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。     

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.     

考虑线路电阻影响的MMC-MTDC自适应下垂控制

下垂控制因其对通信的要求不高、可靠性高而在多端柔性直流输电中广泛应用。但是传统的下垂控制中下垂系数固定,尤其在系统功率波动较大时,容易导致换流站过载,并且直流线路上的电阻还会影响下垂控制换流站的有功功率分配。针对此类问题,提出了一种考虑线路电阻影响的自适应下垂控制。首先,分析在下垂控制下的多端柔性直流输电系统等效电路,推导出考虑线路电阻影响的下垂系数整定方法。然后在整定方法中用换流站的功率裕度比取代固定的功率分配比例系数,实现下垂系数的自适应调节。最后在PLECS上搭建仿真模型,对不同工况进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略EI北大核心CSCD

传统附加频率下垂控制方法直接将交流侧频率偏差和直流侧有功功率参考值进行线性耦合,由于有功功率参考值与频率偏差的系数,即频率下垂系数是固定值,在频率调节过程中不仅容易引起较大的电压变化而且导致直流电压越限从而威胁直流设备的安全以及系统的稳定性。首先利用虚拟惯性技术,将电网频率和多端柔性直流(voltagesource converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统中直流侧有功功率进行耦合,提出了考虑直流电压稳定的VSCMTDC附加频率自适应下垂控制策略。该方法可使频率下垂系数根据换流站容量和电压下垂系数的变化自动调节,从而适度调节有功功率参考值增量大小,减少直流电压在调节过程中的超调量,提高电压质量和互联系统的稳定性。然后分析了所提控制策略的稳定性,并通过求解输电系统根轨迹的方法获得了控制器参数的稳定范围。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑运行损耗和功率裕度的VSC-MTDC系统改进优化下垂控制策略

不当的直流电压下垂系数易造成多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统运行损耗增加或部分换流站满载,为此提出了1种考虑网络损耗和功率裕度的改进优化下垂控制策略。分析了影响直流网络潮流的因素,在考虑直流线路电压降的情况下,推导出了换流站间功率分配与下垂系数的关系式。提出了直流网络潮流优化计算方法,并得出了各换流站最优下垂系数。以换流站优化下垂特性为基础,设置直流电压拐点,综合考虑直流系统运行损耗和换流站功率裕度,提出了改进的优化下垂控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建6端柔性直流输电系统仿真模型,对3种下垂控制策略下系统的运行特性进行了仿真分析,结果表明:常规下垂控制按换流站额定容量分配功率,优化下垂控制考虑直流网络损耗,改进优化下垂控制兼顾系统运行损耗和换流站设备使用率。仿真结果与理论分析一致,验证了所提改进控制策略的有效性和可行性。     

基于OPF的MMC-MTDC自适应下垂控制策略

传统下垂控制无法解决模块化多电平换流器多端直流MMC-MTDC(modular multilevel converter multiterminal DC)输电系统中换流站功率裕度和系统功率协调分配的问题,为此提出一种最优潮流下自适应下垂控制策略。首先根据电压变化方向与实时裕度设计MMC自适应下垂控制器;然后分析传统下垂控制无法解决MTDC中直流线路阻抗产生电压偏差的缺陷,针对影响直流网络潮流的因素,构建约束条件以及目标函数求解潮流优化分配下垂系数;最后通过直流电压差值实时计算权衡系数来分配两种下垂曲线所占比例。在PSCAD/EMTDC中建立5端MTDC模型,分别在稳态与暂态工况下对比两种控制方式,结果表明该控制策略可以避免换流站满载、减少线路损耗实现系统功率优化分配。     

考虑输电损耗和新能源波动的VSC-MTDC下垂控制策略

输电线路上功率传输引起的电压降使各个换流站的直流电压存在差异,具有随机性的新能源接入也会带来系统直流电压波动。这两方面的原因会使换流站输出功率发生偏移,从而影响多端直流输电(MTDC)系统的潮流控制。对此提出一种考虑输电损耗和新能源波动的MTDC下垂控制策略,该控制策略根据潮流分析的结果为换流站指定运行参考点,对主换流站和从换流站分别增加电压闭环和功率闭环,形成带电压死区和带功率死区的下垂控制,以补偿新能源接入带来的影响,同时根据换流站容量和系统电压范围指定下垂系数。通过仿真表明,该策略在正常运行状态下能够削弱新能源波动对从换流站输出功率的影响;在大扰动状态下能够为换流站合理分配波动功率,具有良好的调压性能。     

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。     

适用于柔性直流的辅助功率补偿下垂控制

目前，多端柔性直流互联系统中的模块化多电平换流站广泛采用下垂控制策略，可根据下垂特性曲线自主调节电压和功率。但是，该策略难以应对诸如换流站潮流翻转、换流站退出运行等突发工况下直流侧电压的异常波动。为此，建立了基于下垂控制策略的换流站线性模型，表明下垂控制使换流站调节速度难以满足突发工况的需求；在此基础上，针对突发工况下直流侧电压突变问题，提出了一种基于辅助功率补偿的改进型下垂控制策略。相比传统下垂控制，该策略无须改变换流站控制参数，稳定性更好，反应速度更快，抑制电压波动能力更强，较好地优化了直流互联系统应对突发工况时的性能，并通过仿真验证了该策略的有效性。     

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。     

考虑交流电网调节能力的VSC-MTDC改进下垂控制方法

多端柔性直流输电系统的现有下垂控制方法可以将直流网络的不平衡功率在各换流站间进行合理分配,但忽略了各换流站交流侧系统的承受能力,无法根据交流侧系统的暂态响应情况来灵活调节各换流站所分配的不平衡功率量。因此,该文提出一种考虑交流电网调节能力的多端柔性直流网络改进下垂控制方法,该方法根据扰动后交流侧电网的频率偏移情况来自动调节下垂控制的斜率系数,在不改变控制器结构的前提下,可使直流侧的不平衡功率在各交流电网中得到更为灵活合理的分配。在实时数字仿真器（real-time digital simulator, RTDS）平台搭建了仿真模型,通过与固定斜率下垂控制方法和考虑功率裕度的自适应下垂控制方法进行对比,验证了该改进控制方法的有效性和优越性。     

适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略

针对新能源并网的多端柔性直流（voltage source converter multi-terminal direct current,VSC-MTDC）输电系统中各换流站之间功率协调控制的问题,提出一种适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略。该策略将主从控制与下垂控制相结合,通过多个换流站分担采用定直流电压控制的主换流站有功功率的方式,使主换流站不易达到满载,协调了多个换流站的有功功率容量,尤其适用于新能源并网时出力的频繁性与间歇性变化;当主换流站满载或退出运行时,其余不平衡功率由采用自适应下垂控制的换流站承担,自适应下垂控制根据换流站的功率裕度将系统中的不平衡功率进行合理分配。考虑多个换流站间直流电压存在误差,通过对直流电压极限值进行调节,可以最大限度地利用换流站的有功功率容量,维持直流电压稳定。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通用控制策略

随着柔性直流输电技术的不断发展与成熟,多个换流站并联组成的多端柔性直流输电系统成为必然趋势,而换流站数量的不断增多,对多端控制策略提出了更大的挑战。在此背景下,文中提出了一种适应于多端柔性直流输电系统的通用控制策略,其通过权衡系数实现了定直流电压控制与定有功功率控制的灵活切换,通过合理选择权衡系数的计算函数可模拟传统的多端控制策略,并能设计出新型的多端控制策略。最后,在MATLAB/Simulink下搭建了五端柔性直流输电系统进行多个仿真,验证了通用控制策略的正确性与可行性。     

基于N-1规则的多端柔性直流输电系统联合控制策略

在多端柔性直流(voltage source converter based multi-terminal DC,VSC-MTDC)输电系统安全运行时,该系统必须满足N-1法则,即当该系统任何一个换流站由于故障或者检修退出运行时,剩余系统具备功率调节能力,能够恢复功率平衡,保持系统稳定运行,且暂态过电压不会超过设备绝缘裕度。为了维持VSC-MTDC直流电压尽可能地稳定在原有水平,提出了一种考虑到VSC-MTDC中任一换流站退出运行时的联合控制策略。该策略结合了VSC-MTDC系统主从控制与下垂控制的优点,令VSC-MTDC系统中容量最大的换流站为定直流电压控制,其余换流站为直流电压-有功功率下垂控制,并设置定直流电压控制换流站参与功率调节的优先级高于其余换流站,仅当定直流电压控制换流站传输功率达到上限时其余换流站才参与功率的调节。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了VSC-MTDC的仿真模型,对所提出的联合控制策略在N-1故障条件下进行仿真验证。仿真结果表明:所提联合控制策略在换流站退出运行时有效保证了直流电压的稳定以及系统功率的紧急输送,提高了VSC-MTDC的运行稳定性。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。     

含直流电压二次调节的VSC-MTDC互联系统频率稳定控制

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)可用于在多个异步互联的交流电网之间提供灵活受控的功率支援。实现上述功能的众多方法中,在下垂控制的基础上附加频率调节是一种典型的方法,由于其不依赖于站间通信,在灵活性和可靠性上均有突出的优势。然而,这种方法存在直流电压偏离额定值、严重时可能影响多端直流(MTDC)系统正常运行的不足。提出一种含直流电压二次调节的频率稳定控制策略,可以在保证频率调节效果的基础上,缓慢调整直流电压直至恢复额定值,提高了MTDC系统运行的稳定性。通过一个三端柔性直流系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。     

一种VSC-MTDC系统的综合协调控制策略

针对直流网络中功率不同程度的缺额提出了一种综合协调控制策略,在设计下垂控制运行特性曲线时综合考虑直流线路电阻上的压降和换流站的功率裕度,并在送端定有功功率换流站中增加下垂控制,避免换流站退出运行或者功率缺额过大导致直流电压失稳的情况。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了5端柔性直流输电系统模型,并进行仿真验证。所提出的综合协调控制策略在直流网络出现不平衡功率时,不仅能使直流网络中的潮流最优化,而且直流电压具有很强的刚性,同时也增加了多端柔性直流输电(voltage source converter multi-terminal direct current,VSCM TDC)系统的运行稳定性。     

多端柔性直流输电系统的直流电压优化控制策略

为提高多端柔性直流输电系统的运行稳定性,本文提出了一种适用于多端系统的直流电压优化控制策略。该策略结合了直流电压偏差控制策略和直流电压下垂控制策略的优点,通过直流电压的变化量来协调各换流站的工作方式,从而确保不同工况下直流网络内功率的平衡。当系统潮流波动较小时,部分与有源系统相连的换流站参与潮流调节,保持系统稳定;当潮流突变且波动剧烈时,与有源系统相连的所有换流站共同参与潮流调节,一起稳定直流电压,避免直流电压的过大波动。最后,在Matlab/Simulink仿真平台中进行了仿真分析,仿真结果验证了该策略的正确性与可行性。