计及潮流转移特性的直流潮流控制器优化配置

直流电网的潮流可控支路数遵循N−1原则,在线路上安装直流潮流控制器可提升直流电网的潮流控制自由度。现有关于直流潮流控制器配置的研究都只关注其稳态特性,考虑到直流系统发生断线故障可能导致线路过载,从潮流转移的角度提出一种新的直流潮流控制器配置方法。建立安装直流潮流控制器后的直流电网数学模型,应用灵敏度分析结合潮流分布情况确定直流潮流控制器安装位置,提出直流系统潮流转移熵,结合直流系统加权潮流熵对直流潮流控制器进行优化。仿真结果显示,在不同运行方式下,采用所提方法进行优化不仅能改善潮流分布,还能优化直流线路的潮流转移特性,且N−1故障后重载线路的平均负载率明显降低,验证了所提方法的有效性。     

一种基于相对熵组合赋权法的区间联络线选取方法研究

电网分区后合理确定区间联络线的选取对于抑制短路电流、合理化电网结构、避免连锁故障的发生具有重要意义。为此,研究了一种基于相对熵组合赋权法的区间联络线选取评估方法。该评估方法选取短路电流、潮流分布、潮流转移、电压稳定和节点短路容量作为综合评价的指标,并且采用整体短路电流水平、潮流熵、潮流转移熵、系统的最大负荷裕度和系统短路容量裕度来定量描述上述评价指标。为避免单一赋权法的局限性,采用相对熵组合赋权法确定各评价指标的综合权重,得到区间联络线选取方案的综合评估值,进而确定最优方案。最后利用PSD电力系统分析软件进行仿真,仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。     

直流电网网架结构对潮流分布的影响研究

直流电网是应对远距离大容量输电、新能源并网及消纳、提髙电网控制灵活性等问题的有效手段,其网架结构规划是具有重要意义的基础理论研究。文章从稳态潮流分布的角度研究直流电网网架结构特征。首先研究了计及主从控制及下垂控制方式的直流电网潮流计算方法;针对如何刻画潮流分布特性问题,提出了平均负载率做权因子的加权能量熵评价指标;同时基于网孔数量,对直流电网网架结构进行了分类;并以四端直流系统为例,分析了网架结构对潮流分布的影响规律。最后基于PSCAD/EMTDC仿真系统,搭建了十三端多电压等级直流电网模型,验证了网架结构对潮流分布影响规律的正确性。     

具有故障限流功能的线间直流潮流控制器及其控制方法

针对多端直流输电系统潮流调节和故障电流抑制两大难题,提出一种具有故障限流功能的线间直流潮流控制器(IDCPFC),可以实现线路电流灵活调节和直流故障电流抑制.首先,介绍了IDCPFC的拓扑结构、工作原理和等效电路,该结构具有模块化、可拓展的优势,在此基础上提出了电压、电流分时控制方法.然后,分析了所提IDCPFC在直流短路故障工况下的运行特性,提出了闭锁降压限流方法和过压旁路保护策略,研究了故障电流抑制能力的影响因素及参数选取.最后,在PLECS中建立了三端直流系统的仿真模型,仿真结果证明了所提IDCPFC在潮流控制、功率阶跃和故障限流工况下的有效性,并研制了小型样机验证了IDCPFC的潮流调节和故障限流功能.     

采用相对熵组合赋权法的500kV电网短路电流抑制策略优化决策

500 k V电网短路电流水平的不断提高,严重影响了电力系统的安全稳定运行,为此,提出了短路电流抑制策略优化决策方法来确定抑制短路电流的方案。该优化决策选取短路电流、潮流分布、暂态稳定以及成本作为评价指标进行综合评价,并且以短路电流大小、潮流熵、端口供给能量和措施成本定量描述评价指标,为避免单一赋权法的局限性,采用相对熵组合赋权法确定各评价指标的权重,得到短路电流抑制方案的综合评价值进而确定最优方案。仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。     

基于故障限流器的直流多馈入受端系统动态分区技术

为提升直流多馈入受端系统的运行性能,提出一种基于故障限流器的电网动态分区技术。该技术的基本思想是根据网架结构,选择合适的交流线路安装故障限流器,从而将系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的区域。在正常情况下,故障限流器等效阻抗为0,不会影响系统的潮流分布和电压水平;当交流系统发生短路故障时,故障限流器将投入限流阻抗以限制短路电流,阻隔故障在各区域电网之间的传递,从而有效缩短直流线路换相失败的持续时间,加快直流功率恢复,缓解多回直流线路同时换相失败引起的交流系统功率不平衡和潮流转移问题,提升整个系统的暂态稳定性。以2个典型结构的直流多馈入受端系统为例,验证上述分区技术的有效性。     

直流短路故障下基于暂态能量抑制的MMC-HVDC电网主电路电感参数优化

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网的桥臂电抗器(armreactor,AR)、平波电抗器(current limiting reactor,CLR)在保证系统稳态性能下,与故障限流器(fault current limiter,FCL)合理配合,可有效降低直流断路器的分断电流,实现直流短路故障穿越。该文通过对直流短路故障条件下,MMC-HVDC电网系统储能元件及交直流区域的暂态能量流(transient energy flow,TEF)时空分布与直流短路故障电流演化相依关系的分析,提出基于TEF抑制的参数综合优化模型,以交流区域和子模块电容及相邻线路暂态能量流抑制率和抑制效率极大化作为评价目标,以AR、CLR、FCL参数为优化变量。以张北四端直流电网的拓扑结构和单极对地直流故障为例,采用该模型对AR、CLR和FCL进行优化设计。优化结果及分析表明：建立的优化模型可以充分发挥AR、CLR和FCL各自在抑制短路故障电流方面的能力,较好地兼顾了故障电流抑制技术及经济性能指标,降低了限流成本。     

基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别

为提高电力系统运行安全水平,提出一种基于加权潮流熵的电网故障传播脆弱线路识别方法。通过直流潮流法快速估算线路断开时系统其他线路的潮流增量及负载率,采用加权潮流冲击熵反映目标线路受其他线路断开的转移潮流的影响,利用加权潮流分布熵反映目标线路断开对系统线路负载率分布的影响。结合加权潮流冲击熵与加权潮流分布熵定义线路综合脆弱指标,识别电网故障传播中的脆弱线路。直流潮流法可通过简单的数学运算准确估算系统断线故障时各线路的潮流情况,计算量少,适用性好。该方法综合考虑线路的受冲击脆弱度和断开后果脆弱度反映线路在电网故障传播中的脆弱性,同时,加权潮流熵有效反映了线路负载率较高甚至过载时的危险性。在IEEE39节点系统中对该方法进行了验证。     

含电流型潮流控制器的柔性直流电网故障电流抑制特性分析

为有效抑制多端柔性直流电网的短路电流,提出基于限流贡献度的电流型潮流控制器（CFC）故障抑制特性量化方法,以分析CFC参数对故障电流的影响。首先,分析了由全桥开关与电容器并联组成的桥式拓扑结构CFC的工作特性,提出了在故障发生时故障限流控制模式下的控制策略,以及与直流断路器协调配合的动作时序。然后,构建含CFC限流的直流电网等效电路,推导了故障发生各阶段电流的解析表达式。在此基础上,提出CFC限流贡献度的分析方法,研究CFC不同参数和动作时序下对柔性直流故障电流的抑制特性。     

直流电网潮流控制与短路控制复合装置

随着高压直流输电的发展和直流电网结构的日益复杂,直流系统的潮流调节和短路故障问题日益突出。基于多端柔性直流输电系统的潮流控制和短路故障抑制技术,文中提出了一种用于直流电网的兼具直流潮流控制和短路故障切除的多功能复用装置。该装置不仅能实现潮流在线路之间的灵活控制,而且能够实现对故障电流上升速率的限制和对短路故障的切除。对一个加装了该复合装置的三端直流环网进行研究,分析该复合装置的工作原理、控制策略及运行特性。最后,在PLECS软件中搭建了仿真模型,验证了该装置及其控制策略的可行性和有效性。     

基于MMC的多端直流电网通用计算方法及拓扑优化研究

针对现有直流电网直流侧短路简化计算方法普遍不适用于对称单极接线系统及短路故障后故障电流急剧上升导致换流站闭锁的问题,提出了适用于对称单、双极接线方式直流电网的通用计算方法和直流电网拓扑优化方法。首先,分析了不同接线方式下的直流电网直流侧单、双极短路故障特性。其次,基于阻抗频率特性提出了适用于不同接线方式直流电网的故障电流计算方法,并得到了评价故障电流水平的简化指标,有效地评估直流电网拓扑变化时的故障电流水平,实现多端系统的拓扑优化,降低单极接地故障电流水平。最后,通过电磁暂态仿真案例验证了所提计算方法和简化指标的准确性和有效性。     

柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述

柔性直流电网网架结构与运行方式多样,多种电力电子设备之间存在强耦合关系,其故障特性复杂,协调控制困难,对故障电流进行积极主动的控制仍然面临着很大的挑战。文中基于柔性直流电网故障电流发展机理,对交直流电网故障特性做了对比和总结,说明了柔性直流电网故障电流主动控制的必要性和可能性;确定了柔性直流电网故障电流主动控制方案的基本原则;总结了国内外研究成果,根据选择性原则和抑制原理对主动控制方案进行了分类;以几种典型方案为例,分析了不同类型主动控制方案的特性,并在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,对不同主动控制方案的特性进行了对比和总结。结果表明,通过源侧和网侧设备协同配合进行故障电流的主动控制,能够快速隔离故障,节约线路投资成本,具有快速恢复能力。     

具备故障限流功能的新型线间直流潮流控制器

直流电网在发生故障时,电流会迅速增大,危及整个系统安全运行。而用于切断故障电流的直流断路器开断能力有限,需要与故障限流器配合使用。随着直流电网结构的日益复杂,潮流控制问题也日益突出。在直流潮流控制器原有的潮流控制能力上,探索其故障限流能力并提出一种具备故障限流能力的新型线间直流潮流控制器拓扑。潮流控制部分采用线间直流潮流控制器,故障限流部分采用晶闸管控制电感投入实现限流。对所提控制器的工作原理、动作过程及理论分析进行了研究,并在单端等效系统及四端柔性直流电网中进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制器可在正常运行时控制2条线路的潮流,在某一线路单极接地故障时进行故障限流并通过与直流断路器配合完成故障电流的切除,该装置及控制策略的可行性与有效性得到验证。     

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。     

大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法

基于模块化多电平换流器(MMC)柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、多能互补和友好型并网的有效手段。针对直流断路器大电流开断成本高和技术难度大的问题,提出了一种适用于大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法。通过分析直流故障特性,揭示了故障电流的关键影响因素,在此基础上,提出了MMC主动限流控制方法,并针对网侧和风电场侧换流站分别设计了参数选取原则,其中网侧换流站的限流性能可自适应于直流母线电压,在抑制故障电流的同时兼顾直流电网的快速恢复。针对风电场侧换流站,提出了集成限流功能的耗散电阻配置方法,使其同时具备解决直流电网功率盈余问题和降低桥臂换流阀电流应力的能力,并提出了其与主动限流控制以及直流断路器的协调配合方法,在保证风电场安全运行的同时协同抑制故障电流,从而降低对直流断路器开断速度、容量及其制造成本的需求。最后,基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证了所提方法的有效性和可行性。     

具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器

针对多端柔性直流电网的故障保护和潮流控制问题,该文提出一种具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器,由通流支路、主断路器支路两部分构成。当系统正常稳态运行时,该断路器具有潮流控制功能,可用于调节支路潮流;系统发生故障后,相当于混合式直流断路器,用于切断故障电流。建立了具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器拓扑,阐述了稳态和暂态运行机理,并进行经济性分析。最后,在PSCAD仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证了所提拓扑在潮流控制和故障切除方面具有良好的性能。     

直流电网输电线路短路故障的单端化近似解析计算方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术(MMC-HVDC)是消纳可再生清洁能源,构建直流电网的核心技术。输电线路短路故障是直流电网常见故障,其故障电流水平影响着直流电网关键设备的参数设计。以张北直流电网为对象,通过网络开环、健全极开路、接地支路独立化和戴维南等效等方法,逐步解耦降阶,建立了去耦合的单端口简化模型。提出了直流电网短路故障的单端化近似解析计算方法。所提计算方法在PSCAD/EMTDC仿真平台上得到了验证,对故障电流影响因素分析和故障电流水平抑制具有参考意义。