基于MMC的多端柔性直流配电网控制与保护

为提高多端柔直配电网系统的稳定运行能力,本文首先对分割的城市中压配电网进行互联设计了多端柔性直流混合配电网,对主要换流设备选型进行实例设计;基于下垂控制策略并结合功率参考值平移的曲线特性,将考虑电压限值的直流电压斜率控制方法应用于多端柔直配网,并制定本文设计案例的换流器保护配置策略。在PSCAD/EMTDC中完成10 kV多端柔直配网应用案例的搭建,最后仿真验证直流电压斜率控制策略及保护配置方案的有效性。     

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。     

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。     

一种适用于多端柔性直流输配电系统的新型电压下垂控制方法

如何保障多端柔性直流输配电系统在不同程度扰动下安全稳定运行是柔性直流技术发展所面临的一个挑战。针对这个问题,提出了一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法。该方法在电压-有功功率下垂控制的基础上,利用本地直流电压偏差信息实时调整下垂控制的运行工作点,使得直流电压靠近电压上限时自动往下调整,保障系统在各种扰动下直流电压分布合理,不超过稳定运行范围,具有抗干扰能力强、不依赖通讯的优势。最后,在PSCAD/EMTDC中建立四端柔性直流系统,验证了所提电压下垂控制方法的正确性和有效性。     

考虑直流电压无差调节的MMC-MTDC协调下垂控制策略

直流电压稳定对多端直流输电(MTDC)系统的安全可靠稳定运行至关重要,对此提出一种新型协调下垂控制策略。通过建立MTDC系统的等效网络模型,推导小信号解析式,然后将小信号补偿量注入传统下垂控制中,实现MTDC系统在不同工况下直流电压的无差调节。采用PSCAD/EMTDC建立了基于模块化多电平换流器的四端直流输电系统的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。在所提控制方法作用下,直流电压在扰动下会恢复到原来的稳态运行状态,避免了传统下垂控制产生的直流电压偏差,实现了直流电压的额定值运行。     

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。     

下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析

直流电网的协调控制策略包括主从控制、直流电压裕度控制及直流电压下垂控制等。下垂控制可以实现直流电网的多点直流电压控制,但下垂系数的大小会对系统直流侧电压的稳定性产生一定的影响。以基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的直流电网为研究对象,首先建立了下垂控制作用下MMC直流电压控制系统模型及其传递函数,并在此基础上,采用劳斯判据得到了能够保持系统直流电压稳定的下垂系数取值范围。然后,分别在时域和频域中分析了在不同取值区间内选取下垂系数对系统直流侧电压控制特性和稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了基于MMC的4端直流电网仿真模型,验证了理论分析的正确性,为工程应用时合理选择下垂系数提供了理论依据。     

下垂控制在多端直流输电系统中的应用

多端直流输电具有控制方式灵活、可扩展性强等优势,适用于新能源接入、区域电网互联和岛屿供电等场合,因此对多端直流输电系统的控制策略展开研究具有重要意义。提出将下垂控制应用于多端直流输电系统,设计相应的控制器模型,并在PSCAD/EMTDC软件中建立多端直流输电系统,验证所设计控制器的有效性。结果表明:控制方式可以同时调节多端直流输电系统的直流电压和有功功率,在系统发生功率缺额或者某换流站退出运行时,能够及时维持系统电压稳定和功率平衡,具有重要的研究意义和应用价值。     

含新能源接入的柔性直流电网启动策略及仿真

以新能源大规模接入为目标,以多端柔性直流输电技术为支撑,提出了一种用于汇集风能、太阳能等多种新能源的柔性直流电网拓扑。首先,设计了通用的直流电网启动策略,然后基于机电暂态计算结果为该直流网络设计了稳态运行工况,并针对性地模拟了直流线路单极接地故障、交流线路故障和风机大规模切除3种暂态运行工况。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建该直流电网模型,仿真验证了启动控制策略和稳态潮流分布,结合仿真波形对电网暂态特性进行了讨论和分析。     

五端直流电网电压控制及功率分配策略

电压源直流电网适用于风力发电场并网及远距离电力输送,为保证直流电网电力传输的灵活性,研究人员提出了多种直流电压控制及功率分配策略。基于对直流电压偏差控制和直流电压下垂控制策略优缺点的分析,提出了一种新的控制策略。该控制策略可提高直流电网稳态运行时的电压精确跟踪能力,并实现主换流站退出运行后直流电网控制模式的平稳转换。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了含有1个大型海上风电场和4个陆上交流系统的五端电压源直流电网平均值模型,通过对比风功率波动、主换流站退出运行等不同场景下直流电网的稳态、暂态特性,验证了所提出控制策略的有效性和优势。     

考虑运行损耗和功率裕度的VSC-MTDC系统改进优化下垂控制策略

不当的直流电压下垂系数易造成多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统运行损耗增加或部分换流站满载,为此提出了1种考虑网络损耗和功率裕度的改进优化下垂控制策略。分析了影响直流网络潮流的因素,在考虑直流线路电压降的情况下,推导出了换流站间功率分配与下垂系数的关系式。提出了直流网络潮流优化计算方法,并得出了各换流站最优下垂系数。以换流站优化下垂特性为基础,设置直流电压拐点,综合考虑直流系统运行损耗和换流站功率裕度,提出了改进的优化下垂控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建6端柔性直流输电系统仿真模型,对3种下垂控制策略下系统的运行特性进行了仿真分析,结果表明:常规下垂控制按换流站额定容量分配功率,优化下垂控制考虑直流网络损耗,改进优化下垂控制兼顾系统运行损耗和换流站设备使用率。仿真结果与理论分析一致,验证了所提改进控制策略的有效性和可行性。     

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。     

基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统并行仿真计算

对于基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统以及直流电网而言,传统基于串行结构的电磁暂态仿真软件已无法满足实际的计算需求,需要采用并行计算技术突破这一难题。PSCAD/EMTDC是世界上广泛使用的电力系统电磁暂态仿真软件,其最新版本已经全面支持并行计算。通过大模型拆分和多线程运算,该软件解决了由于模型过大而不能仿真或仿真效率低的问题,为实现多端柔性直流输电系统以及直流电网的快速仿真提供了可能。详细分析了PSCAD/EMTDC软件的运行机理及功能,对其新版本下的并行计算功能进行了介绍和研究。通过搭建模型进行仿真测试,探讨了并行计算的技巧。仿真结果表明,并行计算功能可以大大降低大规模电力系统的仿真时间,有效提升仿真分析效率。     

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。     

基于最优功率分配的多端直流网络改进下垂控制策略

由于多端直流系统各输电通道距离不一致以及直流线路本身电阻较大,导致远距离、大容量直流输电系统的铜耗较大。为了实现整个系统铜耗最小的站间协调控制,构建未考虑本地负荷与考虑本地负荷时直流电压下垂系数的计算方法,提出一种改进的直流电压下垂控制策略。引入换流站可调容量大小,使得各换流站"量力而行"地参与下垂控制功率调整。利用PSCAD/EMTDC建立该四端直流系统的详细模型,仿真验证了正常运行及故障工况下该系统的运行特性。结果表明,所提出的控制方法可有效减少直流系统铜耗,有效改善交流侧故障引起的直流侧功率振荡,实现紧急功率支援。     

柔性直流电网的暂态稳定判据与电压恢复控制技术

柔性直流电网中,直流电压的暂态恢复特性是分析系统稳定判据和故障穿越能力的关键。首先建立柔性直流电网的动态模型,通过分析负载功率及直流电压波动后,系统运行点的移动轨迹,阐述直流电网的稳定运行机理。其次,提出柔性直流电网在暂态稳定恢复中应遵循的等电量原则,并结合直流电压极限,获得直流电网的暂态稳定判据。在此基础上,通过改进直流电压下垂控制,提出直流电压暂态恢复控制技术,增加电网暂态稳定裕度。最后通过搭建多端柔性直流仿真系统,验证了所提出直流电网暂态稳定判据和电压恢复控制策略的正确性,为评估直流电网的暂态稳定运行能力提供了依据。     

含DC-DC变换器的直流电网拓扑结构及其运行控制

结合中国陆上和海上新能源地域分布的特点,给出了一种适用于中国未来直流电网发展趋势的含DC-DC变换器的多电压等级直流电网拓扑结构,并对该拓扑结构的特点和优势进行了分析,提出了相应的系统启动、快速潮流分配、直流故障隔离和应对换流站退出运行的控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立了该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行了仿真分析。仿真结果验证了所提出的控制策略可确保直流电网灵活可靠运行。     

多端电压源型直流互联系统频率稳定性控制策略

以提高电压源型换流器多端直流互联系统的频率稳定性为目的,提出了一种适用于多孤岛电网换流站共同参与主网频率调节的多端协调控制策略。该控制策略首先是根据互联系统的数学模型,利用非线性鲁棒控制中的反馈线性化H∞方法设计出了各孤岛电网换流站直流功率调节量的控制律。然后考虑各孤岛电网自身频率波动情况,利用单纯形法滚动优化直流功率调节量控制律中的直流功率分配系数,从而得到最优分配的直流功率调节量,保证了各换流站以最优直流电压斜率控制协调参与主电网的频率稳定调节过程。最后,在PSCAD/EMTDC中以三端柔性直流互联系统为例,通过与常规控制策略进行对比仿真,验证了所提控制策略的正确性和优越性。     

基于电力调度模式的VSC-MTDC系统Ⅴ-Ⅰ协调下垂控制策略

为更好地满足直流电网稳定运行及实时潮流分布的要求,分析了直流线路电阻的影响,对已提出的直流电网既定比例调度模式下的协调下垂控制策略进行优化。通过考虑实时的功率裕度,提出了功率裕度调度模式下的协调下垂控制策略,并将2种调度模式相结合,提出先比例再功率裕度调度模式下的协调下垂控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流输电系统,根据不同调度模式设计相应的协调下垂控制策略进行仿真,仿真结果验证了所提3种调度模式下V-Ⅰ协调下垂控制策略的有效性。     

适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑

为提高多端直流电网在直流故障下的运行可靠性,同时降低对直流断路器分断能力的要求,提出了一种适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑,当电网出现过电流时预先将限流回路投入,并根据故障检测结果决定切除故障线路或恢复正常运行。该拓扑使用辅助电容和半控型器件晶闸管实现了限流电感的快速投切与故障电流快速切除,能有效抑制故障电流,并具备一定的经济性。为验证所提拓扑在预限流和快速分断方面的可行性,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端直流电网仿真模型,并通过仿真结果验证了所提拓扑在抑制故障电流、隔离故障线路方面的有效性。