应用于城市电网分区互联的柔性直流容量和选点配置方法

针对城市化发展和环保约束加强过程中暴露出的现有城市电网分层分区网架供电能力受限、互供能力弱、电压无功储备不足等问题,结合柔性直流输电技术优势提出了柔性直流应用于城市分区互联的功能定位。在此基础上,首先建立了经柔性直流互联的分区220 kV电网供电能力评估数学模型,从送受端分区选择、容量优化、落点选择、安全稳定适应性评估等方面确定柔性直流有功功率容量需求和选点,消除单一分区供电瓶颈,实现多分区综合供电能力最大化;其次,依据分区电压稳定薄弱环节和故障后电压恢复水平,以控制母线电压恢复至可接受水平为目标,采用V-Q曲线评估确定柔性直流无功功率容量需求和选点;针对有功、无功功率需求和选点的矛盾,确定柔性直流的最终容量和选点的协调方法。以北京城市电网为例验证了所提方法的有效性。     

分布式电源高渗透率交直流主动配电网运行控制策略

分布式电源高渗透率交直流主动配电网运行控制策略是实现分布式电源充分消纳,保证电网安全可靠运行的关键。把交直流混合主动配电网的运行状态分为正常态、预警态和紧急态3种运行状态。正常态进行周期全局优化,优化模型考虑分布式电源消纳、负载均衡和有功网损最小;预警态包括实时预警和态势感知预警,利用协调校正控制策略提高电网安全裕度;紧急态是利用柔性直流装置进行紧急功率支援,使电网恢复到正常态或者过渡到预警态。最后,通过算例验证了所提运行控制策略的正确性与有效性。     

分区柔性互联城市电网的静态安全性分析

为解决我国大型城市电网分区运行中存在的安全隐患,提出在分区间安装基于模块化多电平换流技术的柔性直流分区互联装置以进行柔性互联,并通过静态安全分析研究上述新的运行方式对城市电网安全性的提升作用。首先,针对目前我国大型城市电网中220 kV及以上电网分区运行现状,分析了分区解环运行模式下存在的安全风险,并针对性地提出电网发生N-1故障后,利用分区互联装置进行紧急功率支援的思路。其次,对分区互联装置进行建模,研究电网N-1故障后装置的功率支援策略,并利用灵敏度法确定装置的功率支援量,提出分区柔性互联城市电网的静态安全性分析方法。最后,通过北京电网实际算例验证所提方法,并与现有分区运行方式对比,可知城市电网经柔性互联后,其安全性得到明显提升。     

含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制

含柔性直流电网的交直流混联系统中换流站功率参考值和下垂系数分别决定了换流站功率分配以及直流电压与直流功率间的斜率控制关系,进而决定了整个交直流混联系统的潮流分布,因此功率参考值和下垂系数的选取至关重要。为此,提出一种含柔性直流电网的交直流混联系统潮流优化控制策略,对功率参考值和下垂系数进行优化,以实现系统网络损耗和直流电压偏差率综合最小的目标。首先,针对含柔性直流电网的交直流混联系统建立了换流站模型、交流系统模型和直流电网模型,并建立了直流电网在主从运行方式或下垂运行方式下的控制方程统一表达式。然后,基于含柔性直流电网的交直流混联系统最优潮流,在线自适应修正换流站功率参考值和下垂系数。最后,对不同运行方式下含五端柔性直流电网的修正IEEE 39和IEEE 118节点交直流混联系统进行计算分析,其结果验证了所述方法的有效性。     

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。     

含柔性直流电网紧急频率协调控制策略

基于常规直流功率提升的紧急频率控制需消耗大量无功功率,导致电网电压稳定性下降。柔性直流输电具有有功、无功解耦、可动态提供无功支撑等优势,在此基础上分析了提升直流输电功率实现电网发生功率缺额时频率控制原理。提出一种基于柔性直流输电技术与常规直流输电技术的紧急频率协调控制策略,以频率控制对系统电压稳定性负面影响最小为目标,计及近区电网交流断面潮流安全约束,建立线性优化模型求解得到系统有功缺额下各直流功率紧急提升量。对华东电网某实际算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

基于柔性直流分区互联的受端城市电网无功电压控制策略

基于柔性直流实现供电分区互联,为解决受端城市电网的无功电压问题提供了有效手段。针对受端城市电网在不同运行方式下的无功电压特性,提出了以柔性直流为核心的无功电压控制策略。在轻负荷时段,通过柔性直流与传统无功源在调节时序上的协调,实现了对全局性高电压越限和无功倒送的校正控制。在重负荷时段,通过柔性直流与传统无功源的无功置换控制,提高了受端城市电网动态无功支撑能力。将该控制策略应用于自动电压控制系统,并通过实际算例验证表明,该方法能够满足受端城市电网在不同负荷水平下的无功电压运行控制要求,有效提高无功电压质量。     

大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出的电压特性

光伏电站孤岛经柔性直流外送至负荷中心消纳是“沙戈荒”等地区光伏基地送出的重要技术方案。然而,孤岛送出系统中柔性直流设备代替传统旋转设备成为光伏设备的唯一稳定交流电压源,将导致系统电压特性明显不同于传统电网。因此,针对大规模光伏电站经孤岛柔性直流送出稳态、暂态电压特性开展研究。首先详细介绍了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统;其次建立了孤岛送出系统稳态电压分析模型,提出了以功率圆为表征计及柔性直流暂稳态无功功率能力的稳态电压特性及功率极限分析方法,并通过算例系统开展了稳态电压特性分析;然后研究了大规模光伏电站孤岛经柔性直流送出系统严重交流故障情况下暂态电压特性,提出新能源与柔性直流暂态协调控制策略;最后提出了提升电压稳、暂态特性的措施,可为光伏电站孤岛经柔性直流送出系统实际运行设计提供参考。     

向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略

考虑孤岛电网存在有源电网状态和无源电网状态之间的状态变化,文中提出了向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略,以实现在孤岛电网状态变化时保证对其可靠供电。从柔性直流的控制原理出发,分析了有源电网和无源电网下柔性直流逆变站控制方式的差别。当孤岛电网从有源电网变为无源电网,向其供电的柔性直流逆变换流站控制方式切换时,文中从稳定交流电压和快速恢复有功平衡考虑,提出了相角跟随和有功功率优先2个控制策略,以保证切换时刻孤岛电网和直流系统的各电气量波动最小。建立柔性直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,仿真验证了文中控制策略的有效性,在孤岛状态变化时可实现持续可靠供电。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术（即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC）送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。     

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题,文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电,设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器,并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型,仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性,表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题,且控制方式灵活、简单。     

基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统分布式控制策略

应用智能多代理系统(MAS),提出一种基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统的控制策略。首先,基于网络图论的概念,提出了MAS最优通信拓扑设计方法。然后,基于VSC-MTDC系统传统下垂控制给出了完整的MAS控制策略,设计了以换流站交流母线电压、频率为输入信号的频率支撑Agent(FSA)模块和以换流站负载率为输入信号的功率分配Agent(PAA)模块,并深入讨论了FSA和PAA的配合控制问题。其中,FSA通过控制换流站的功率输出对交流电网提供快速频率支撑,PAA通过换流站之间的输出功率再分配保证VSC-MTDC系统中各换流站负载率的均衡分配。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了六端VSC-MTDC系统,通过非线性仿真证明了所提通信网络拓扑优化方法的有效性,并且验证了所提控制策略能迅速实现系统频率的稳定、有效防止换流站功率的过载。     

光伏电站经柔性直流集电送出系统的低电压穿越协调控制策略

光伏电站经柔性直流集电送出系统在交流电网发生故障扰动时应该具备低电压穿越的能力。针对受端和送端交流电网发生故障扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的低电压穿越协调控制策略。交流电网故障情况下,VSC-HVDC送、受端换流器可依据直流电压的变化量切换控制模式。送端换流器根据VSC-HVDC直流电压的变化量调节光伏电站出口的电压幅值,使光伏电站感受到电压变化并减小有功功率输出,从而迅速维持VSC-HVDC系统的功率传输平衡,提升系统故障穿越能力,而且可以实现直流电压的稳态无差控制。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了1000 MW光伏电站与VSC-HVDC系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

T型三电平VSC-HVDC系统模型预测灵活功率控制策略

建立了基于T型三电平基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统功率模型,并据此提出了基于两步预测的有限控制集模型预测直接功率控制策略,其可实现功率指令值的精确跟踪、直流侧电容电压平衡和降低平均开关频率3个控制目标。但该控制策略在电网电压不对称时会产生谐波电流,为了解决该问题,通常增加功率补偿策略。然而当采用传统的功率补偿策略时,只有3种可选的控制目标:抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动。上述3种控制目标难以在各种类型的交流故障下同时满足换流器自身的限制条件和电网对换流器故障穿越的要求。为此,提出了灵活功率控制方法,其可在各控制目标之间实现折中控制,控制方式灵活。搭建了T型三电平VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的正确性。     

基于电压源换流器HVDC联网的受端电网扩展黑启动方案

结合电压源换流器高压直流(VSC-HVDC)输电系统向受端无源电网供电时的稳态运行特点,提出基于VSC-HVDC联网的受端电网扩展黑启动的优化决策方法。在分析黑启动过程中VSC-HVDC逆变器采用定交流电压控制策略下运行特性的基础上,提出拟进相运行能力及其裕度两个指标来反映换流器吸收充电无功功率和抑制工频过电压的能力。进而考虑VSC-HVDC的影响,在扩展黑启动多目标优化模型中,引入反映系统整体无功功率水平的目标函数及VSCHVDC稳态运行的约束条件,通过快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)和模糊熵权法得到最优扩展黑启动恢复方案。最后采用电磁暂态仿真软件(PSCAD/EMTDC)建模,并基于修改的新英格兰10机39节点系统仿真证明了VSC-HVDC在黑启动初期的优越性。