五端直流电网电压控制及功率分配策略

电压源直流电网适用于风力发电场并网及远距离电力输送,为保证直流电网电力传输的灵活性,研究人员提出了多种直流电压控制及功率分配策略。基于对直流电压偏差控制和直流电压下垂控制策略优缺点的分析,提出了一种新的控制策略。该控制策略可提高直流电网稳态运行时的电压精确跟踪能力,并实现主换流站退出运行后直流电网控制模式的平稳转换。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了含有1个大型海上风电场和4个陆上交流系统的五端电压源直流电网平均值模型,通过对比风功率波动、主换流站退出运行等不同场景下直流电网的稳态、暂态特性,验证了所提出控制策略的有效性和优势。     

海上风电场柔性直流送电并网控制研究

针对大型风电场并网难题,分析了适合大型海上风电场送电并网方式。针对应用柔性直流方式送电并网方式,研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。应用变速恒频风机的海上风电场随风速变化而功率输出变化,海上换流站的控制需要保持电压频率稳定,根据其暂态方程提出了改进的直接电压控制来控制风电场母线电压频率。对电网侧换流站采用双闭环直接电流控制,控制直流电压和无功。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了海上风电场等效模型以及通过柔性直流送电系统仿真模型,对风电场风速变化、当地负荷切入以及无功指令变化进行了仿真,验证了控制策略的正确有效。     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制

当基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统采用有功功率-直流电压线性下垂控制策略时,直流网络特性会影响换流站功率分配的准确性。在直流输电网络拓扑未知的情况下,通过建立换流站通用的有功功率-直流电压数学模型,分析了直流网络特性影响下的换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性特征。基于此,提出一种基于周期搜索的多端柔性直流输电系统非线性下垂控制策略,可在直流输电网络拓扑及参数未知的前提下,利用搜索技术实时获取换流站在可能运行范围内的精确非线性下垂特性曲线,再将该曲线周期性地更新到换流站底层控制中,最终实现多端柔性直流输电系统换流站有功功率的精确控制。通过在MATLAB/Simulink中建立四端环网直流输电系统模型,不仅对换流站有功功率-直流电压下垂特性的非线性分析结论进行了验证,还与传统线性下垂控制进行对比,验证所提控制策略还原换流站非线性下垂特性的准确性以及换流站有功功率精准控制的优越性。     

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。     

基于附加信号的VSC-HVDC系统改进有功功率控制策略

为了保证大扰动情况下电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）系统的直流电压控制和有功功率平衡,提出了一种基于附加信号的有功功率控制策略。首先简要地分析了故障情况下VSC-HVDC系统的有功功率平衡和直流电压变化特点;然后给出了改进有功功率控制器的功率特性曲线,推导了定有功功率控制端直流电压最大工作范围的计算公式;接着提出了外环有功功率控制器的设计方法,推导了有功功率修正值的计算公式,并分析了该控制器在正常运行和故障2种情况下的工作原理。PSCAD／EMTDC仿真研究表明,在电网电压跌落或主导换流站停运等暂态扰动情况下,所提控制策略能够维持直流电压在安全运行范围内。     

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制策略

对基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对VSC-MTDC系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的VSC-MTDC系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。     

高压柔性直流电网分层协同自适应下垂控制

为实现直流电网的潮流优化及扰动后不平衡功率的合理分配,提出一种直流电网分层协同自适应下垂控制策略。其中,系统控制层基于各站直流电压、有功功率等信息,以直流电网运行中网损和直流电压偏差最小为优化目标,实时分析并优化各站的直流电压、有功功率指令,以实现稳态时直流电网潮流最优;换流站控制层以本地信号为依据,综合考虑各换流站功率裕度以及电压偏差影响,通过实时自适应调整下垂系数,合理分配扰动后直流电网内部的不平衡功率,同时减小直流电压的偏差。系统控制层的指令值优化与换流站控制层的下垂系数优化协同作用,实现直流电网功率的协调控制。以七端直流电网为例的仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

基于VSC的直流配电网的电压调整控制策略

对基于VSC的直流配电网的功率控制策略进行了分析研究,提出了一种新型电压调整控制策略。该控制策略将直流电压下垂控制与直流电压偏差补偿控制相结合,通过偏差补偿控制实时的调整各端换流站电压控制器的直流电压参考值,实现了系统内潮流变化时有功功率的精确控制,消除和减少了采用传统电压下垂控制时引起的电压偏差,防止了直流配电网发生较大功率波动时过电压的发生。最后,在Matlab/Simulink上搭建了两端直流配电网和三端环状直流配电网仿真模型,对所提控制策略进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

适用于柔性高压直流输电网的直流电压下垂控制策略

基于带死区的直流电压下垂控制,提出一种适用于柔性直流输电网的新型直流电压下垂控制策略,可保障直流与交流系统交换功率的平衡。提出的新型直流电压下垂控制方法首先将各换流站分为4组,之后通过对各换流站组设定不同的电压裕度和死区来设定参与协调控制的不同优先等级,最后提出改进的"功率—电压"特性曲线来确保各换流站在暂态下具备良好的动态特性。仿真测试系统的交流部分为IEEE 39节点系统,直流部分为一个5端直流电网系统,其中换流器类型为401电平模块化多电平换流器。通过对该交直流混合系统的测试,文中提出的新型直流电压下垂控制方法可以在故障发生后有效地使系统过渡至新的稳态运行点。在暂态过程中,各换流站具备良好的动态特性。     

计及换流站间电压误差的VSC-MTDC系统自适应下垂控制

针对多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统中各换流站之间功率协调控制的问题,提出一种计及换流站间电压误差的自适应下垂控制策略。该策略考虑多个换流站间直流电压的误差对功率调节的影响,当直流电压达到允许的波动极限时,所有采用自适应下垂控制的换流站几乎同时达到或接近满载,可以最大限度地利用换流站的有功功率容量,提高了按换流站功率裕度分配不平衡功率的准确性。此外,下垂系数根据换流站的可用功率变化量和允许电压变化量灵活调节,可使直流侧电压波动显著降低。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

适用于多端柔性直流输电系统的分布式直流电压控制策略

在总结多种系统级直流电压控制策略的基础上,提出了一种分布式直流电压控制策略。该控制策略由多座换流站共同控制多端柔性直流输电系统的直流电压,达到改善系统动态响应特性的目的;通过对换流站直流电流分配系数的控制间接调节有功功率。阐述分布式直流电压控制策略的总体结构、稳态控制策略及故障控制策略,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对主从控制、带死区的电压下垂控制、分布式直流电压控制3种控制策略进行典型故障仿真分析。仿真结果表明,分布式直流电压控制策略在典型故障期间的直流过电压水平较低、直流电流波动较小且过渡过程持续时间较短,动态响应特性较好。     

适用于多端柔性直流输电系统的优化下垂控制策略

电压下垂控制策略适用于换流站数目较多以及功率波动频繁的多端柔性直流输电系统,针对下垂系数计算繁琐、个别换流站功率越限及下垂系数对控制性能影响等问题,提出了优化下垂控制策略。该策略以优化下垂系数为基础,结合电压裕度控制,给出有功功率—电压特性曲线,实现了功率的合理分配。在MATLAB/Simulink下搭建的四端柔性直流输电系统仿真表明,该控制策略可以避免下垂系数设置不当造成的控制问题,能够合理分配各换流站有功功率,快速稳定直流母线电压。     

直流配电网的暂态电压稳定控制策略

新能源与负荷侧换流器在短时电压振荡中的恒功率控制将表现出负阻抗特性,削弱直流电网阻尼,容易诱发直流电压持续性振荡。首先建立下垂控制下直流配电网的暂态电压稳定模型,阐述直流电压惯量与阻尼的定义,分析影响系统暂态特性的关键因素。其次,提出通过引入直流母线电压变化量,动态调整下垂系数,增强直流电压阻尼的控制策略。针对阻尼控制策略带来的直流压降增大的问题,通过改进直流母线电压外环控制,使其与电压阻尼控制策略结合,提出暂态电压稳定控制策略,不仅可以提高系统阻尼,并在电压振荡抑制后减小阻尼控制引起的电压偏差。最后,通过搭建六端直流仿真系统,验证所提控制策略可以有效抑制系统振荡,并可减小振荡后的电压偏差,显著提高系统暂态电压稳定性。     

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。     

VSC-MTDC系统变截距直流电压下垂控制策略

针对用于风电场并网的多端柔性直流输电系统,提出一种变截距直流电压下垂控制策略。该策略通过设定新的功率参考值改变截距实现直流电压-有功功率特性调节曲线的平行移动,进行电压的调整,可将系统的直流电压控制在允许的运行范围内。若风电功率在一段时间内保持平稳,系统达到稳定运行的状态,该策略可消除电压偏差,将直流电压调节回额定值。以一典型的五端直流输电系统为例,利用EMTDC/PSCAD电磁暂态仿真验证了该控制策略的正确性,结果表明所提控制策略适用于功率频繁变化的含风电场的VSCMTDC系统。     

基于改进电压下垂控制的MMC-MTDC系统协调控制策略

在基于MMC的新能源多端柔性直流并网系统(Multi-Terminal Flexible DC Transmission System,MTDC)中,传统下垂控制的下垂系数单一,难以适应复杂的扰动工况,影响系统运行的稳定性.因此,以直流电压裕度跟踪为基础,对传统下垂控制进行改进.通过在下垂系数中加入直流电压裕度校正因子,利用换流站实时直流电压偏差数据进行自适应调节,使系统直流电压在接近电压裕度上限时自动减小,保证系统在受到功率扰动或者换流站故障时直流电压稳定分布及有功功率合理分配.最后,建立四端新能源柔性直流并网系统仿真模型,并通过算例验证了控制策略在"N-1"故障下的有效性.     

适用于直流配电网的改进下垂电压控制策略

为了解决直流配电网传统下垂控制中有功功率波动过大所引起系统直流电压大幅度变化的问题,首先对传统的电压下垂控制进行了分析,并由此提出了改进下垂电压控制策略.该策略在传统下垂控制的基础上,将下垂系数由常量转换为变量,通过监测系统直流电压,构建下垂系数与直流电压偏差函数关系,并引入电压裕度和指令上、下限值,使其能将系统直流电压限定在设定范围内.系统在受到小功率扰动时能保持传统下垂控制快速调节不平衡功率的优点;受到大功率扰动后能自我修正下垂系数,加强电压控制性,减小系统电压偏差.最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建两端供电式直流配电网模型,对改进下垂电压控制策略进行仿真分析,并和传统控制策略进行了对比,仿真结果表明,相比传统下垂控制,改进下垂控制能更有效地稳定系统电压.     

适用于功率突变的MTDC系统改进下垂控制

直流电压的稳定控制是多端柔性直流输电系统安全运行的关键,多端系统的安全运行需要满足N-1法则。在功率发生突变时,功率不平衡将导致直流电压发生偏移,严重时造成换流站脱网,且传统下垂控制的换流站受限于固定的下垂系数,难以适应功率突变。针对此问题,提出改进下垂控制,通过监测换流站直流电压和有功功率的偏差值,引入影响因子并设置电压滞环,自适应修正下垂系数,以抑制功率突变情况下直流电压的偏移。基于Matlab/Simulink搭建基于电压源型换流器的四端柔性直流输电系统仿真模型,构造主/从站退出运行、潮流反转3种工况,验证改进下垂控制策略在功率突变情况下,能够满足N-1法则,保障多端系统的安全运行。