制的灵敏性,研究了其对直流电网潮流布局产生的影响。利用PSCAD/EM TDC仿真软件搭建了CIGRE B4-58直流测试系统,证明了所提分析方法的正确性。     

船舶直流电网短路限流装置的设计与分析

针对现有断路器极限分断能力不能满足船舶直流电网短路保护要求的问题,制订了一种新型的基于固态限流器的船舶直流电力系统区域保护方案,给出了限流器拓扑结构;分析得到了其数学解析模型,并说明了工作的物理过程;推导出限流器的最大电容电压、主回路最大电流与电路各参数之间的关系,提供了限流器各器件选型的理论依据.基于此,研制出了新型小功率直流短路电网限流装置实验样机,并完成了以蓄电池组作为电源的电网突然短路限流实验.实验结果证明了所设计的限流器关键参数计算的正确性,且该限流器动作快速、准确,能有效地抑制短路电流,控制方法简便,具有良好的工程应用前景.     

直流电网潮流分析与控制研究综述EI北大核心CSCD

近年来,基于电压源型换流器的直流电网技术发展迅速,成为相关领域的研究热点。潮流问题是电力系统分析中最基本的问题,对直流电网潮流分析与控制技术的研究也是直流电网研究中最重要的基础。首先归纳总结了直流电网的潮流计算和最优潮流计算的方法,并对2者的收敛性和计算效率进行了讨论;在此基础上,针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,从系统级控制和直流潮流控制器2个方面,概述了对直流电网潮流进行控制的方法,并对控制效果和经济性做出了评述;最后,对直流电网潮流分析与控制技术的发展趋势和关键问题进行了总结与展望。     

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。     

含DC-DC变换器的直流电网拓扑结构及其运行控制

结合中国陆上和海上新能源地域分布的特点,给出了一种适用于中国未来直流电网发展趋势的含DC-DC变换器的多电压等级直流电网拓扑结构,并对该拓扑结构的特点和优势进行了分析,提出了相应的系统启动、快速潮流分配、直流故障隔离和应对换流站退出运行的控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立了该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行了仿真分析。仿真结果验证了所提出的控制策略可确保直流电网灵活可靠运行。     

考虑节点控制模式的柔性直流电网潮流线性化计算方法

提出了考虑节点控制模式的柔性直流电网潮流线性化计算方法。根据线性网络的叠加原理,将直流电网潮流分布分解为定电压控制节点和定功率控制节点两部分贡献的叠加。通过推导直流电网节点注入功率和节点电压对支路潮流的灵敏度,实现了直流电网潮流分布的线性表达。将所提方法与已有文献的算例进行对比分析,验证了所提方法的正确性和有效性。     

计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好。     

具备直流潮流控制与故障限流功能的电感耦合型复合装置

高压柔性直流电网作为解决可再生能源大规模接入和消纳问题的有效手段，已成为未来电力系统的重要发展方向之一，但也使其潮流控制和故障保护的问题更加突出。为了克服以上问题、提高系统稳定性，提出了一种具备直流潮流控制与故障限流双重功能的电感耦合型复合装置。首先，提出了该复合装置的拓扑结构，该拓扑在传统直流潮流控制器基础上增加了可共用耦合电感的限流支路；其次，详细分析了直流潮流功能的工作原理、理论推导及其控制策略；然后，基于故障条件下提出的限流动作时序，进一步解析了稳态、限流、故障切除和泄能4个不同时段下耦合电感的作用效果，并研究了各时段直流故障电流的计算；最后，在MATLAB/SIMULINK仿真软件上搭建四端直流电网模型，仿真结果表明所提拓扑通过共用耦合电感实现了良好的潮流控制和抑制短路电流的功能，在短路故障状态下缩短故障电流的切除时间，在保证经济性的同时提高了系统的稳定性。     

新型直流电网潮流控制器及其控制方法

直流潮流控制器能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决直流电网部分线路潮流不可控问题。针对现有直流潮流控制器应用场合的局限性,基于电容线间能量交换的思路,提出一种新型直流潮流控制器拓扑,并对其工作原理和运行特性进行了深入研究。基于新型潮流控制器的多种运行状态,设计了基于脉宽调制(PWM)的控制策略,并以其中一种运行状态为例,研究了各状态变量之间的关系。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建等效三端直流环网模型,验证了所提出的直流电网潮流控制器拓扑方案与控制策略的可行性与有效性。     

华东大受端电网直流接入能力评估

受端电网的直流接入能力是直流多馈入电网调度运行部门越来越关注的问题。文中从大规模直流接入华东电网后带来的实际问题出发,分析了限制受端电网直流接入能力的主要因素,以此为基础提出了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。该方法根据典型方式下备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,快速确定新增直流接入落点,进而综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、有效直流惯性常数、电压稳定、暂态稳定等多约束条件,计及电网发展变化迭代增加直流接入容量,最终给出电网直流接入能力。在IEEE 39节点系统中验证了所提方法具有可操作性,基于该方法对华东电网开展直流接入能力评估,为提高直流多馈入电网的运行管理水平提出了建议。     

具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。     

采用直流断路器的对称单极多端柔性直流故障清除策略

针对直流断路器应用中直流线路故障快速选择性隔离问题,研究了对称单极多端柔性直流线路故障清除策略。根据对多端直流系统的单极和双极接地故障特性的分析结果,得到了单极和双极故障初期相同的故障电流上升率余弦特性衰减特性。提出了基于电流变化率的方向纵联选线策略,同时设计了采用直流断路器策略实现故障隔离和重合闸的直流线路故障清除方案。通过搭建的PSCAD/EMTDC模型,对单极接地故障时的电流上升率特性和设计的直流线路故障清除策略进行了验证,仿真结果证明了电流上升率特性的正确性以及所述故障清除策略的有效性。     

基于重合直流断路器残余电流开关的柔性直流电网故障测距

精确故障测距是确保电力系统故障快速排查清除的关键技术,其中基于行波固有频率的故障测距方法在常规直流输电系统中具有突出的技术优势.但是通过分析发现,柔性直流电网故障行波固有主频率低、可利用数据窗短,导致基于固有频率主成分的测距算法存在较大误差.针对上述问题,提出在重合闸期间重合残余电流开关创造足够长的暂态数据窗.同时,提...     

基于接口修正方程的含柔性直流大电网解耦潮流算法

含柔性直流的大电网潮流计算是深入研究柔性直流运行特性的基础。潮流算法主要包括交直流联立求解算法和交直流交替求解算法两类。前者无法利用已有的交流计算程序,扩展性差;后者存在收敛性差、有交替误差等缺点。基于接口修正方程技术,构建了含柔性直流的大电网解耦潮流算法。通过把换流器交流侧和直流侧的节点分裂开,形成换流器、交流网络和直流网络三部分,利用交流网络、直流网络各自与换流器之间的接口修正方程,实现交流电网和柔性直流的潮流计算解耦。该算法可弥补常规算法的不足,同时具备扩展方便和收敛性好的优势。实际的柔性直流工程算例结果验证了方法的正确性及上述优点。     

级联全桥型直流断路器控制策略及其动态模拟试验

高压直流断路器作为直流线路中的分断装置,是构建直流电网的关键设备,可促进大规模风电并网技术的发展。文中详细描述了级联全桥混合式高压直流断路器的工作原理,与基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联的断路器拓扑相比,该拓扑中全桥模块间的电压平衡更易于实现。针对该断路器拓扑提出了快速故障检测方法和预转移控制策略,以缩短断路器的分断时间,搭建了低压动态物理模拟系统,并通过动态模拟试验验证了断路器的分断原理和控制策略。     

新型线间直流潮流控制器

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。     

高压直流输电系统直流滤波器接地故障机理分析

高压直流输电系统以双极大地回线方式运行,较为典型。文中对此方式下直流滤波器电容区和调谐区的接地故障机理进行了研究,先分别构建其等效电路,然后定量分析其电气量特征,最后,以仿真实验加以验证。理论分析和仿真实验均表明,采用基尔霍夫电流平衡原理的差动保护反映直流滤波器接地故障时,选择包括直流分量在内的全波电流要比选择特征谐波电流更为合理,并具有更高的灵敏性和可靠性。     

XLPE高压电缆短路故障电流在线监测装置设计

通过分析XLPE高压电缆线路短路故障电流回路的特点,设计了XLPE高压电缆短路故障电流在线监测装置.当线路发生短路故障时,短路故障电流在线监测装置实时采集故障电流的大小与方向信息,并根据监测数据分析故障电流回路特性,对于电缆-架空线混合线路,判断故障发生在电缆侧还是架空线侧;对于金属护套交叉互联的长电缆线路,判断故障发生在哪个交叉互联区间.该装置大大缩短了电缆线路发生短路故障后的抢修时间,提高了供电可靠性.     

计及直流控制特性的直流系统等值模型及其谐波计算

准确的直流系统模型是交直流系统故障分析和谐波计算的基础。文中在换流器开关函数模型的基础上,结合直流控制系统的故障响应特性,建立了可与交流系统直接接口的适用于交直流系统故障分析和谐波计算的直流系统等值模型;结合交流系统等值谐波网络,提出了一种交流电网故障时的高压直流输电系统谐波分析计算方法。将所提方法应用于国际大电网会议高压直流输电(CIGRE HVDC)系统标准模型和贵广Ⅱ回高压直流输电系统详细模型的谐波计算,并与PSCAD/EMTDC软件所得数字仿真结果进行比较,表明所提模型和方法准确、有效,为交直流输电系统的谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。