柔性环网控制器原理及紧凑化研究

随着城市电网的发展,高低压电磁环网造成的短路电流超标等问题日益严重,其影响着电网的安全稳定运行。基于电压源换流器的柔性环网控制器具有独立控制系统有功、无功功率,实现电磁环网解列与故障隔离等功能,该文根据柔性环网控制器的技术特点提出了优化传统系统设计时直流平波电抗器、接地装置以及联接变压器等设备的几种紧凑化方案,能有效地进一步减小占地面积及投资,最大化突出背靠背柔性直流输电装置的优点以适应不同应用场合的需求。     

直接式AC/AC型混合配电变压器及其在配电环网潮流柔性调控中的应用

为满足未来配电网智能化的发展需求,实现配电环网潮流柔性调控,提出了一种能够满足城市配电环网潮流柔性调控的直接式AC/AC型混合配电变压器(AC/AC-HDT)。提出了AC/AC-HDT的拓扑结构并对其运行原理、优势进行分析与对比。基于此,结合现有配电环网的主要闭环方式,提出了含AC/AC-HDT的城市配电环网组网方案。基于配电环网潮流调控基本原理,给出了AC/AC-HDT在城市配电环网潮流调控中的策略流程。通过实验室AC/AC-HDT原理样机的搭建以及含AC/AC-HDT的双电源配电环网潮流调控效果的仿真分析,验证了所提直接式AC/AC-HDT拓扑的合理性以及其在配电环网潮流柔性调控中应用的可行性。     

一种基于柔性直流技术的送端电网电磁环网解环方法

针对送端电网外送通道上存在的电磁环网的解环问题,提出了一种基于柔性直流技术的电磁环网解环方法。首先根据送端电网孤网运行下的暂态和稳态频率稳定约束条件,确定利用柔性直流技术解环所需的最小额定功率的方法;然后通过与常规解环方案的投资对比,分析采用柔性直流技术方案的可行性;最后以贵州电网内某送端电网的电磁环网解环为算例,计算了采用柔性直流技术解环所需的最小额定功率并验证了方案的可行性。     

MMC拓扑无变压器并网存在的问题和解决措施

适用于城市电网的柔性直流换流器拓扑需要考虑可靠性、经济性、占地和故障特性。柔性直流换流器不通过变压器而直接接入10 kV交流电网带来2个问题:当直流侧发生单极接地故障时,交流侧断路器无法正常分闸;直流侧双极短路电流大。通过理论分析和仿真验证了桥臂串联阻尼模块的MMC拓扑具有交流侧故障穿越和直流侧故障抑制能力,可较好解决上述问题,满足城市电网对柔性直流换流器拓扑的要求。     

基于柔性直流的电磁环网建模与解环方案研究

高、低压电磁环网的解环方法是解决电磁环网问题的核心环节,因此,研究解环的新思路具有重要意义。基于详细的仿真模型,从柔性直流的角度出发提出了一种解决电磁环网问题的方案。首先,在PSCAD/EMTDC程序中搭建电磁环网模型和柔性直流模型,实现了电网的精确建模;其次,基于柔性直流提出了具体的解环方案;最后,利用构建的某实际电网模型验证了方案的可行性。     

新型直流电网潮流控制器及其控制方法

直流潮流控制器能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决直流电网部分线路潮流不可控问题。针对现有直流潮流控制器应用场合的局限性,基于电容线间能量交换的思路,提出一种新型直流潮流控制器拓扑,并对其工作原理和运行特性进行了深入研究。基于新型潮流控制器的多种运行状态,设计了基于脉宽调制(PWM)的控制策略,并以其中一种运行状态为例,研究了各状态变量之间的关系。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建等效三端直流环网模型,验证了所提出的直流电网潮流控制器拓扑方案与控制策略的可行性与有效性。     

柔性环网控制装置选址定容方法

柔性环网控制装置的应用能够解决传统配电网无法持续合环运行的问题,是提高供电可靠性的重要手段。为了解决柔性环网控制装置选址定容的N-P难问题,通过对选址定容问题进行解耦,建立了基于"初筛-细筛"模式的选址模型,模型以供电可靠性为中心,同时兼顾供电能力和经济性等方面,并通过熵权理想解法对评估方案进行综合寻优;建立了基于净负荷和馈线容量的定容模型,模型贯彻资产全寿命周期理念,在分析电网不同发展阶段特性的基础上,建立了3种适用于电网不同发展阶段的定容方法,具有很强的适用性。通过对某示范区的分析,可知,该文所建模型具有很好的科学性和工程实用性。     

合肥城市电网电磁环网解环分析

根据合肥城市电网现状及其远景规划方案,把该城市电网的发展分为3个阶段,确定了不同发展阶段500 kV变电站接入220 kV电网的方案、电磁环网的解环时机及解环点,对该城市电网的规划方案提出了改进建议。文章提供的实际案例验证了主动处理城市电网电磁环网的指导思想及相应技术原则的正确性,可为我国城市电网的规划及其工程实施提供参考。     

一种新颖的三相逆变器并联拓扑结构

提出一种新型基于光纤环网的三相逆变器并联拓扑结构。整个系统由1个中央控制器和3个底层控制器构成。底层控制器通过光纤环网将采集的数据上传给中央控制器,中央控制器再将计算结果通过光纤环网传输给底层控制器,底层控制器还负责各个模块驱动脉冲的同步。建立了系统在同步旋转坐标系下的数学模型,给出了并联系统的控制策略,设计了系统的双环控制器。实验结果表明该拓扑结构简单,可行性高。     

面向配电网自动化建设的配网接线方式探讨

配电网改造和配电网自动化系统建设的目的在于提高配电网的可靠性。配网接线方式的选择是高水平配网自动化系统的前提和重要基础。结合工程实际, 对配电网接线的典型方式 (双电源环网方案、环网桥路方案、三电源T接方案、多分段多联络型方案、环网柜方案、开闭所方案) 进行了比较, 指出双电源环网方案结构简单, 适用面广, 能显著地提高供电可靠性, 但不能实现经济运行方式, 负荷转移能力较弱; 环网桥路方案可在双电源环网运行的基础上改造而成, 也可直接用于供电可靠性要求特别高的地方; 三电源T接方案用于供电可靠性要求特别高的地方, 不强调经济运行方式; 多分段多联络型接线方案电网互供能力强, 适用于城市大电网, 能实现经济运行方式,但网架结构复杂; 环网柜方案为电缆供电中较为普遍的方案, 随着城市建设的发展电缆环网柜方案有明显增加的趋势。提出了各种接线方式选择的基本原则, 并对接线方式进行了深化设计与测算。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

超导电缆的应用系统——柔性超导直流配电环网综述

进入2010年代后,高温超导电缆技术呈现出从单机设备到应用系统的发展新趋势。最具代表性的应用系统一方面是以"柔性超导直流"实现交流电网之间的互联,大幅度提高交流电网之间的潮流容量;另一方面则是将超导交流电缆应用于城市配电网,在不增加变电站及地下电缆沟道的场地空间前提下实现"扩容"。"柔性超导直流配电环网"则是利用"柔性超导直流"将城市临近两座变电站连接起来形成闭环运行模式,以提高城市配电网的安全可靠性及供电质量和效率。本文对高温超导电缆应用系统的发展进行综述,对"柔性超导直流配电环网"的技术方案进行简要分析。     

特高压电网电磁环网开环方案优化决策

为避免和消除严重影响电网安全稳定的电磁环网结构,提出了一种分阶段进行的电磁环网开环方案优化决策方法。首先,根据枢纽站的分布情况和电网的结构特性,应用GN分裂算法将低电压等级电网划分为若干个分区,并按照各个分区被划分出来的顺序形成电磁环网的开环方案集合。然后,在综合考虑提高系统安全稳定性和限制短路电流关系的基础上,基于层次分析法建立了开环方案综合评价模型,应用模糊综合评价算法对各个开环方案进行定量评价。实际特高压电网仿真结果表明,该方法为形成电磁环网开环方案提供了理论依据,满足运行规划中离线计算的速度要求。通过对开环方案进行系统性优化决策,山东特高压电网划分成2个500 k V分区,济南电网划分成3个220 k V分区。     

柔性直流背靠背装置在北京配电网中的应用

随着大城市负荷密度的不断增加,配电网的规模不断扩大,受制于短路容量、电磁环网等问题,城市配电网通常按照高压分区、中压开环的方式运行,导致系统设备利用率降低,可靠性下降。利用柔性直流技术对分割的高压配电网和中压配电网进行互联形成交直流混合配电网,有助于提升电网的可靠性和设备利用率,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,同时在负荷中心提供动态无功支持。研究了柔性直流背靠背装置在大型城市高压配电网和中压配电网中的应用模式和系统设计方案,并以北京高压配电网为实例,从降低短路电流和提供动态无功支撑两个角度,定量分析了应用柔性直流背靠背装置实现高压配电网分区互联的优势。     

适用于中压配电网的无联结变压器柔性环网控制器

无联结变压器柔性环网控制器在交流侧出现故障时无法阻止零序电压分量传输,从而扩大了故障范围。文中采用经典电路分析方法和正负序分析算法,解释了零序电压分量的形成与传输的基本原理。提出了一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑,交流侧换流器都采用传统半桥子模块的模块化多电平换流器,而在正负极性母线上分别串联全桥子模块阀串。利用全桥子模块输出正负电压的能力,抑制了直流侧电压波动,同时也阻止了故障范围扩大。通过MATLAB/Simulink软件对故障时零序电压被抑制的特性进行了仿真分析,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提拓扑的有效性。     

具备潮流控制功能的直流断路器仿真建模研究

基于柔性直流输电的直流电网技术,在大规模分布式可再生能源接入、新型城市电网构建等方面,被认为是最有效的技术方案,直流电网已经成为未来电网的重要发展方向和组成部分。在直流电网中,需要配置直流潮流控制器来优化系统潮流分布;需要配置直流断路器来降低直流故障对系统运行的影响及保护设备。为了减少直流电网内设备的数量,降低电网建设成本,讨论一种新型的具备潮流控制功能的直流断路器。通过改变现有混合直流断路器的主支路拓扑结构,即可具备潮流控制功能。该文分析该新型设备的拓扑结构并基于小信号分析,借助比例积分微分控制器,给出设备在正常运行及故障时的控制策略。通过分析,证明新型设备具备潮流控制及快速故障隔离能力,且能在实现同样功能的情况下降低系统成本。     

面向能源互联网的智能配电网安全态势感知

面向能源互联网,提出基于柔性直流互联,以交流变压器为核心、直流母线为框架的交直流混合城市配电网互联结构。以能源互联网的目标和特性为准则,说明该种方案符合能源互联网要求,对可再生能源发电具有高兼容性。利用拓扑可视化工具,将传统电网、BA网络以及所提混合配电网结构抽象成拓扑模型,通过随机删除网络结点模拟网络攻击,对以上3种网络进行安全态势分析,证明所提结构具有更强的鲁棒性。     

城市电网电磁环网的解环问题研究

在城市电网规划中,要保证500 kV电网和220 kV电网的协调发展,需要科学处理电磁环网问题。文章提出了主动处理城市电网电磁环网问题的指导思想及相应的技术原则：在城市电网发展过程中,要考虑500 kV电网的远景规划,合理确定电磁环网的解环时机和解环点;解环后的目标网架应尽可能保持小环网结构,尽量避免出现单回路供电的辐射结构。本文的研究成果为合理确定城市电网电磁环网的解环时机和解环点提供了理论依据。     

城市电网分区柔性互联选址方法及示范应用

在城市电网分区间,利用柔性直流电力电子装置,实现柔性互联,有可能解决现有交流型城市电网分区运行中存在的难题。介绍了国内外首个城市电网分区柔性互联示范工程的选址,并提出一种实用的选址方法。首先,建立了分区间柔性互联装置选址模型,计及了静态安全性、供电能力、短路电流、电压稳定等7项指标。由于电压稳定等指标计算需要逐个case模拟故障仿真,对于大型城市电网柔性互联选址的计算量很大,模型很难直接求解,因此提出一种实用的选址方法:先给出分区有功需求及无功需求初筛指标,依据其进行方案初筛;再进一步详细仿真分析得到7项细筛指标;然后采用层次分析法确定最优方案,最后介绍了示范工程的选址论证。结果表明,所提方法确定的选址方案具有很好的互联效果,发现了除示范工程外更多效果良好的位置,为后续柔性互联提供了选择。同时,研究发现不是所有分区柔性互联后都具有明显效果,故进一步归纳了适合柔性互联的分区特征。所提方法和实践对城市电网分区柔性互联的发展具有重要意义。     

一种应用于多端柔性直流系统的新型潮流控制器

针对多端柔性直流系统中潮流难以灵活控制的缺点,提出了一种新型潮流控制器,该控制器能够在不与交流侧进行能量交互的前提下实现直流潮流控制。首先,以三端柔性直流系统为例,对多端柔性直流系统的潮流进行分析,提出了该直流潮流控制器的拓扑结构及与系统连接方式;其次,通过对直流潮流控制器工作原理的分析,得出了针对潮流控制器2种不同工作模式下的控制策略;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了一个装有直流潮流控制器的三端柔性直流系统模型,通过对3种运行工况的仿真实验,验证了该潮流控制器在具有较好的潮流控制能力的同时,又能实现自身的功率平衡。