基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略

大量新能源经电力电子装备接入电网改变了电力系统的阻尼特性,导致同步发电机低频振荡问题凸显,对系统安全稳定运行构成威胁。虚拟同步发电机作为一种新型的变流器控制技术,有必要对新能源基于该技术接入系统的阻尼特性进行深入分析。首先,建立虚拟同步发电机控制器的数学模型与同步发电机模型。其次,以新能源并入单机无穷大系统为研究对象,基于小信号分析法分析该策略与同步发电机的运行特性耦合机理。最后,提出一种新能源并网的附加阻尼控制策略,并基于电力系统极点配置法,设计附加阻尼控制器以改善系统阻尼特性并抑制系统低频振荡,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

新能源发电协同参与配电网无功优化控制技术

新能源发电高比例接入配电网引起电网电压波动，线路无功传输带来高损耗增加运行成本。利用新能源发电设备具备的无功控制能力，对区域分层内新能源发电进行聚合建模，收集新能源发电无功资源裕度和系统阻抗特性，同时采集区域分层变电站母线电压，制定新能源发电聚合参与配电网分层电压控制策略，分配最优无功控制指令控制新能源发电无功出力，实现区域内无功电压最优控制，提升新能源发电资源利用率，平抑新能源发电接入电网引起的局部电压波动。进行了现场测试，结果验证了方案的有效性，新能源发电聚合参与配电网无功控制响应速度小于170 ms。     

微电网虚拟惯量改进自适应控制策略

新能源系统与电网间存在的不相容性,使得新能源接入电网会造成系统频率稳定性下降。为此在充分发挥电压源型逆变器原有的快速精确控制特性的基础上,从控制特性、响应能力和灵活性三个方面入手,提出一种基于新能源微电网的惯量自适应控制策略。一方面,微电网系统应具备提供惯性响应和一次调频响应的辅助服务能力,参与全网的有功功率平衡和频率稳定调节;另一方面,微电网系统也需根据不同的工作条件对响应特征进行动态调整,以确保稳定性,从而增强其操作的灵活性。     

电压源型风电比例影响区域电网频率调整研究

随着新能源大比例接入新型电力系统中,区域电网的频率稳定性问题凸显。为了研究风电在区域电网中对新能源系统稳定运行能力的影响,针对电压源型风电占比对区域电网频率调整的影响开展研究。对风电频率需求相应特性和电压源型风电机组控制进行分析,提出了在电压源型风电机组不同占比结构下的区域电网新能源场站容量分配评估方法。在Matlab/Simulink中对不同电压源型风电占比下的电网频率响应特性进行验证。结果表明,随着在混合风电场内配置一定比例的电压源型风电机组,可以有效地改善区域电网的频率稳定性。     

电力系统低频减载的单调控制特性

新能源占比的不断提高使得频率稳定问题日渐突出,因此迫切需要研究系统的频率稳定量化评估分析方法,也需对频率安全控制的最后一道防线低频减载进行更深入的分析。将单调控制系统理论运用到低频减载分析过程中,根据单调控制系统的输入-输出判定条件,推导单机和多机系统低频减载时频率分别需要满足的保序特性量化关系。此外,分析时采用全状态模型,在保证电网规律性和解析性的同时获得更高的可扩展性,综合频率与功角、电压以及相关参数间的耦合关系。并结合灵敏度分析了电网内部变量之间的相关关系,以指导电网故障时的参数设置。最后,分析目前光伏参与调频的3种常见情况,分别说明单调控制理论的适用性,并通过算例进行验证。     

面向新能源灵活接入的多功能动态电压恢复器及其优化控制研究

随着新能源和非线性、不对称负载的大量接入,电网中电能质量问题日益突出。针对现有电能质量调节装置功能单一、利用率低等问题,提出一种面向新能源灵活接入的多功能动态电压恢复器(multi-functiondynamicvoltage restorer,MF-DVR)。基于矢量控制原理,MF-DVR可同时实现新能源消纳和电网电能质量调节功能。首先介绍了MF-DVR拓扑结构和矢量控制原理,通过数学推导证明,控制负载电压相位角可同时改变MF-DVR补偿电压和输出功率;分析了MF-DVR的工作特性,通过数学推导和矢量图分析得出,串联电容可有效降低逆变器输出电压的幅值;其次,根据负载电压相位角的不同取值,对MF-DVR工作模态进行详细分析;提出双电压外环控制,有效解决了串联电容电压直流偏置问题;最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验,验证了所提拓扑结构及控制方法的正确性和可行性。     

计及SSSC的高渗透率新能源电网静态电压稳定特征研究

随着大规模风电、光伏等新能源接入电网,高渗透率新能源逐渐影响到电力系统的安全稳定运行。同时受新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,新能源并网后的静态电压问题更加突出。探讨分析了计及静态同步串联补偿器（SSSC）的高渗透率新能源电网系统静态电压稳定特征,从系统静态电压特征方面评估SSSC发挥的潮流控制效能。首先分析了SSSC的等效电路及工作原理,并基于SSSC的等效功率注入模型得到潮流计算方程;其次,基于潮流计算方程提出能够反映系统静态电压稳定特征的效能评估指标,并计算分析接入不同容量新能源对静态电压稳定特征的影响,以及SSSC对新能源并入电网后薄弱节点静态电压稳定特征的影响;最后通过仿真验证,安装SSSC后能够改善新能源电网薄弱节点的电压稳定问题,提升电力系统运行时的安全稳定性。所提方法具有快速简洁的特点,并且具有一定的工程应用价值。     

孤岛新能源场站接入柔性直流高频振荡机理及抑制策略

大规模新能源孤岛经柔性直流送出系统的高频振荡问题在近期工程中日渐突出。文中建立了考虑一次主电路设备内部动态过程、控制链路延时、序分量分离环节、内外环控制环节的不同频率耦合特性的柔性直流换流器阻抗数学模型，并对数学模型进行简化，确定孤岛新能源场站接入柔性直流换流器的高频振荡机理为控制链路延时与内环电流反馈、电压前馈环节共同形成了柔性直流系统高频负阻尼，进一步得到了影响柔性直流换流器高频阻抗特性的关键因素。针对关键影响因素设计了孤岛新能源场站接入柔性直流系统的高频振荡抑制方案。相应解决方案在PSCAD模型中得到验证，同时解决了中国张北、如东新能源经柔性直流送出工程现场的高频振荡问题。     

VSC-HVDC参与送端电网的调频控制策略

电压源型直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)具有控制灵活且易于在送受端扩展新落点等优点，有助于新能源的友好接入，因而在新能源基地的直流输电中具有广阔的应用前景。随着柔直送端电网新能源占比不断增加，导致送端电网系统等效惯量持续降低、调频能力大幅减弱。针对高新能源渗透率的送端电网系统，利用VSC-HVDC对有功功率的独立与快速调节的特点，在传统的定有功功率控制中引入有功功率-频率(P-f)斜率特性，设计反下垂控制策略，使其参与送端交流系统的频率调节。并在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电电网模型进行仿真验证。结果表明，所提出的控制策略提高了送端系统的频率稳定性，具备一定的有效性与可行性。     

弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析

可再生能源经变流器接入弱电网时,变流器向电网输出无功功率有利于提高并网点的电压质量,但是无功控制的动态特性对变流器系统的稳定性有重要的影响。为分析此影响,文中建立了采用定无功功率控制策略下变流器的阻抗模型,通过分析无功控制外环动态改变所引起的各元素阻抗特性变化,判断无功控制外环动态对系统稳定性的影响,并采用广义奈奎斯特判据验证上述分析结论。其次,采用特征根轨迹法,分析了无功控制外环比例参数及电网强度的变化对系统稳定性的影响,结果表明弱电网下无功控制外环可能引发中高频振荡问题。最后,基于RT-LAB进行在环仿真验证理论分析结果。     

三电平并网变流器中点电压平衡控制技术研究

在将可再生能源转变的电能并入电网的过程中,必须满足单位功率因数、较小的电压开关应力,较小的电流谐波,及高压并网的要求。该文在二极管箝位型三电平并网变流器的双环控制系统基础上,通过有效选择冗余开关状态,解决了三电平变流器固有的中点电压不平衡问题。仿真结果验证了控制方案的正确性和可行性。     

新能源同步机与调相机在高比例新能源电网中应用的比较

针对高比例新能源电网的电压稳定问题和新能源脱网风险,新能源同步机(Motor Generator Pair,MGP)系统和调相机均能发挥重要作用。为对比二者的动态特性,本文介绍了MGP结构和控制策略,分析了MGP的无功调节原理和机械隔离作用。推导了调相机的动态调节特性及无功调节能力的影响参数。在PSCAD中分别搭建了MGP和调相机接入新能源并网系统的仿真模型,对比了不同故障情况下MGP和参数优化前、后调相机的动态特性,结果表明MGP和调相机都具备抑制电压跌落的能力,而MGP的机械隔离作用可以隔离故障对逆变器和新能源机组的大部分影响,防止新能源大量脱网。     

考虑规模化储能的配电网电压分布式控制

为了实现储能资源的规模化利用,构建了面向大规模储能设备的协同控制框架,提出了一种基于分布式优化方法的配电网电压控制方法.该方法利用改进型交替方向乘子算法,在优化模型的对偶问题中引入一致性人工约束,仅依靠相邻设备间的通信,即可实现完全分布式的储能设备充放电管理与配电网电压支撑.基于IEEE 33节点系统的仿真算例验证了所...     

应对UHVDC送端电网新能源大规模脱网的频率紧急控制

我国特高压直流输电(UHVDC)的快速发展及新能源发电占比的不断提高,有力支撑了国家的能源战略转型。但由于新能源机组的涉网保护性能较差,在新能源集中接入的直流送端电网,发生交直流故障后容易导致新能源大规模脱网,给电网的暂态频率安全保障带来极大挑战。文中首先分析UHVDC送端电网新能源大规模脱网的故障过程;然后针对现有应对新能源脱网措施的不足,根据故障过程特征提出利用直流换相失败等信息作为触发条件的频率紧急控制技术方案及实现方法;最后搭建西北电网的仿真算例,验证了所提方法能有效应对交直流故障引起的新能源大规模脱网,大幅提升送端电网的UHVDC输电能力及新能源消纳。     

虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制

电网电压跌落容易使可再生能源机组并网逆变器产生功角失稳与过电流现象,对系统安全稳定运行产生不利影响。对传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generators, VSG)控制策略进行改进,提出了一种虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制策略。首先,利用等面积定则分析了电网电压跌落和恢复后VSG功角变化机理。其次,详细阐述了虚拟阻抗的无功干预机制与限流原理。然后,提出在电网电压跌落期间对传统VSG功率控制环节实施悬停控制以利于实现功角稳定,并对电压跌落与恢复的不同阶段限制过流所需虚拟阻抗值提出了明确计算方法。最后,利用RT-LAB实时仿真实验平台搭建了10 kW可再生能源并网机组,对不同电压跌落程度下的低电压穿越控制效果进行分析,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

提高弱送端电网暂态电压稳定水平的调相机优化配置研究

新能源接入比例的不断提高导致送端电网的电压支撑能力下降,在常规电源小开机方式下易出现暂态电压稳定问题。以西北电网为例,揭示了典型新能源汇集送端电网暂态电压稳定问题,分析了调相机的优势和不同地点配置调相机对事故后电网暂态电压的影响效果。进一步结合预防与紧急控制,通过协调优化事故前调相机配置地点、容量和事故后的紧急控制,以系统安全性为约束,以控制代价最小为目标,提出了一种针对送端电压支撑薄弱电网的调相机优化配置方法。最后,通过实际典型电网进行了有效性验证。     

基于主动响应负荷电压调节的预防控制策略

特高压交直流输电和可再生能源发电的增加使得电力系统复杂程度加深,特别是特高压直流输电的容量巨大,一旦发生直流闭锁故障,受端电网发生严重功率缺额,将给电网的安全稳定运行带来巨大冲击,常规处理措施则会切除大量负荷,造成重大经济损失。而采取适当的措施进行预防控制则可以增加电网的稳定裕度,减轻发生故障时电网的压力。文章基于主动响应负荷的分类定义,根据电压响应型负荷的ZIP模型说明其电压特性,然后通过OLTC调压手段,结合负荷主动响应的特性,提出基于主动响应负荷电压调节的预防控制策略,提高静态电压值,从而可以有效的降低事故发生的可能,并在发生事故后,提高暂态电压裕度,从而减少需要切除负荷的量。在河南算例中的仿真结果表明了该策略的有效性。     

考虑光伏利用效率的中低压配电网电压抬升抑制方法

随着配电网中光伏电源数量的增多以及容量的增大而产生的电压抬升问题会威胁到电网稳定,同时也是阻碍提高电网中可再生能源所占比例的主要原因之一。分布式电源的间歇性和随机性会造成电网电压出现波动,而越靠近电网末端,电压抬升现象愈加严重。文中分析了电压抬升现象产生的原因,找到电网电压与功率之间的关系。并针对电压抬升问题,提出了一种有功无功协调控制策略,通过合理控制光伏并网逆变器输出功率来对电压进行调整。同时,与传统无功功率控制策略和有功功率削减策略进行比较,在维持电压稳定的同时,能尽可能少地削减有功功率,提高运行效率。最后,采用IEEE 13节点测试配电网对所提控制方法进行了验证。     

基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制

虚拟同步发电机(VSG)能够实现新能源机组友好并网。然而,传统的VSG技术主要适用于电网电压平衡工况,这使得VSG在电压不平衡情况下面临输出电流不平衡及过流等问题,为此提出一种基于动态电压补偿的VSG平衡电流控制架构及方法。通过负序电流抑制和峰值电流抑制策略,分别生成对应的补偿电压,使得VSG在电压不平衡时仍能输出平衡电流,且可抑制电网电压跌落瞬间的暂态冲击,以及确保稳态运行时的电流不超过安全阈值。同时,所提控制方法并未改变VSG等效为电压源的属性,保留了VSG的电压支撑能力。不同工况下的仿真测试结果验证了所提出控制方法的正确性和有效性。     

两级三相并网逆变器直流链电压间接控制策略

提出一种可应用于新能源并网发电的两级三相并网逆变器直流链电压间接控制方法,即无直流链电压互感器的控制方法.该方法区别于传统的基于电压互感器直接测量并跟踪控制的方式,利用直流链电压与正弦脉宽调制(SPWM)信号幅值的对应关系,引入直流链电压间接调节参数,从而影响并间接控制直流链电压,不需要对直流链电压值进行直接检测.这种控制方法在不降低逆变器整体性能的基础上,取消了直流链电压互感器,减少了电磁干扰对采样系统的影响,不仅提高了系统的可靠性,而且降低了成本.基于MATLAB下的系统模型仿真证明了所述控制方法的正确性与可行性.