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。     

内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。     

适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制技术,在分析已有直流潮流控制技术基础上,文中提出了一种适用于多端柔性直流输电系统的线间直流潮流控制器,其具有结构简单、所需元器件少以及无需外部电源等优点。对一个包含该线间直流潮流控制器的三端环网式直流输电系统进行研究,分析了该控制器的工作原理及运行特性。在PSCAD/EMTDC中搭建了该系统的仿真模型,对其进行稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该线间直流潮流控制器在多种工况下都可以有效地实现直流潮流控制,并保持良好的稳定性。     

电流型潮流控制器对多端直流系统中直流电压振荡模式提供的虚拟阻尼分析

基于虚拟阻尼分析法,研究电流型潮流控制器(current flow control,CFC)接入对多端柔性直流系统(voltage source converter based multi-terminal direct current,VSC-MTDC)中直流电压振荡模式的影响。首先,针对含CFC的多端柔性直流系统,分别描述CFC控制系统和多端柔性直流系统的动态过程,以直流系统中的直流电压振荡环节为前馈环节,建立剩余直流系统和CFC控制系统作为反馈环节的Phillips-Heffron线性化模型。然后,将传统的阻尼转矩分析法进行推广,介绍虚拟阻尼分析法的概念及其原理,分析CFC接入对不同控制下多端柔性直流系统中直流电压振荡模式的影响,提出能够评估CFC接入对多端柔性直流系统中直流电压振荡模式影响的虚拟阻尼判据。最后,以一个含CFC的三端柔性直流系统为例,得出在不同直流系统控制模式下电流型潮流控制器接入对直流电压振荡模式阻尼的影响规律,采用模式分析法和时域仿真法分别验证了虚拟阻尼分析法的正确性和虚拟阻尼判据的有效性。     

计及直流电网线路损耗的直流潮流控制器安装位置选择

多端柔性直流电网内部潮流的分布控制遵循N-1准则,即换流站可独立控制的支路数为换流站个数减去一。当直流电网支路数远多于N-1时会有多条支路不可控,而且换流站功率变化时也会影响到直流电网内部的潮流分布,这时可通过直流潮流控制器增加潮流控制自由度与换流站协调配合,保证支路潮流完全可控。验证了直流潮流控制器及换流站功率改变对电网内部潮流分布的影响,并验证了潮流控制器可以扩大直流系统换流站功率运行区间的作用。最后以四端五节点的直流电网为例,综合考虑各支路的安全裕度和直流系统的线路损耗,对比分析得出直流潮流控制器最优安装位置。     

电感共用式线间直流潮流控制器及其控制

在多端柔性直流输电中,存在换流站不能完全控制各线路潮流的问题。为了实现潮流的灵活控制,提出一种电感共用式线间直流潮流控制器。该潮流控制器通过在两条输电线路中各串入一个电容,利用共用电感进行功率交换,实现潮流控制,其拓扑结构和控制都较为简单,可模块化,适用于多端直流电网。首先分析了该潮流控制器的工作原理及控制策略,然后在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统进行验证。仿真结果表明,电感共用式线间直流潮流控制器在正常供电、换流站功率缺失等多种工况下,对直流输电系统潮流进行了灵活和准确的控制。     

含柔性直流电网的交直流网络潮流计算方法综述

为解决大规模新能源并网和消纳问题,基于柔性直流输电的直流电网技术备受关注。相比传统高压直流输电,基于电压源型换流器的直流电网运行方式更为灵活,其控制方式的多样化将使得传统潮流算法不再完全适用。总结了目前含柔性直流电网的交直流网络潮流计算的相关文献,分析了两端、多端直流输电潮流求解算法以及考虑损耗的换流站建模处理方法。梳理了换流器和直流电网不同控制方式与潮流节点类型的对应关系以及对构建潮流方程的影响,并针对不同控制方式切换带来的雅可比矩阵维数变化问题,总结了交直流网络潮流统一表达和高效求解方法。结合柔性直流电网发展方向,展望了未来潮流计算相关技术领域的研究重点并提出了相关建议。     

多端柔性直流输电系统中电流型潮流控制器引发的模式谐振现象及其对稳定性的影响

针对含电流型潮流控制器的多端柔性直流输电系统,该文分别建立主从控制下多端柔性直流系统和电流型潮流控制器的线性化传递模型,阐述二者能够引起模式谐振的模型特征。然后,对比分析2种主要谐振现象(闭环模式谐振和开环模式谐振)的产生条件和判定依据,论证其对系统稳定性的不利影响,可知开环模式谐振和闭环模式谐振是对同一现象的不同数学描述,且开环模式谐振点对系统稳定性的危害要大于闭环模式谐振点。最后,在Matlab软件平台中搭建含电流型潮流控制器的多端直流系统,得出直流系统控制系统与电流型潮流控制器间,以及多个电流型潮流控制器间均会发生模式谐振现象,验证了理论分析的正确性,并刻画了模式谐振对控制器参数稳定域的影响,可为实际工程的参数整定提供借鉴。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

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。     

基于最优潮流理论的MMC-MTDC直接功率控制策略

为了降低多端直流输电系统中电网三相不平衡故障对系统直流电压、功率调节的准确性和快速性的不良影响,基于最优潮流控制理论提出一种直接功率控制策略。首先分析系统损耗对网络潮流的影响,提出无需知道网络参数的最优潮流优化方法,得出期望功率参考指令;然后在对模块化多电平换流器瞬时功率特性分析的基础上,以消除电网不平衡时直流电压波动为目标设计直接功率控制器,针对故障电压降落和交流侧负序电流对功率参考指令进行修正,并采用前馈解耦控制直接建立功率与电压的关系。最后在PSCAD仿真平台上搭建四端直流输电系统,结果表明该控制策略在稳态和暂态故障情况下都可实现系统潮流最优分配和直流电压稳定的目的。     

不同调度模式下VSC-MTDC系统的协调控制策略

针对电力系统3种调度模式对直流电网实时的潮流分布要求,在多端柔性直流输电(voltage source converter multiterminal direct current,VSC-MTDC)系统中设计了相应的协调控制策略,通过改变下垂系数的值和切换控制模式,以满足直流电网中的潮流分布。为避免控制模式的频繁切换,在受端换流站控制器中加入了滞环比较器。通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建的四端柔性直流输电系统,对直流电网处在不同的调度模式下分别进行仿真,结果表明,与定下垂系数的控制方式相比,该协调控制策略可以满足电力系统调度对潮流实时的分布要求,直流电网的输电灵活性得到提高。     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

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。     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。     

考虑控制模式影响的多电压等级直流电网潮流计算方法

多电压等级直流电网可满足不同地区接入各类能源和负荷的电压等级需求,是未来电网建设的发展方向。直流电网潮流分析是电网规划设计、运行控制的基础,而相比于传统电网潮流分析,多电压等级直流电网控制方式灵活、运行方式多样,使得潮流分析更加复杂。计及换流站的控制方式,首先,对多电压等级直流电网进行分区处理,建立了多电压等级直流电网稳态等值模型;然后,基于牛顿迭代法建立节点导纳矩阵及潮流方程,推导了直流电网潮流计算方法;最后,基于PSCAD搭建了多端直流电网模型,验证了所提计算方法的有效性和正确性。     

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。     

基于前馈控制的有源电力滤波器研制

提出了一种有源电力滤波器的前馈控制策略。基于开关平均模型设计了前馈控制器和电流控制器,并利用功率模型对电压控制器进行了设计。由于电网电压在系统启动时会产生很大冲击电流,通过引入前馈控制有效地降低了作为扰动的电网电压和直流电压对被控电流的影响,提高了系统的动态性能,同时利用直流电压控制环直接获取电流参考信号对电网电流进行控制,简化了控制算法。所提方法无需检测负载电流和逆变器输出电流,且无需锁相环电路,降低了成本。利用模拟器件实现控制电路并进行了实验研究,实验结果证明了所提方法的可行性。