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.     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术

城市配电网的多回交流馈线通常采用闭环接线、开环运行模式,不具备线路相互之间的可控功率支持。利用背靠背多端换流器将多回10 k V线路柔性互联,可以将传统配电网的开环运行模式转变为闭环运行模式。本文针对采用直流配电中心柔性互联的多回10 k V线路,提出了一种基于负载均衡策略的直流功率实时调制技术,即利用馈线有功功率分配系数实现有功功率偏差控制,实现了多回线路之间的负载均衡。通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建了一个含四端混合式子模块MMC的交直流柔性互联配电系统,并在主从控制的基础上,利用基于负载均衡策略的功率调制技术、改进了直流配电中心的控制策略。仿真结果表明,在减少系统负荷测量点的情况下,所提直流功率调制策略能跟随负荷的波动实时平衡馈线之间的负载,提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。     

基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法

多端口电力电子变压器(PET)作为柔性互联配电网关键装备,其端口解耦控制与区域协调控制是保证跨区域互联系统安全稳定运行的关键技术之一.文中以基于隔离型模块化多电平变换器(I-M2C)的多端口PET作为关键装备提出一种依靠中压直流(MVDC)馈线互联的柔性配电网架构.首先,分析基于MVDC馈线跨区域互联配电网方案的技术特点,建立基于双调制自由度的I-M2C型PET端口数学模型.然后,根据端口数学模型及不同稳态运行模式需求提出各端口基于双调制自由度的解耦控制方法.同时,介绍了跨区域互联模式下区域间主从控制策略,总结了柔性配电网在各工况下的运行模式.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了10 kV仿真系统模型,验证了MVDC互联的柔性配电网协调控制策略的有效性与可行性.     

基于环流注入控制的MMC型固态变压器低压直流真双极运行方案

多端口固态变压器(solid state transformer,SST)是多电压等级交直流混合配电网的核心设备。模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型SST可构建中压交流、中压直流和低压直流等端口,其中压直流端口可接入中压直流配电网及构成多区域交流配电网的柔性互联,从而提升区域网络间功率灵活调节能力。对于低压侧,具有不平衡运行能力的真双极直流母线能够满足低压用户对多电压等级、供电可靠及用电安全等需求,而常规的MMC-SST仅能提供单极或伪双极低压直流端口。因此,文中提出一种真双极型MMC-SST拓扑及基于主动环流注入的桥臂电压平衡优化运行方案,该结构同时具备中压交流、中压直流及低压真双极直流等端口。文中的主要工作包括:简述真双极型MMC-SST连接方式,并基于能量平衡原理,探索低压真双极运行工作机理;建立基于环流的动态模型,揭示双极不平衡功率、桥臂电容电压及环流之间的耦合关系;基于环流注入的稳态模型,获得基于主动环流注入的桥臂电压平衡运行方法,并优化注入环流的幅值和相位;提出基于环流主动注入的桥臂电容电压平衡控制策略。最后,搭建2MVA的MMC-SST仿真模型及4.8kVA的MMC-SST实验样机,验证所提拓扑及控制的可行性和有效性。     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

多中压交流端口链式电池储能功率变换系统

基于级联H桥型功率变换的链式电池储能系统(cascaded H-bridge energy storage system,CHB-ESS)适用于无变压器中高压直挂式大容量应用场合,具有电池“分割管控”、高效、可靠、模块化、易扩展等优势。而现有的CHB-ESS为单中压交流端口的设计,只能挂接在单个交流配电网。随着分布式发电及快速充电桩等大规模接入,需要在配电网中大量ESS分散式接入,导致建设成本高,占地面积大等问题。为拓展ESS在配电网中的应用场景,文中基于CHB-ESS,提出具有多中压交流端口的ESS拓扑,该结构实现了多条中压交流馈线与同一ESS的柔性互联,具有储能共享、能量多向流动、网间功率互济以及馈线间潮流可控等功能。文中围绕所提出的ESS结构,分析其工作原理、能量平衡机制,提出中压交流端口功率解耦控制、能量均衡控制以及电池单元SOC均衡控制策略,最后,通过仿真和小功率样机实验验证所提出拓扑及控制策略的可行性及有效性。     

串并联型多端口配电网柔性互联开关

分布式能源渗透率的提高、电动汽车的大范围普及和用户负荷的多样化发展,给配电网带来电压越限、馈线过载和双向潮流等问题。利用柔性互联开关替代传统联络开关,可有效地增强配电网的灵活调控能力。此外,在配电网多网孔化的发展趋势下,对低成本、易扩展的多馈线柔性互联技术需求日益增加。然而,目前采用的柔性互联方案多为背靠背全功率型拓扑结构,成本高、体积大,不利于规模化推广应用。该文提出一种串并联型多端口柔性互联开关(series-shunt multi-port flexible interconnection switch,S²-MFIS),可实现多条互联馈线间的有功潮流调控及无功功率解耦支撑,且具备低成本、模块化和端口可灵活扩展等优点。首先,阐述S²-MFIS的潮流调节原理,并提出馈线潮流控制策略。其次,建立S²-MFIS内部能量平衡机制,提出电压恒定控制策略。接着,针对S²-MFIS拓扑结构,给出主回路关键参数设计方法,并就器件数量、器件参数等方面与背靠背全功率型拓扑方案进行对比。最后,通过仿真与小功率样机,...     

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。     

基于柔性直流技术的一种交直流混合配电网可行性研究

随着配电网中负荷的快速增长和分布式电源迅速发展,传统配电网需要进行一定的升级改造才能满足新增负荷和分布式电源的需求。立足于“手拉手”式接线的传统中压配电网结构,提出了利用柔性直流技术构建交直流混合配电网的改造方案,对其网架结构和控制策略进行了介绍分析。之后,以辽宁省某供电区域为例,对建设交直流混合配网、增建交流配电网和增建直流配电网三种配电网改造方案的经济性进行了对比分析。分析证明交直流混合配电网具有最低的系统运行损耗,当配电网运行年数超过5年时,建设交直流混合配电网具有最低的总投资费用。最后,分析总结了交直流混合配电网的综合优势和发展前景,证明了交直流混合配电网能够成为配电网改造的可行方案。     

基于成本分析的柔性直流配电网综合规划方案研究

随着直流分布式发电的高渗透率以及敏感直流电子负载的不断增长,柔性直流配电网络的应用越来越广泛,为比较柔性直流系统与传统交流配电系统,提出基于成本分析的柔性直流配电网规划方案。该方案可确定最优的交直流变电站位置和规模、交直流馈线的布线路线以及中低压侧交直流馈线的长度和容量,其目标函数由投资成本和运营成本组成。提出的柔性直流配网规划方案是在没有预先分配配电系统的地区实施的,并与传统交直流规划方案进行了比较。最后算例结果表明,与常用的交流配电系统相比,采用柔性直流配电方案可降低敏感负载下的总成本,并能提高分布式电源的渗透率。     

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。     

产品介绍

正直流配电网应用1贵州城市配电网柔性互联示范工程2018年9月3日南方电网重点科技项目-国内首个中压五端柔性直流配电示范工程正式进入试运行。四方公司作为本项目的一、二次系统总包方,为本项目提供了包括四端MMC换流器、电力电子变压器、储能/光伏换流器、直流充电桩、直流中心控制保护系统、交直流微电网控制保护系统、能量管理系统等在内的全部产品。该项目在国内率先实现了具备直流故障抑制能力混合式拓扑结构模块化多电平换流器的工程应用,建成了国内首个集10千伏交流配电网、±10千伏直流配电中心、380伏交流微电网、±375伏直流微电网、电动汽车充电站为—体的5端柔性互联交直流混合系统示范工程,国内首个集交直流配电网、交/直流微电网、配电自动化、需求侧管理、云计算等多学科技术为一体的直流配电中心。     

柔性直流技术在配电网中的应用及运行控制

柔性直流技术应用于配电网可提高配电网的可靠性和灵活性。结合苏州工业园区两端口柔性直流互联的交直流混合配电网，分析了该区域在正常和故障情况下的运行控制策略。正常情况下，采用集中-分区的控制层级模式，利用柔性直流的运行特性和微电网控制技术，支撑新能源消纳、重载风险消除等多个场景。故障情况下，基于柔性直流带无源负荷的供电能力分析模型，通过配网主站系统、柔性直流控制系统和保护装置的协同配合，实现配电网故障的快速处置。     

基于电力电子变压器的交直流混合配电网日前经济运行策略研究

多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路,实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济.提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略.首先基于交直流混合配电网典型拓扑,分析含PET交直流配网的灵活调控能力;然后根据PE...     

含柔性变电站的交直流配电网分布式优化调度方法

考虑到集中优化方法存在计算成本高、通信负担重的缺陷,基于分布式管理思路提出一种含柔性变电站的交直流配电网分布式优化调度方法.首先,将含柔性变电站的交直流配电网系统解耦为中压交流子系统、中压直流子系统、低压交流子系统、低压直流子系统和柔性变电站子系统等可独立优化调度的子系统,并建立各子系统的二阶锥优化调度模型;然后,采用目标级联法实现交直流配电网优化调度模型在各个子系统中的分布式迭代计算;最后,通过仿真算例验证所提方法的有效性和准确性,在满足交直流配电网整体运行约束的条件下,交直流配电网实现了整体最优运行.     

新闻

正国内首个五端柔性直流配电示范工程在贵州投入试运行日前,南方电网公司重点科技项目——国内首个中压五端柔性直流配电示范工程在贵州投入试运行,该项目不仅建立了国内首个融合交流配电网、交流微网、直流微网、分布式电源、电动汽车充电站为一体的柔性交直流互联配电中心,也标志着国内外高校中首个智能配电网产学研协同创新平台正式投入使用。经过近3年的不懈努力,贵州电网公司科研团队已通过科技攻关,解决了4项关键技术:研究出了1:1的全桥MMC和半桥MMC     

基于固态变压器的交直流混合配电系统协调运行控制策略

基于固态变压器(solid state transformer, SST)的交直流混合配电系统对于大规模消纳可再生能源具有重要意义,可靠的控制策略是保障混合配电系统稳定运行的关键。提出了基于SST的交直流混合配电系统协调运行控制策略,子网内“源、储、荷”的控制策略可自主实现子网内部的功率平衡;低压级能够维持低压交流母线电压,并实现交直流子网的互济互助;隔离级耦合中压直流母线与低压直流母线,支撑中压直流母线电压;中压级能够构建中压交流母线电压,实现低压级与中压级的互相支撑,并且在离网和并网时均采用电压源输出形式,无需切换控制策略,配合预同步控制实现模式间的无缝切换。RTDS仿真结果表明,系统可采用统一控制策略,无通信实现基于SST的交直流混合配电系统的功率协调与多模式间无缝切换,验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

基于SOP有功-无功协同的低压配电网末端电压越限治理

分布式电源具有出力波动性,且接入位置分布不均,其高比例、规模化接入低压配电网将引发线路末端电压越限问题,如何充分利用配电一次设备对配电网的调节能力实现快速灵活调压是提升配电网对分布式电源消纳能力的关键。文中基于智能软开关(SOP)构建了柔性互联配电网,并提出一种基于SOP有功-无功协同的调压方案,相比于现有的储能系统有功调压和设备无功调压方案,在同等装置容量下具备最佳的电压调节性能,可大幅提升配电网对分布式电源的消纳能力。由于SOP的有功功率传递会同时影响互联线路电压,依据各馈线末端固有电压水平划分配电网运行模态,有机结合SOP内部储能装置,提出基于SOP多模态协同的调压控制策略,可同时实现互联配电线路的末端电压越限治理,且该方案可灵活推广应用到多端柔性互联场景。通过所搭建的柔性互联配电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

柔性多状态开关新型复合控制策略

分布式电源的大量接入和电动汽车的快速普及成为现今配电网面临的双重挑战,同时当前配电网普遍存在闭环设计、开环运行的现象,导致配电网内馈线功率失衡现象严重。为解决上述问题,文中研究了用于配电网馈线互联的柔性多状态开关控制技术。基于柔性多状态开关接入方式和拓扑分析,分析了柔性多状态开关与两侧馈线进行功率交换的原理。然后提出了一种新型复合控制策略,直流母线电压由所有变流器共同控制,能够实现装置同时独立进行有功潮流调节和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型和原理样机实验平台,进行了配电网两条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。仿真和实验结果显示,所提出的控制策略有效可行。