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。     

考虑直流电压稳定的VSC-MTDC附加频率自适应下垂控制策略

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。     

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。     

适用于海上风电并网的多端柔性直流系统自适应下垂控制研究

多端柔性直流输电技术适用于大规模海上风电场并网,维持直流电压稳定是多端柔性直流输电系统协调控制的主要任务。传统下垂控制采用固定下垂系数,在复杂工况下灵活性较差,为此提出一种自适应下垂控制策略。通过检测换流站的直流电压偏差和功率裕度,采用模糊逻辑推理调整下垂系数。基于PSCAD/EMTDC仿真研究表明:所提自适应下垂控制策略,在换流站功率裕度允许范围内,能够减小传输功率变化造成的直流电压偏差,提高系统运行特性。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。     

适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略

重点关注适用于多端柔性直流输电系统的直流电压协调控制策略,分析了现今最受认可的直流电压偏差控制策略以及直流电压斜率控制策略的缺陷,并结合2种控制策略的优点,提出了一种新型直流电压控制策略——直流电压偏差斜率控制策略。该控制策略利用直流电压偏差控制策略的偏差特性,实现了换流站直流功率的跟踪;利用直流电压斜率控制策略的斜率特性,加快了其动态响应能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中针对直流电压偏差斜率控制策略的特性进行了稳态仿真分析以及暂态仿真分析,仿真结果表明:采用直流电压偏差斜率控制策略后,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠运行。     

风电场柔性直流并网与传统直流外送的源网协调控制策略

针对西部高原地区风电场采用柔性直流并网与传统直流外送导致送端电网频率变化敏感的问题,提出传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的源网协调控制策略。首先,在传统直流和风机中引入一次调频特性和惯性控制环节的变功率附加控制,在柔性直流电网侧换流站引入变电压附加控制,风电场侧换流站引入变频和直流电压偏差附加控制;其次,协调了发电机、传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的时序;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果表明:该源网协调控制策略能增加送端电网的惯量,提高系统频率稳定性;能有效减小送端电网故障期间柔性直流的直流电压波动幅度。     

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。     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

基于变下垂系数的直流配电网自适应虚拟惯性控制

直流配电网采用电压下垂控制具有较好的稳定性,但对高频随机功率波动的调节能力较差。文中研究了适用于直流配电网电压下垂控制的虚拟惯性控制方法,以兼顾调压器的快速性和稳定性,改善直流配电网电压质量。所述控制策略在功率波动瞬间通过调压器下垂特性曲线的摆动,快速释放或吸收能量,相当于在直流侧虚拟出比实际电容大得多的虚拟电容,提高了系统惯性,有效抑制了直流电压波动。同时,理论分析了在不同运行情况下该控制策略所能提供的具体的虚拟惯性裕度,在此范围内根据电压大小自适应地调节下垂系数,提供大小可变的惯性支持,从而使系统获得最佳动态响应。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了四端风储直流配电网系统并进行仿真验证,结果表明所述控制策略能够起到改善系统暂态响应、提高直流母线电压质量,以及平滑与交流主网交换功率的作用。     

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性。为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略。该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和阻尼系数。通过建立小信号模型,利用系统输出阻抗结合阻抗比判据给出虚拟惯量和阻尼系数的变化范围和边界,分析虚拟惯量和阻尼系数自适应选取下系统惯性变化及母线电压响应效果,该方法提高了直流微网系统惯性,同时改善了直流母线的动态响应。最后通过Matlab/Simulink仿真和RT-LAB半实物实验,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。     

基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

基于B2B-MMC的柔性互联变电站改进型孤岛控制模式

在基于背靠背模块化多电平换流器(back-to-back modular multilevel converter,B2B-MMC)的柔性互联变电站中,当主变压器故障退出运行后,换流器需要从功率传输模式切换到孤岛控制模式。该过程产生的冲击电压和冲击电流会严重威胁设备运行安全和系统供电可靠性。为此提出了一种改进型孤岛控制模式。在分析MMC桥臂瞬时功率与直流母线电压的运行关系的基础上,将有功功率-直流电压平方分配特性的固定下垂系数与利用虚拟惯量的自适应惯性下垂系数相结合。其中自适应惯性技术是将B2B-MMC系统中直流侧有功功率和交流系统频率进行耦合,通过快速调节下垂系数从而抑制切换过程中的电压冲击、降低峰值电流,提高系统的稳定性。在PSCAD/EMTDC暂态仿真软件中搭建了基于B2B-MMC的柔性互联变电站模型,分析了所提方法在换流器切换过程中的响应特性,其结果验证了所提方法的有效性和实用性。