含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型。设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析。在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性。仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行。     

多端柔性直流输电系统动态协调优化控制策略

针对多端柔性直流输电系统（MMC-MTDC）采用定系数下垂控制存在功率分配失衡、直流电压越限及运行损耗较高的情况,提出一种动态协调优化控制策略。该控制策略考虑网损、直流电压偏差、换流站功率裕度、系统电压静态稳定裕度等因素对系统的影响,建立非线性多目标优化求解模型,并采用基于Pareto最优解集的多目标遗传优化算法计算受端下垂控制站的直流电压参考值、直流功率参考值和下垂系数。然后将求解得到的最优控制参数应用于系统,使换流站动态修正实际运行点以保证系统的稳定与经济运行。最后,建立四端MMC-MTDC系统并对所提控制策略进行仿真验证。结果表明,该控制策略可在满足各项稳定运行指标的前提下,根据系统运行工况得出最优控制参数并动态修正运行点,实现降低系统运行损耗和各站直流功率不满载的目标。     

含多端柔性直流输电系统的交直流电网动态特性分析

根据半桥式模块化多电平换流器(MMC)的数学模型和控制策略,搭建出基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)仿真模型.设计了适合于交直流耦合电网的MMC-MTDC多级控制系统,包括阀组级控制器、换流站级控制器和系统级控制器,并进行了交直流电网暂态稳定分析.在建立的仿真系统中模拟交流电网事故、直流线路故障、冲击负荷等多种苛刻运行条件,以校验MMC-MTDC接入交流电网后的动态响应特性.仿真结果表明:各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC在交流电网故障情况下具备送端转移的能力;系统在任意一端换流站故障退出后仍具备稳定运行的能力;在MMC-MTDC发生直流线路故障退出运行后,交流电网仍能保持稳定运行.     

考虑功率裕度的MMC-MTDC改进下垂平坦控制策略

针对基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(MMC-MTDC)功率协调控制和直流电压稳定问题,在改进下垂控制的基础上引入微分平坦控制(FBC)理论,提出一种考虑功率裕度的改进下垂平坦控制策略.该策略考虑不同工况下下垂控制站的实时功率裕度,根据各换流站裕度大小来合理分担系统中存在的不平衡功率,避免换流站满载.同时引入微...     

基于MMC的多端柔性直流输电系统控制策略研究

多端柔性直流输电系统比传统两端系统供电更加可靠,其控制系统相对也更加复杂。为弥补现有直流电压裕度控制及直流电压下垂控制的缺陷,设计了一种混合控制策略,该策略同时运用多端系统站间与站内混合控制方案进行配置,在站内电压裕度阶段引入倾斜特性,抑制了暂态过程中直流电压的过冲击;且避免了系统发生扰动时多个换流站功率同时变化。最后在PSCAD/EMTDC中构建了五端MMC-MTDC仿真模型,对3种控制方式下系统暂稳态特性进行仿真,仿真结果表明,所设计的混合控制系统具有良好的暂稳态特性,进一步增加了多端系统协调控制的灵活性和有效性。     

提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法

整流站采用电网换相型换流器(LCC)、逆变站采用模块化多电平换流器(MMC)的混合多端直流输电系统(H-MTDC)连接弱交流系统时,若控制参数设置不合理,系统可能出现小干扰失稳现象,限制了混合多端直流输电系统在弱交流场合下的应用。该文提出一种提高弱交流系统下混合多端直流输电系统小干扰稳定性的控制参数优化调节方法。首先,基于混合多端直流输电系统的小干扰模型,采用特征根分析法研究不同换流站所联接的交流系统强度对混合多端直流输电系统小干扰稳定性的影响,结果表明不合理的控制参数会降低系统的稳定裕度,继而诱发小干扰失稳问题。然后以混合三端直流输电系统为例,给出一种基于灵敏度分析的控制参数优化调节方法,优化了混合三端直流输电系统的控制参数。PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,采用优化后的控制系统参数提高了连接弱交流系统时混合三端直流输电系统的小干扰稳定性。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电控制系统设计

为了设计并搭建基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(MMC-MTDC)控制系统。首先分析了模块化多电平换流器的基本原理,并基于此基本原理设计了阀组级控制器以及采用矢量控制的换流站级控制器。接着,设计了适用于MMC-MTDC的直流偏差控制器;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中对所设计的控制系统进行仿真分析。仿真结果表明:控制系统实现了换流站的功率控制与交流电压控制,并且使得换流站具备了孤岛供电能力;在定直流电压换流站故障退出运行后,后备定直流电压换流站能够自动实现直流电压的偏差控制;各级控制器间的相互配合使得所构建的MMC-MTDC系统稳定、可靠地运行。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统仿真分析

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)技术,能够实现多电源供电、多落点受电。作为一种更为灵活、快捷的输电方式,MMC-MTDC在新能源并网、电网互联等方面具有广阔的应用前景。本文主要研究分析对通信要求较低、应用较为广泛的MMC-MTDC系统的电压裕度控制策略,并仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于综合灵敏度的交直流多预想故障下静态电压稳定控制

针对大型交直流混联系统预想故障集规模大的特点,考虑直流系统控制量调制,协调交流系统和直流系统的各控制量,提出一种实现静态电压稳定增强控制的启发式算法。首先根据曲线拟合技术,在考虑直流系统限值的情况下,快速扫描系统的预想故障集并求出负荷裕度对控制参数的灵敏度信息,得到严重预想故障集。采用灵敏度方法将直流系统控制加入到系统静态电压稳定控制措施集当中。计及控制措施可行性、有效性和经济性的综合灵敏度对各控制措施进行排序,并以此指导系统进行两阶段负荷裕度增强控制;第1阶段根据综合灵敏度由高到低的顺序对系统进行控制,直到各故障场景下的负荷裕度均满足要求为止;第2阶段根据综合灵敏度由低到高的顺序检验去除各控制措施后负荷裕度是否达标,以此筛除冗余的控制措施。利用改造后的IEEE 118节点系统的数值仿真验证所提算法的有效性。     

舟山多端柔性直流系统交流故障穿越能力分析

介绍了世界首例五端柔性直流输电工程——浙江舟山柔性直流输电工程的概况和主要设备组成,分析总结了舟山柔性直流输电工程控制保护系统的总体结构和主要功能,重点研究了舟山MMC-MTDC控制保护系统中的交流故障穿越控制策略,最后通过实验分析了舟山MMC-MTDC系统在交流侧单相接地故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障四种情况下的瞬时故障穿越能力。本文研究结果可为舟山五端柔性直流输电系统安全稳定运行提供技术支持和理论保障。     

考虑多维应用场景的MMC-MTDC系统拓扑选择和参数配置

针对基于模块化多电平换流器的多端柔性直流 (MMC-MTDC) 输电系统,提出考虑应用场景多维特征的拓扑选择和参数配置方案。根据时间特性、空间分布和资源容量3个维度的场景特征,建立考虑拓扑差异的多端MMC-MTDC输电系统全寿命周期经济性优化模型。提出改进的二阶锥规划(SOCP)松弛方法,将非凸的二次优化转化为SOCP,得出不同应用场景下经济性最优的拓扑结构,制定相应设备出力及线路容量等参数配置方案。参考中国张北柔性直流电网和舟山多端柔性直流输电工程参数,设计对应长、短2种输电距离典型应用场景的四端和五端MMC-MTDC输电系统。从全寿命周期内的总经济效益、新能源消纳率和网损大小3个方面对3种拓扑结构进行经济性分析,验证所提拓扑选型方法的效果。     

一种基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统协调控制方法

针对基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)中,交流区域的负荷波动导致该区域功率短暂不平衡,造成区域内电网频率波动的问题,首先提出一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)的换流器控制方法。其次,针对在应用VSG策略调频过程中会改变换流站的输出功率,打破直流侧的功率平衡,而导致直流电压偏差过大,当存在线路阻抗时影响尤为明显的问题,将VSG控制与改进下垂控制相结合,形成MMCMTDC系统多站综合协调控制策略。该控制方法不仅可以为交流区域提供频率支持,还能优化直流母线上不平衡功率的分配,提高系统直流电压的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink构建5端MMC-MTDC系统进行仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

双主电源并联运行的微电网小信号稳定性分析与控制参数优化

在基于多主从电源控制的微电网系统中,主电源逆变器的控制参数对系统的稳定性和动态性能有着至关重要的影响。文中以含有两个主电源的双主电源为电网系统为例,首先介绍了系统的控制方式,然后对系统建立了详细的小信号模型,通过计算系统状态矩阵的特征值和参与因子,分析了系统的稳定性和动态性能。在此基础上提出了含有根轨迹法与粒子群算法的控制参数综合优化方案,对逆变器的控制参数进行了协调优化,仿真和实验结果验证了参数优化方案的有效性。     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

一种满意控制的水轮机调速系统参数优化方法

水轮机调速器比例积分微分(proportion-integration- differentiation,PID)参数优化是经久不衰的研究课题,目前研究较多的是基于最优化理论的参数设计。提出一种基于水轮机转速性能指标满意度参数优化的新方法,该方法直接计算系统响应的上升时间、超调量、调整时间、稳态误差和反调量等性能指标,籍此得到各性能指标的满意度函数,并以系统总体满意度作为适应度函数,利用遗传算法进行参数优化,得到总体满意度符合设计要求的PID参数。该方法设计目标更实际、具体,尽管参数不一定最优,但能满足系统响应要求,且代价较小,更具实用性。应用至刚性水击模型和弹性刚性水击模型水力系统的PID参数优化设计,仿真结果表明满意度控制方法在水轮机调速系统参数优化中的有效性和实用性。     

基于时滞灵敏度和多目标优化的广域电力系统稳定器参数设计

针对广域电力系统稳定器应用过程中信号具有时滞的问题,基于Pade近似与阻尼转矩分析法推导得到一个特征根相对于时滞的灵敏度指标,进而采用多目标粒子群优化算法求解综合考虑该灵敏度指标与系统阻尼的广域电力系统稳定器参数优化问题,实现对时滞具有较好鲁棒特性的广域电力系统稳定器参数设计。在搭建的信息电力融合系统平台中以2区4机系统为例,研究了不同时滞下控制器的控制效果。时域仿真结果表明,所提控制器参数设计方法对广域信号时滞的波动有较好的鲁棒特性,当广域测量系统的传输时滞在一定的范围内变化时,控制器依然能够有效地抑制系统区域间的低频振荡,为广域电力系统稳定器的参数整定提供了一种新的思路。     

基于鲁棒方差优化的电力系统频率控制研究

随着新能源发电大规模并网,随机负荷扰动给电力系统稳定优化运行提出了新的挑战。针对自动发电控制过程中存在的随机扰动和参数摄动的问题,提出了一种基于鲁棒方差约束的状态反馈控制器的参数优化方法。根据鲁棒方差控制(Robust Variance Control,RVC)中不等式约束条件,分析了闭环系统在抑制随机扰动和提高阶跃扰动响应动态性能之间的博弈关系。构造了融合稳态状态方差和控制能量输出约束的优化问题,利用线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)获得了鲁棒方差控制器参数。在此基础上,对配置的区域极点圆心坐标值和正标量两个参数进行遗传优化,得到性能指标最优的控制策略。以两区域电力系统模型为例,表明该方法能够有效抑制随机扰动并保持良好的控制性能和鲁棒性能。     

静态无功补偿器鲁棒控制的一种新自适应逆推方法

针对一般的参数反馈型非线性系统提出了一种扩展自适应逆推方法。该方法不仅保留系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且突破了经典的确定性等价性原理。将该方法应用到含有未知参数带有静态无功补偿器 (SVC)的单机无穷大系统。将这种新自适应机制引入电力系统,得到了带有SVC单机无穷大系统的自适应控制律。仿真结果表明,该方法在提高系统稳定性和参数估计方面优于传统的逆推方法,为工程应用提供了一种有效的选择。另外, 该文中的算法可以应用到其他控制系统。