交直流并联输电系统实用动态安全域研究

通过改变发电机节点有功功率、电压幅值以及负荷节点有功功率、无功功率可得到满足暂态功角稳定性的临界点.在给定事故、直流功率及控制方式下,交直流并联输电系统的保证暂态功角稳定性的实用动态安全域边界,由描述各节点有功功率及无功功率或电压幅值（对应于发电机节点）上、下限的垂直于坐标轴的平面和极少数几个分别对应于不同失稳模式的临界点的超平面（简称为临界面）围成.在相同故障、失稳模式、直流控制方式下,分别对应于不同直流功率的临界面间具有近似平行性,并且它们的空间几何距离与直流功率的改变量成正比.因此直流功率可以作为临界面方程的一个有功功率变量.通过观察拟合得到的临界面方程系数可以看出,临界群中各节点的有功功率、发电机节点的电压幅值的变化将显著影响系统的暂态功角稳定性,而负荷节点的无功功率变化对系统的暂态功角稳定性影响很小.     

直流微网低电压穿越控制策略研究

针对直流微网低电压穿越问题,基于光伏直流微网在综合考虑低电压穿越控制要求以及故障期间光伏出力、负荷随机波动性大对系统运行造成影响的基础上,分析了系统在不同运行工况下的能量流动特性,提出一种光储荷协调控制以及有功无功协调控制的系统整体控制方法。在低电压期间,通过光储荷协调配合控制稳定直流母线电压,同时平衡系统能量;网侧变流器根据电网电压幅值,实现有功无功协调限流控制,提供无功功率支撑网侧电压恢复,同时避免网侧变流器输出过流。最后,在Matlab/Simulink平台搭建仿真实例,仿真结果表明所提控制策略能够实现系统能量最优利用,满足系统低电压穿越要求,保障系统可靠运营,从而验证了该LVRT控制方案的有效性。     

考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理分析

在大容量直流和高占比新能源集中接入的电网背景下,暂态过电压问题极大地制约了直流输电能力和风电并网容量,亟须进一步深入研究考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理及影响因素。文中从理论推导和仿真分析2个方面开展研究,首先推导了交直流故障后换流站和风机侧暂态电压幅值的理论计算公式;然后分析了交直流故障引发暂态过电压的机理及主要影响因素;最后结合仿真分析了风机低电压穿越期间不同有功、无功特性对暂态过电压的影响,通过实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,风机低电压穿越特性将使得风电场成为换流站之外另一个导致暂态过电压的"无功源",低电压穿越期间风机有功出力越小及无功出力越大将导致暂态过电压越严重。     

兼顾电网频率和功角稳定性的柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标优化

雅砻江柯拉光伏电站是西南电网首座百万千瓦级光伏电站,与木绒水电站构成大容量水光互补系统,其低电压穿越特性对电网频率、功角稳定性均存在一定影响。首先,研究了光伏电站低电压穿越影响电网频率稳定的机理、水光互补系统功角稳定特性,提出了一种量化评估光伏电站低电压穿越影响电网频率的工程实用方法;然后,分析了柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标对西南电网频率、功角稳定性及对负荷中心暂态电压稳定的影响;最后,提出一种兼顾电网频率和功角稳定性的光伏电站低电压穿越关键性能指标优化方法,并通过对柯拉光伏的仿真测试验证了所提方法的有效性。     

基于超级电容的光伏并网低电压穿越控制策略研究

针对光伏系统在电网扰动或故障时突然脱网给电网带来严重后果,对基于超级电容的光伏并网系统的低电压穿越控制策略进行研究。在电网电压跌落时,通过控制超级电容吸收有功功率,平衡直流母线电压,减少光伏阵列注入逆变器的功率,防止逆变器过流。同时保证了逆变器的无功电流输出能力,支撑电网电压,实现系统的低电压穿越。利用系统仿真模型进行验证,结果表明该方法提高了光伏并网的低电压穿越能力,在保证光伏系统安全运行的同时,大大提高了无功支撑能力,稳定了电网电压,利于故障恢复。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

基于功率指令切换的双级式构网型光伏故障穿越控制策略

在新型电力系统构建中,构网型光伏将发挥巨大作用。但受限于电力电子器件过流能力,目前针对构网型光伏的故障穿越控制策略还需进一步完善。综合考虑逆变器稳态和暂态过流抑制,提出了一种基于功率指令切换和虚拟阻抗的双级式构网型光伏发电故障穿越控制策略,该策略计及光伏直流侧动态响应,能够实现满足电流限幅约束的前提下向并网电压提供无功支撑,同时保持故障期间构网型光伏对系统惯性的支撑特性,提升大扰动下光伏换流器暂态功角稳定性。仿真结果表明,在电网发生严重电压跌落的情况下,所提控制策略可在保持逆变器直流侧电压稳定的同时实现故障穿越功能。     

负荷模型对含UHVDC的多落点电网直流恢复特性的影响

负荷模型对电网暂态稳定性特别是对电压稳定性影响甚深,为了解负荷模型对含特高压直流的多直流落点电网直流动态恢复特性的影响,研究了扰动下ZIP静态负荷模型、感应电动机负荷模型(IM)的多回直流恢复特性,深入分析了送、受端网区ZIP静态负荷模型中不同比例的恒功率有功负荷、恒电流有功负荷、恒阻抗有功负荷、感应电动机模型负荷和IM欠压保护切除和恢复重接入特性等对多落点直流动态特性的影响并分析比较了南方电网典型IM模型和IEEE6型IM模型对直流恢复特性的影响,引入多馈入交互因子(MIIF)指标分析故障下直流换流站间动态交互影响作用。研究结果表明:送端和受端负荷模型对直流恢复特性的影响效果相反;大扰动下当电压跌落在一定范围内时,受端典型IM模型在改善功角稳定性方面占优,而无论送、受端,IEEE6型在弱化系统电压稳定性方面都占优。     

含双馈风力发电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法

随着风电装机容量不断增大,风电场的接入对电力系统的暂态稳定造成的影响不容忽视。该文提出一种双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)组成的风电场接入的多机系统暂态功角稳定性分析方法。在理论分析风电场有功无功输出对系统暂态稳定性影响方式的基础上,将风电场对外功率特性表示为接地导纳,通过对系统节点导纳矩阵的收缩处理,将接地导纳所包含的有功无功信息糅入同步机群节点导纳矩阵中,风电场对系统功角的影响转化为对同步机之间电气联系的影响,表现为对同步机内电势节点的自导纳和互导纳的影响。利用节点注入功率方程推导各同步机电磁功率的改变量,分析风电场对同步机之间互同步性和系统暂态功角稳定性的影响,解决风电场对系统暂态稳定性影响分析难以量化的问题。针对含有DFIG的3机9节点算例,分析DFIG接入情况下同步机的自导纳和互导纳的变化,并仿真比较发生短路故障时,DFIG采用两种不同低电压穿越方案下系统的暂态稳定性,验证分析方法的正确性。     

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。     

采用同步电机对系统提升新能源电网低电压穿越能力的仿真与试验

由于新能源并网变流器耐流能力不足,在电网发生故障时容易出现大规模脱网,造成新能源电力系统低电压穿越(LVRT)能力下降,进而危及电力系统的稳定运行。提出一种新能源同步电机对(MGP)系统用于提升新能源发电系统LVRT能力。首先给出了MGP系统的数学模型和控制方法,然后从机械运动方程入手分析MGP系统的故障隔离机理,并对直流电压反馈控制在电压跌落过程中的调控机理进行了详细阐述。进一步以光伏(PV)发电系统为例,通过仿真分析了采用MGP系统对低电压穿越能力的提升及无功支撑作用。最后对所提并网方案的低电压穿越效果进行试验研究,验证了光伏逆变器采用直流电压反馈控制后MGP系统可以有效提高光伏低电压穿越能力。     

光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,提出一种基于电压定向矢量控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)控制策略。该策略对光伏逆变器进行电压定向矢量控制,实现有功和无功功率解耦,在电网电压跌落期间,采用直流卸荷电路稳定直流侧电压,根据电压的跌落深度补偿一定的无功功率以支撑电压恢复。通过PSCAD/EMTDC软件对采取LVRT控制策略前后的各电气量进行比较分析,结果表明,采用该策略光伏发电系统可以在电压跌落时保持并网运行,并补偿一定的无功功率以恢复并网点电压,实现低电压穿越。     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于XGBOOST-PSO提高受端电网电压暂态稳定的发电机无功优化方法

考虑发电机稳态输出无功对其支撑暂态电压恢复稳定能力的影响,基于机器学习研究优化发电机稳态输出无功提高电压对故障扰动保持暂态稳定能力的预防控制方法。该方法采用加权多二元表暂态稳定裕度指标量化母线暂态电压对不同预想故障扰动的综合稳定裕度,并基于指标排序确定稳定裕度薄弱母线。同时基于发电机无功调节对预想故障下各薄弱母线电压暂态稳定裕度综合作用灵敏度排序,选择作用灵敏发电机。在利用XGBoost建立根据系统稳态特征向量预测薄弱母线暂态电压稳定的分类模型基础上,以系统对预想故障扰动保持暂态电压稳定为约束、以减小发电机稳态无功调节对网损产生影响为目标,基于潮流计算寻优灵敏发电机稳态输出无功,以提高薄弱母线的暂态电压稳定性。最后采用雅湖直流接入江西电网的PSASP计算模型验证了所提方法的有效性。     

基于双侧电压反馈控制策略的并网光伏系统电压稳定性研究

针对低电压穿越下并网光伏直流系统不稳定的问题,提出一种改进的双侧电压控制策略。前级变流电路引入电压反馈控制,形成电压反馈与最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)的混合控制,结合并网逆变器的电压反馈环路,在电压穿越时,对并网光伏直流系统进行综合控制,同时,为了实现前级电路电压控制和功率控制的自动均衡,基于母线电压实时值设计电压反馈环路和MPPT环路的自适应权重系数。为了证明改进策略在低电压穿越时对直流系统的稳定作用,基于RT-LAB平台搭建并网光伏系统的半实物测试环境,测试结果表明:相比于传统控制策略,在不采用Chopper电阻的情况下,双侧电压反馈控制策略能够在低电压穿越时将直流电压变化量从136 V降低到60.5 V,同时还能将并网冲击功率从3 955 W降低到2 264 W,不仅降低了变流电路的电流应力,还提升了光伏系统在低电压穿越时的稳定工作能力。     

光储微电网的低电压穿越控制策略研究

针对微电网低电压穿越问题,基于光储微电网系统提出一种光储协调控制的低电压穿越策略。在低电压期间,光伏系统采用最大功率跟踪控制,储能系统采用恒压控制维持直流母线电压恒定,在储能出力已达功率限值仍不能维持直流母线电压在允许范围内时,光伏系统切换为恒压控制。考虑到光储微电网负荷波动性大的特点,设计了一种适用于光储微电网并具有无功补偿功能的限流控制策略,为电网提供电压支撑,同时避免并网逆变器输出过电流。仿真结果表明,控制系统能够充分利用光伏发电能量、维持直流母线电压的恒定、抑制并网电流过电流并能发出无功功率支撑并网点电压,实现了低电压穿越,验证了该LVRT控制策略的有效性。     

一种储能改善低电压穿越期间风电场注入电流特性的致稳策略

风电场根据并网导则在低电压穿越期间向系统注入无功电流可能引起风电系统失稳,导致风电场低电压穿越失败。针对该问题,建立了该运行工况下含有锁相环环节的风电系统状态空间模型,有效揭示了系统失稳的原因,提出了利用储能装置改善风电场注入电流特性进而维持系统稳定的措施。仿真结果表明:所提风电系统低电压运行工况下的状态方程能够有效地描述系统的小扰动稳定特性;储能装置通过合理注入有功电流改善了风电场注入电流特性,有效提高了风电场低电压情况下的系统稳定性。     

利用光伏发电优化功率控制提高电网暂态稳定

随着光伏发电装机容量的逐步提高,光伏高渗透率的区域电网的稳定性面临挑战。因此进行了光伏电站的功率控制研究,在故障暂态过程中,合理减少光伏系统有功输出,保证光伏直流侧稳定,提高光伏逆变器的无功输出能力,以实现电网电压稳定和网内机组功角特性的改善。以美国西部联合电力系统(WSCC)3机9节点系统接入光伏电站为例,验证了所提控制策略能有效提高电网内机组的暂态稳定能力,有利于光伏发电的安全并网,并改善了输出性能。     

A novel low voltage ride through strategyfor cascaded power electronic transformer

In view of the operating characteristics for voltage sags of AC side of the power electronic transformer(PET), a lowvoltage ride through(LVRT) strategy adapted to bidirectional power exchange of PET is proposed for the purposes of maintaining the system stability, assisting the system voltage recovery and protecting PET safety. During the asymmetric voltage sag, the negative sequence current of PET is eliminated to ensure the symmetry of the injected current. According to the degree of positive sequence voltage sag, the reactive current injection is provided to assist in voltage recovery. According to the PET active power condition before the voltage sag, the level and direction of which are maintained as far as possible without exceeding the limit, for which the disturbance to the AC and DC grids is reduced. Finally, the effectiveness of the proposed LVRT strategy is verified by simulation model.