促进跨区新能源消纳的直流联络线功率优化模型及分析

提出了一种考虑直流联络线功率阶梯化运行、送端电网与多个受端电网跨区协调的常规能源与新能源联合优化的发电计划模型。建立了直流联络线功率阶梯化运行的数学模型,该模型满足直流功率调整的各项特性要求,包括直流功率阶梯化、相邻时段不可反向调整、稳定运行持续时间、日交换电量不变等约束,既充分发挥了直流联络线可灵活调节的特点,又避免了高压直流换流设备的频繁转换,提高了直流联络线计划的可执行性。同时,该模型可考虑多个跨区互联电网间的多条输电通道,以及送受端电网间的系统负荷互补性和新能源接纳能力,实现了送受端电网间的协调调度,促进新能源在更大空间范围内消纳。基于国内某跨区互联电网的实际数据,验证了所提模型的有效性。     

直流微电网集群多状态运行分级协调控制策略

为了对直流微电网集群进行协调控制并对其进行能量管理,提出一种多状态运行分级协调控制策略.该策略采用子微电网设备级控制与集群系统级控制的两级分级方式,在保证本微电网正常运行前提下利用分布式一致性算法控制集群微电网母线电压,并利用直流区域控制误差控制方法控制集群联络线功率.集群运行根据网内储能单元荷电状态值划分为多个运行状态,并针对不同运行状态制定不同的联络线功率控制策略,使集群内各子微电网在不同运行状态下的运行更加合理.最后,通过MATLAB/Simulink软件对所提控制策略在多工况下进行验证,结果表明采用所提控制策略时系统电压水平可以提高至额定电压附近,同时可以根据联络线功率控制策略在多个运行工况下切换并实现控制目标.     

考虑无功调节成本的直流联络线功率优化方法

直流联络线功率的灵活调节会造成无功设备频繁动作,影响设备使用寿命.为此,提出一种考虑无功调节成本的直流联络线功率优化方法.首先,根据传统直流的无功特性,制定含直流不可行区间的联络线功率运行策略.其次,建立无功调节成本模型,将无功设备动作次数转换为无功调节成本进行优化,以降低直流两侧无功设备的动作次数.最后,以互联系统运行总成本最小为目标函数,建立直流跨区互联电网日前计划优化模型,并采用两个修改的IEEE 39节点系统互联进行算例分析,验证所提方法的有效性.     

考虑条件控制断面的跨区高压直流发输电系统发电计划模型

清洁能源基地的高压直流外送计划较少考虑受端电网的用电需求,随着外送规模的不断扩大,给受端电网带来较大的安全稳定运行压力。为此,文中提出了一种考虑条件控制断面的跨区特高压直流发输电系统与受端电网系统联合优化的发电计划模型。建立了特高压直流功率的步长调整模型,其满足了高压直流联络线运行的各项要求,充分发挥了高压直流联络线可灵活调节的特点,提高了直流联络线计划的可执行性。另一方面,建立送端梯级水电站联合调度模型来满足水电机组振动区特性等各项运行约束,并保证清洁水电资源的优先发电与水电计划的工程实用性。更进一步,建立条件控制断面模型,其能有效处理断面限值与机组开机台数耦合的问题,保证直流功率相关断面的安全稳定运行。基于国内某跨区互联电网系统的实际数据,验证了该模型的有效性,所提方法可促进清洁能源跨区大范围消纳,降低大电网供电成本,并缓解受端电网安全稳定运行压力。     

三华电网特高压交直流输电系统交互影响及控制策略

研究特高压交直流系统间的相互影响,并提出相应的控制策略对三华电网的安全稳定运行具有重要意义。基于电力系统安全稳定量化分析软件FASTEST,仿真分析了特高压交流系统故障对直流系统的影响、直流闭锁故障对系统稳定性的影响,在此基础上,提出了直流双极闭锁导致系统失稳时的紧急直流功率支援策略。结果表明：三华电网直流受端附近线路故障对直流系统影响最大;除严重危及直流系统的故障外,同一省区内故障点短路电流越大,故障对特高压联络线功率波动影响越大。仿真验证了所提出策略的有效性。     

直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究

正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺额功率,可减小或抑制交流联络线上的随机功率波动。提出基于功率调节比的直流调制控制器性能指标,并采用改进的粒子群算法求取控制器最优增益,可使直流线路按预先给定的调节比部分或完全承担交流联络线上的随机功率波动。对华北-华中互联系统的仿真研究表明,直流功率调制为减小或抑制特高压交流联络线上的随机功率波动提供了一种有效手段。     

滇西北特高压直流被动孤岛运行闭锁策略优化研究

滇西北直流工程投运初期,送端配套电源开机量不足,若被动进入孤岛会面临谐波不稳定问题,给直流系统稳定运行造成极大风险,在以往的直流工程中,直流控制保护收到孤岛信号后,会尽快完成全切交流滤波器,同时延时闭锁直流的操作。但若孤岛信号异常,会导致直流误闭锁切机、损失功率。基于此,在滇西北直流工程中优化了被动孤岛低功率闭锁策略,通过增加判别交流联络线功率的方法来防止误进入孤岛运行模式。首先详细分析了滇西北直流所采取的控制策略,然后在RTDS试验系统中验证了所实施策略的正确性,通过判别交流联络线功率可有效防止误直流误进入孤岛运行模式,最后通过现场试验证明了所提控制策略也不会导致原有"孤岛闭锁逻辑"拒动。本文所述控制策略可为其他直流工程提供参考。     

直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究

正常运行时华北、华中两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力,并直接威胁着设备的安全运行。减小和抑制大区交流联络线上的随机功率波动是当前调度运行亟待解决的重要问题。提出直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的方法,通过直流功率调制快速吸收或补偿其所连交流系统的过剩或缺额功率,可减小或抑制交流联络线上的随机功率波动。提出基于功率调节比的直流调制控制器性能指标,并采用改进的粒子群算法求取控制器最优增益,可使直流线路按预先给定的调节比部分或完全承担交流联络线上的随机功率波动。对华北—华中互联系统的仿真研究表明,直流功率调制为减小或抑制特高压交流联络线上的随机功率波动提供了一种有效手段。     

以直流联络线运行方式优化提升新能源消纳能力的新模式

在大规模新能源接入的互联电网中,充分利用直流联络线的调整能力,将极大地促进更大空间范围内的新能源消纳。为此,文中提出了一种以直流联络线运行方式优化提升新能源消纳能力的新模式。该模式将联络线交换功率作为可优化的资源,在满足联络线功率调整各种特性要求的前提下,通过联络线功率的调整促进互联电网的新能源消纳。建立了直流联络线运行优化的数学模型,考虑了联络线功率调整的各类约束条件,包括日交换电量不变、联络线功率曲线阶梯化、短时间内不得反方向调节等。基于国内某跨区直流输电通道的实际运行数据开展了算例分析,计算结果表明了所提出模式的有效性。     

振荡中心联络线大扰动轨迹特征及紧急控制策略

交流跨区长距离弱联络线是电网同步稳定运行的薄弱环节。以华北—华中特高压交流互联电网为对象,研究大扰动冲击后系统振荡中心落于长治—南阳特高压交流联络线时,主要电气量受扰轨迹特征;揭示互联电网稳定裕度较小时,联络线有功功率轨迹出现"双峰"波动机理;识别峰值时刻对应的跨区互联电网同步稳定裕度及各电气量综合特征;在此基础上,定义紧急功率控制启动判据以及退出判据;提出利用多直流紧急功率控制改善互联电网稳定性的策略。特高压互联大电网的仿真结果,验证了控制判据及策略对降低互联电网解列风险的有效性。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

模块化多电平换流器启停控制策略

为了平稳快速地启停模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter MMC),提出了可应用于有源或无源网络的MMC启停控制策略。启动控制策略和停机控制策略均可分为不可控和可控两个阶段,其中可控阶段可进一步分为直流电压可控和功率可控阶段。在不可控阶段,修正了启动过程的限流电阻参数,提出了停机过程的放电电阻选取原则。在直流电压可控阶段,采用子模块电容电压、投切数与直流电压协调控制方法,计算出启动时的直流电压跌落值和停机时的能量反馈比。在功率可控阶段,根据MMC应用于有源和无源网络控制策略的不同,提出了相应的策略。最后基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了所提启停控制策略的有效性和正确性。     

基于储能稳压的交直流混合电能路由器协调控制策略

将交/直/交级联变换器、直流变换器、储能及其变换器通过公共直流母线组合,构成含两个交流端口、三个直流端口的电能路由器拓扑结构。分析典型运行模式并提出储能稳压的交直流混合电能路由器虚拟同步机协调控制策略:在交流单/双端并网模式下,通过储能稳定直流电压,两端交/直、直/交变换器通过虚拟同步机功率外环控制功率流向及大小;在交流双端离网模式下,通过储能稳定直流电压的同时,配合分布式电源为交直流负荷供电。所提策略无需模式切换,降低了控制复杂性,可实现电能路由器各模式下直流电压稳定、就地消纳分布式发电,保证交直流负荷持续稳定供电,还可实现双端并网时电网馈线间的柔性互联、电网故障时潮流转供以及双端离网下的自稳定运行,有效提高了低压配电网的供电可靠性。最后,通过仿真和实验验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。     

基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究

针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

互联直流微电网多模式协调控制策略

由于各种可再生能源接入渗透率不断提高,互联直流微电网作为一种新型多微电网集群架构,受到了广泛关注。针对互联直流微电网对系统电压稳定以及自主功率分配的要求,考虑到储能虚拟容量和变流器容量限制,提出一种基于电压分区的互联直流微电网多模式协调控制策略。该策略首先在分析互联直流微电网结构的基础上,考虑分布式电源和负荷的波动,将系统调压模式分为并网调压和自治调压。其次在并网和离网状态下,通过实时监测直流电压信息,保障系统各单元在不同电压分区之间的平滑切换,并通过自适应下垂控制实现自主功率均衡分配,满足系统对各单元即插即用的要求。最后利用PSCAD/EMTDC验证了不同运行状态下系统协调控制策略的有效性。     

基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制

为了确保配网故障时直流微电网群的稳定运行,本文根据子微网的运行工况,将微网划分不同的运行模式,提出一种基于储能自适应下垂控制的协调控制策略来确保母线电压稳定。该策略通过微网中央控制器实时检测公共直流母线电压波动控制各子微网间并联或独立运行,从而来维持各子微网直流母线电压稳定。同时,采用自适应下垂控制协调并联运行的子微网中储能单元根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率。利用MATLAB/Simulink搭建直流微电网群仿真模型,仿真结果表明该策略可协调直流微电网群母线电压稳定并可自动分配不同储能单元之间的负荷功率。     

配电网分布式储能集群调压控制策略

考虑到分布式电源与电动汽车大规模接入配电网后造成节点电压越限与储能系统运行经济性有待提高等问题,文中提出一种分布式储能集群调压控制策略.首先,通过构建基于电气距离的模块度指标形成配电网电压控制集群;然后,依据越限严重集群优先原则,确定各集群储能调节功率,并根据节点电压灵敏度对群内各储能进行功率分配;在计及配电系统安全、储能系统运行等约束条件下,构建集群经济调压模型,分析电压允许偏差范围内储能系统运行套利收益与网损收益的变化趋势,确定了各集群储能最优时序出力.仿真结果表明,所提集群调压控制策略可以有效消除节点电压越限,提升储能系统运行经济性.     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑多储能系统功率分配的独立直流微电网协调控制策略

针对多源储结构的独立直流微电网,提出考虑多储能系统功率分配的独立直流微电网协调控制策略,以实现源储能源利用率最大化与多储能系统间功率合理分配两方面的平衡控制,提升微网持续供电能力。根据直流母线电压信号将微网系统运行划分为5种工作模式,以协调源储运行,保证光伏能源利用率最大化及储能系统出力充足。同时,直流微电网工作模式切换过程中源储控制器保持不变,并根据当前运行状态自动调节自身运行曲线,维持系统功率平衡和母线电压稳定。其中,基于自适应功率控制的光伏系统控制方法根据母线电压自动调节光伏系统运行点追踪或偏离最大功率点,实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking ,MPPT)模式与降功率模式间的平滑切换。其次,基于荷电状态(state of charge,SOC)的自适应功率下垂控制器根据储能单元自身SOC调节其下垂曲线,实现系统功率在多储能单元间的动态分配,避免过充过放。最后,通过搭建Matlab /Simulink 仿真模型,验证了所提方法的有效性。