基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

多端柔性直流输电(voltage sourced converter based multi-terminal high voltage direct current,VSC-MTDC)系统安全运行至少应满足N?1法则,即当一个换流站由于故障或检修退出运行时,剩余系统可以恢复功率平衡而继续稳定运行,且暂态过电压不会超过设备绝缘裕度。为了维持VSC-MTDC直流电压稳定及整个网络功率平衡的站间协调控制,提出一种改进直流电压下垂控制策略,同时引入一个公共直流参考电压,参与下垂控制换流站的功率调整。在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的三端VSC-MTDC仿真模型,在稳态和暂态运行工况下对所提直流电压控制策略进行仿真验证。结果表明,所提策略可抑制换流站交流侧故障引起的直流侧功率振荡,进行换流站退出运行后系统功率的紧急输送,提高了VSC-MTDC系统的运行稳定性。     

适用于柔性直流的辅助功率补偿下垂控制

目前，多端柔性直流互联系统中的模块化多电平换流站广泛采用下垂控制策略，可根据下垂特性曲线自主调节电压和功率。但是，该策略难以应对诸如换流站潮流翻转、换流站退出运行等突发工况下直流侧电压的异常波动。为此，建立了基于下垂控制策略的换流站线性模型，表明下垂控制使换流站调节速度难以满足突发工况的需求；在此基础上，针对突发工况下直流侧电压突变问题，提出了一种基于辅助功率补偿的改进型下垂控制策略。相比传统下垂控制，该策略无须改变换流站控制参数，稳定性更好，反应速度更快，抑制电压波动能力更强，较好地优化了直流互联系统应对突发工况时的性能，并通过仿真验证了该策略的有效性。     

基于dq 变换与小波多分辨率分析的电力系统暂态复合扰动信号检测方法

dq坐标变换及其改进算法是检测暂态电能质量的常用方法,但在复合扰动情况下dq变换方法的检测精度会受到很大影响。针对此问题,提出了一种基于dq变换与小波多分辨率分析相结合的暂态电能质量检测方法。通过小波多分辨率分析分离出电压的低频信号成分,然后再对分离出的低频信号成分进行瞬时dq变换。同时用形态滤波分离出电磁暂态扰动,避免了各扰动检测之间的相互影响。最后利用Matlab/Simulink对所提方法和常规dq变换方法在复合扰动情况下的检测进行了仿真对比,结果表明所提方法适应能力强,具有非常优越的综合性能。     

多端柔性直流输电系统中下垂控制对小干扰稳定影响机理分析及参数优化

针对多端柔性直流输电的下垂控制方式,研究其工作特性和控制原理,推导其小信号模型,得到基于下垂控制的多端柔性直流输电系统(Voltage Soured Converter based Multi-Terminal Direct Current,VSC-MTDC)小信号模型。在此基础上推导出下垂控制下换流站对交流系统的影响机理,并得到相关结论。最后在一个基于两区四机的三端直流网络系统中证明了文中模型及结论的正确性,即下垂控制对振荡传递的双向性,并得到下垂系数对系统稳定的影响机理。接着使用粒子群算法求解最优的下垂系数,对比仿真结果证明了其可行性和优越性。仿真结果还显示直流系统对低频振荡的隔离性,通过直流系统引起的受迫振荡幅度较小。     

基于ERGA和混合H2/H∞方法的交直流并联系统分散控制

提出一种基于有效相对增益阵列和混合H2/H∞方法的交直流并联系统分散控制方法。该方法首先根据有效相对增益阵列(ERGA)指标和总体最小二乘-旋转不变技术确定附加阻尼控制器安装地点和反馈信号配对方案,再基于混合H2/H∞控制理论设计分散控制器,抑制交直流并联输电系统中存在的区域间和区域内低频振荡。有效相对增益阵列指标考虑了传递函数矩阵的动态和静态过程,混合H2/H∞控制理论可计及控制代价和系统的不确定性。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。     

含VSC-MTDC的交直流混联电力系统暂态稳定评估

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入电力系统后,其灵活的调控特性和拓扑结构会改变系统的故障响应。文章旨在研究不同拓扑结构和控制方式下多端柔性直流输电系统对系统暂态稳定性的影响。首先构建了四端柔性直流输电系统,在不同故障下对不同拓扑的故障极限切除时间进行统计分析,得出VSC-MTDC拓扑结构与暂态稳定性的关系;在此基础上研究了控制方式对暂态稳定性的影响,依次将四个换流站设置为定直流电压端,综合近端、远端线路故障分析控制方式对暂态稳定性的影响。     

考虑VSC-MTDC动态稳定性约束的优化协调控制策略

为了解决多端柔性直流系统(VSC-MTDC)直流电压越限和功率分配不合理的问题,提出了一种与调度系统相结合的协调控制策略。通过调度系统进行短期负荷预测,并以所有下垂控制站的下垂系数、直流电压参考值和直流功率参考值为决策变量,以直流电压、直流功率和直流线路电流不越限为不等式约束,建立系统损耗和直流电压偏差最小为目标的多目标优化模型。此外,为了保证系统稳定性,通过建立反映VSC-MTDC直流侧响应的状态空间模型的方法,引入所有下垂系数之和为常数的等式约束。算例中搭建了四端VSC-MTDC系统,对定功率站的功率不变、功率突变以及计划停运等情形进行实验。结果表明,所提算法能在保证系统稳定的前提下,确保各节点直流电压波动范围为额定值的–5%~5%以内,同时保证各站的直流功率不满载。因此,所提算法能够优化VSC-MTDC的运行特性,可作为一种稳态调控或计划停运的控制手段。     

VSC-MTDC系统下垂控制优化策略

直流电压稳定和系统功率平衡是直流输电系统稳定运行的关键条件。下垂控制不依赖于站间高速通信,为远距离输电提供了有效的技术支持,但其存在直流电压控制刚性较差,下垂系数设置不当易造成系统控制不稳定和换流站过载运行等一系列问题。为解决这类问题,先求解出三端柔性直流输电直流网络的V-I特性关系,分析下垂系数的作用原理,随后求取V-I特性曲线边界条件,最后提出一种下垂控制优化策略,对下垂系数设置影响因子,使系统根据需要动态改变下垂系数,从而运行在适宜的工况。使用PSCAD/EMTDC平台搭建了三端柔性直流输电仿真系统,经过稳态分析和暂态分析证明了所提出优化策略的正确性和有效性。     

三相串联MMC直流换流站在交流故障下的控制策略研究

三相串联MMC将三个单相MMC串联,在承受相同直流电压的情况下,相比传统的三相并联MMC,可以减少三分之一的开关器件,造价更低,但三相串联MMC在不平衡交流电压下的控制保护是一个难题。推导了静止α-β坐标系下的交流侧有功功率平衡方程,通过平衡各单相MMC交流侧的有功功率实现交流故障下的直流侧均压,该策略可以根据故障的严重程度自动调整换流器交流故障下的功率输送。此外,提出了静止α-β坐标系下防止换流器过电流的参考电流整定方法。构建了基于比例谐振控制器的总体控制框图。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了三相串联MMC换流站仿真模型,对交流电网单相和两相接地故障进行了仿真验证。仿真结果表明:三相串联MMC换流站在所提的控制策略下具有良好的故障穿越能力。     

适用于海上风电并网的多端柔性直流系统自适应下垂控制研究

多端柔性直流输电技术适用于大规模海上风电场并网,维持直流电压稳定是多端柔性直流输电系统协调控制的主要任务。传统下垂控制采用固定下垂系数,在复杂工况下灵活性较差,为此提出一种自适应下垂控制策略。通过检测换流站的直流电压偏差和功率裕度,采用模糊逻辑推理调整下垂系数。基于PSCAD/EMTDC仿真研究表明:所提自适应下垂控制策略,在换流站功率裕度允许范围内,能够减小传输功率变化造成的直流电压偏差,提高系统运行特性。     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

基于自调节下垂控制的分布式电源并联运行技术

在孤岛运行模式下,各分布式电源并联运行时输电线路阻抗值存在差异,采用传统的下垂控制难以实现无功功率输出按DG容量比例合理分配。针对该问题,提出一种改进的自调节下垂控制策略,该改进策略在传统无功-电压下垂控制基础上,引入关于输出无功功率的比例积分控制环节后使无功功率输出与线路阻抗无关,从而实现无功功率输出按DG容量比例合理分配,抑制了系统无功环流分量。最后通过Matlab仿真平台搭建DG并联运行仿真模型验证了该改进策略的有效性。     

逆变器侧电流反馈的LCL型三相光伏并网逆变器解耦控制

为了实现LCL型三相光伏并网逆变器dq轴的解耦控制,同时提高系统的动态响应速度,在同步旋转坐标系下,提出一种适用于逆变器侧电流反馈的前馈解耦控制策略。并在电压外环中引入光伏阵列功率前馈、电流内环中引入电网电压前馈。视各耦合项为扰动,采用闭环传递函数的求解方法以获取实现解耦控制的前馈系数,同时分析了滤波器参数在发生变化时其对dq轴解耦效果的影响。通过Matlab建立系统仿真模型,仿真结果表明:所提解耦控制策略使LCL型三相光伏并网逆变器不仅实现了dq轴的解耦控制,而且在保证强鲁棒性及高入网电流质量条件下具有良好的动、静态性能。     

基于Washout滤波器的虚拟同步发电机新型控制方法研究

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略能使逆变器模拟同步发电机运行机制,有利于改善系统稳定性,已成为逆变器控制技术的热点问题之一。首先对VSG的结构进行详细的分析,包括电压电流双环的解耦控制、有功功率和无功功率的下垂控制以及同步发电机的建模等。然后在此基础上提出了一种基于Washout滤波器特性的新型VSC控制方案。最后通过Matlab仿真结果验证了所提的VSG控制方法的有效性和可行性,并说明了新的控制方案可以改善微电网系统的频率与电压,提高微电网的适应性和电能质量。     

MMC型多端柔性直流配电系统协同控制与故障电流抑制策略

针对基于直流母线以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)构成的多端柔性直流配电系统,参照实际直流工程,建立了连接低压直流设备的三端模块化多电平换流器等效网络数学模型,并基于下垂控制改进了协同控制控制策略。同时,针对配电系统换流站没有换流变压器的情况,设计了零序电流抑制环节。在PSCAD/EMTDC上搭建了多端柔直配电系统的仿真平台。验证了所设计协同控制策略可以使有功-无功功率的调节更加平稳,减少系统在异常情况下直流电压的波动;在发生交流侧单相接地瞬时故障时,零序电流抑制环节可以抑制过电流,保护设备,降低了换流站配置时的冗余度。     

分布式微电网自同步电压源并列运行策略

分布式能源的高渗透率使集中式微电网的弊端逐渐显现,因此分布式微电网受到广泛关注。针对目前分布式微电网中鲜有关注的微源与交流母线连接线路末端的功率耦合及下垂系数不可控问题,基于控制量本地性原则,提出考虑下垂系数精确控制的改进VSG控制策略,实现线路末端功率解耦及期望的下垂特性。然后,结合虚拟转子特性匹配方法,在无需附加改进无功控制的前提下,从静态与动态两个角度实现各并联逆变器功率的合理分配。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证该方法的有效性与可行性。所提控制策略与匹配原则使逆变器具备自同步特性,形成自同步电压源,赋予分布式微电网较高的自稳性、自主性以及鲁棒性,保证微电网的稳定运行。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

双级式光伏发电主动参与电网频率调节

为解决大规模光伏发电并网带来系统调频能力不足的问题,提出了双级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改Boost变换器或网侧逆变器原有的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。并分析虚拟惯性时间常数、锁相环控制带宽对虚拟惯量控制的影响。基于光伏发电的有功功率-相位运动模型、同步发电机组的频率响应模型来分析光伏发电的虚拟惯量特性及其对系统频率动态特性的影响。仿真结果表明:Boost变换器和网侧逆变器均可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;虚拟惯性时间常数越大或锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

基于工业互联网的智慧能源服务系统架构研究

简述智慧能源系统及架构设计的现状与问题。提出了基于工业互联网的智慧能源服务系统,实现多元设备泛在接入、监视控制、电动汽车有序充电、储能充放电管理等功能。首先提出基于"泛在物联网+互联网"的智慧能源服务系统的总体架构,接着阐述了其技术架构和集成架构。最后介绍了系统的示范应用,系统已在国网总部部署,与营销业务、智慧车联网平台等系统互联互通,实现数据和资源共享。在平台基础上构建电动汽车和储能设备有序充放电应用,在北京、上海、河南等地试点,验证了该系统的实用性和有效性。