含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流统一迭代求解算法

介绍基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)技术,具有可向无源网络供电、不会出现换相失败等众多优点。分析VSC-HVDC输电系统的原理及其中VSC的控制方式。针对不同控制方式下的VSC,分别推导其交流母线及直流系统相应的潮流修正方程式。提出VSC-HVDC交直流混合系统潮流的统一迭代求解算法,并以修改后的WSCC-9节点交直流混合系统的潮流计算为例,验证统一迭代求解算法的有效性。通过该潮流算法分析VSC-HVDC输电系统的稳态特性和有功功率损耗特性。     

多端VSC-HVDC系统交直流潮流计算

电压源换流器VSC(Voltage Sourced Converter)与传统高压直流输电(HVDC)换流器在物理模型和工作原理上有本质区别．因此传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC构成的多端直流输电系统VSC—MTDC(VSC Multi—Terminal HVDC)中直接使用。首先描述了MTDC潮流计算的数学模型。随后在综合VSC工作原理及控制方式的基础上,推导了适用于VSC—MTDC潮流计算的VSC数学模型。进而由换流器控制量M(调制度)和6(PWM相位角)的不同组合,列出了4种运行控制方案。并针对每种控制方案给出了其交直流潮流交替求解的接151方程。最后以一含3个VSC的系统为例,对其中1个VSC的不同运行控制方案进行潮流分析,结果表明采用交替算法的潮流算法交直流接口简单清晰、程序编写方便且通用性好。     

含电压源型换流器直流电网的交直流网络潮流交替迭代方法

随着电压源型换流器(VSC)及基于VSC的并联型直流电网的不断发展,未来电网会形成含VSC的多直流母线、多直流联络线和多直流负荷的交直流网络。文中分析了VSC的稳态模型及其控制方式,详细推导了含VSC直流电网的交直流网络稳态潮流模型,研究了不同控制方式直流电网的潮流求解方法。在此基础上提出了一种通用交直流网络潮流交替迭代方法,该算法根据VSC换流站的不同控制方式在交流侧和直流侧解耦等效,先进行直流电网潮流迭代,后进行交流电网潮流迭代,二者交替计算直至直流电网、换流站和交流电网全部收敛。算法适用于不同的直流电网控制方式且考虑了直流变量约束条件和运行方式的合理调整。最后在改进的IEEE 57节点交直流电网上,验证了所提出的交替迭代方法的有效性和准确性。     

含VSC-HVDC的交直流混合网络的动态潮流计算方法

针对含电压源型换流器(VSC)的交直流混合网络在出现功率扰动之后的潮流计算问题,分析了VSC的各种基本控制方式,引入了VSC的虚拟同步控制。在此基础上推导了含VSC的交直流混合网络潮流模型,构建了具有通用性的交直流混合网络动态潮流算法。该算法以混合网络潮流计算的交替迭代法为基础,适用于不同的VSC控制方式。最后在包含多端VSC-HVDC的IEEE-39节点系统中验证了所提出算法的有效性。     

基于电压源型换流器的多端直流配电网潮流计算

随着分布式电源及电力电子技术的发展,基于电压源型换流器(VSC)的直流配电网具有接入灵活、可靠性高、经济性好等优点。在详细分析了VSC稳态潮流模型的基础上,计及直流配电网的运行控制策略,研究了基于VSC的多端直流配电网潮流计算。在潮流计算过程中,采用节点关联矩阵对网络结构进行自动搜索和自动开环处理,提出了针对环网和下垂节点的统一功率修正方法,并考虑了VSC的功率限制及其控制方式的转换。最后,利用修改后的IEEE 14节点直流配电网算例,验证了所提直流配电网潮流计算方法的有效性和正确性。     

计及换流器损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流算法

提出一种考虑换流器精确损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流计算方法。基于计及换流器精确有功损耗的电压源换流器(VSC)换流站一般模型,建立了多端柔性直流互联交直流系统的最优潮流数学模型,推导了不同控制方式对寻优变量设定和等式约束构建的影响。针对电压下垂控制换流器交流侧有功功率与换流器损耗之间的"耦合"问题,提出了一种下垂控制VSC交流侧有功功率的计算方法。进而,在分析雅可比矩阵构成的基础上,采用步长控制原对偶内点法实现了模型求解。最后通过改进的IEEE 30节点算例仿真,分析了换流器损耗、电压下垂控制方式对最优潮流计算的影响,验证了所提方法的有效性、准确性和适用性。     

含柔性直流电网的交直流网络潮流计算方法综述

为解决大规模新能源并网和消纳问题,基于柔性直流输电的直流电网技术备受关注。相比传统高压直流输电,基于电压源型换流器的直流电网运行方式更为灵活,其控制方式的多样化将使得传统潮流算法不再完全适用。总结了目前含柔性直流电网的交直流网络潮流计算的相关文献,分析了两端、多端直流输电潮流求解算法以及考虑损耗的换流站建模处理方法。梳理了换流器和直流电网不同控制方式与潮流节点类型的对应关系以及对构建潮流方程的影响,并针对不同控制方式切换带来的雅可比矩阵维数变化问题,总结了交直流网络潮流统一表达和高效求解方法。结合柔性直流电网发展方向,展望了未来潮流计算相关技术领域的研究重点并提出了相关建议。     

一种新型VSC潮流计算模型

交替迭代法由于处理换流器控制策略的灵活性以及对单侧潮流计算方法的良好继承性而被广泛采纳,但该方法用于求解基于目前广泛采用的电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)潮流计算模型的混合系统潮流时,会出现交直流系统间的多次交替迭代问题。从避免多次交替迭代问题和进一步减少计算量的角度出发,对VSC潮流计算模型进行重塑,提出一种新型VSC潮流计算模型。该模型将VSC的有功损耗等效至直流侧,并重新对交直流系统设定边界,在避免了交直流系统间多次交替迭代问题的同时也相应减少了混合系统的潮流计算量。最后在IEEE9节点系统增加直流环节形成一个交直流混合系统,对所提模型进行测试,测试结果表明了所提模型的有效性和高效性。     

含VSC-HVDC的交直流混合系统潮流计算

全控型电力电子器件电压源型换流器VSC(Voltage Source Converter)的出现,为直流输电发展提供了新方向。在分析多端VSC-HVDC稳态模型基础上,导出了其适用于牛顿法潮流计算数学模型。提出了一种应用统一迭代法对含有VSC交直流混合系统进行计算的方法。通过修改IEEE-14节点系统仿真结果验证了该算法的有效性和准确性。     

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。     

联于弱交流系统的VSC-HVDC稳定运行区域研究

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)可用于联接弱交流系统,但其联于弱交流系统时的运行特性仍待深入研究。该文以VSC的交流侧稳态潮流方程为基础,归纳两种不同控制方式下VSC稳态运行时的交流侧安全稳定性约束条件,分析安全稳定判据随短路比(short-circuit ratio,SCR)的变化规律,解释VSC联于弱交流系统时无法安全稳定运行的现象,并给出求取临界短路比(critical short-circuit ratio,CSCR)的步骤流程。在此基础上,研究各种工况因素(交流等效电动势、交流等效系统阻抗、VSC运行方式等)不同时VSC的CSCR,并和PSCAD的仿真结果进行对比验证。最后,总结VSC的CSCR的主要制约因素,并给出各种运行方式下CSCR的典型范围。     

联于弱交流系统的VSC-HVDC稳定运行区域研究EI北大核心CSCD

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)可用于联接弱交流系统,但其联于弱交流系统时的运行特性仍待深入研究。该文以VSC的交流侧稳态潮流方程为基础,归纳两种不同控制方式下VSC稳态运行时的交流侧安全稳定性约束条件,分析安全稳定判据随短路比(short-circuit ratio,SCR)的变化规律,解释VSC联于弱交流系统时无法安全稳定运行的现象,并给出求取临界短路比(critical short-circuit ratio,CSCR)的步骤流程。在此基础上,研究各种工况因素(交流等效电动势、交流等效系统阻抗、VSC运行方式等)不同时VSC的CSCR,并和PSCAD的仿真结果进行对比验证。最后,总结VSC的CSCR的主要制约因素,并给出各种运行方式下CSCR的典型范围。     

基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法研究

基于交替迭代的交直流潮流计算是柔性互联电网研究的基础,其能灵活适应电压源换流器(voltage source converter, VSC)的各种控制方式,且对成熟的交流潮流计算方法具有良好的继承性。但此算法由于交、直流系统间存在耦合关系,需要交替进行多次迭代。对此,本文首先分析换流器稳态模型及其常用控制方式、直流电网潮流稳态模型,随后推导出柔性互联系统交替迭代法及交替迭代法需要进行多次交替迭代的原因,提出了一种基于VSC的柔性互联电网潮流解耦算法。在不重新划分交、直流系统界限的基础上,通过对VSC有功控制参量的两次处理,继承了交替迭代法优点的同时,可避免进行多次交替迭代,使得潮流计算更加简洁且更贴近实际模型,从而使柔性互联电网潮流计算量大为减小。最后,通过IEEE9节点和IEEE30节点交流测试系统形成的两个柔性互联系统算例,验证本文所提算法的有效性和准确性。     

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型。该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统。建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解。通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性。     

含VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算

利用等值电压源方法对电压源换流器进行等效,从而导出了适合于优化计算的电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)系统模型.该模型能够考虑换流器的各种控制方式及运行限制,且可用于多端直流系统.建立了含有VSC-HVDC的交直流系统可用输电能力计算模型,在模型中考虑了对换流器控制变量的多种优化方式,并应用序列二次规划法对模型进行求解.通过对修改后的EPRI-36节点交直流系统进行仿真计算,验证了所提出模型的实用性及算法的有效性.     

基于背靠背 VSC-HVDC 电网间同期并列装置实现UPFC 的仿真研究

基于电压源型换流器(VSC)能够同时独立控制有功功率和无功功率的原理,对背靠背VSC-HVDC同期并网装置结构和统一潮流控制器(UPFC)电路主拓扑结构进行分析,提出一种基于功率传递方式实现电网并网与UPFC功能相结合的控制策略。电压源型换流器完成同期并网操作后,采用断路器状态作为特征信号闭锁并联侧和串联侧的换流器,通过相关电气设备的操作完成UPFC结构的转换,改变换流器控制策略以实现潮流调节功能。同一装置在不同模式下实现多种功能,提高了电力系统的稳定性和自动化程度,增加设备的使用率。本文利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了该方法的有效性和可行性。     

基于改进牛顿法的VSC-HVDC潮流计算

根据电压源换流器(VSC)新型高压直流输电(HVDC)的稳态特性和控制方式,建立了含VSC-HVDC稳态潮流计算数学模型,分别采用牛顿法、简化牛顿法、三阶收敛牛顿法和六阶收敛牛顿法进行潮流求解,仿真验证了各算法在VSC-HVDC不同控制方式下的有效性,并对各种算法的计算速度作了比较,并在此基础上提出了2种混合算法,仿真验证了其优越性。     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

含直流电源与负荷的交直流系统潮流算法

考虑轻型高压直流输电技术的特点,提出了基于电压源换流器(VSC)的交直流电力系统统一迭代潮流求解算法,分别从交流网络、电压源换流器和直流网络三部分推导了其相应的牛顿-拉夫逊法潮流计算修正方程式。该算法可以进行包含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流计算。修改的WSCC-9节点系统仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。     

考虑不同接线方式的多电压等级直流配电网潮流计算方法

直流配电网潮流分析是直流配电系统设计、运行、维护的基础。传统直流潮流计算方法无法满足控制方式更加灵活、运行方式更加多样、负荷类型更加丰富的多电压等级直流电网的潮流计算需求。为此,提出了在不同接线方式下的多电压等级直流配电网潮流算法,首先考虑AC/DC换流器以及DC/DC直流变换器多种控制方式,建立了统一的潮流控制方程。其次研究了AC/DC换流器及DC/DC直流变换器在不同接线方式下的潮流计算模型并重点分析了不同类型直流负荷在真双极、伪双极网络中的潮流方程的构建方法,进而给出了不平衡网络潮流方程的求解步骤与方法。最后以国家重点研发计划苏州两端电压源变换器(voltage source converter,VSC)多电压等级直流配电网示范工程为算例,验证在不同控制方式下文中所提的多电压等级直流潮流算法的有效性。