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级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 80-90页

作者：黑玉鹏张英敏李保宏江琴张婉欣张敏王腾鑫四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力科学研究院山西太原030002

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器(MMC)采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输... 详细信息

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器(MMC)采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性,针对级联型混合直流输电系统,提出一种基于统一潮流控制器(UPFC)的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电(FACTS)设备统一潮流控制器(UPFC)的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性,针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题,提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路,利用UPFC功率补偿能力进行协调,同时基于动态限幅控制策略,采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后,在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先,仿真了LCC直流电流指令值下降过程,结果表明,本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动,抑制功率返送现象;其次,仿真了系统负荷突增过程,验证了动态限幅控制策略能更好地提升MMC对交流系统的电压支撑能力;最后,仿真了连锁故障过程,结果表明,所提协调控制策略能有效地实现对系统频率和电压支撑,抑制功率波动,提高了级联型混合直流系统及受端电网的稳定性。因此,本文提出的级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略具有有效性和可行性。

关键词：混合直流输电系统统一潮流控制器(UPFC) 动态限幅协调控制策略电压支撑

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计及电能量-备用耦合的配电网与光储充电站协调优化调度方法

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电网技术 2024年第8期48卷 3175-3185,I0035-I0039页

作者：刘一欣张帅郭力李相俊贾学翠王腾鑫赵宗政智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 国网山西省电力公司电力科学研究院山西省太原市030025

针对光储充电站大规模接入给配电网带来的调控压力,提出一种计及电能量和备用耦合的配电网与光储充电站协调优化调度方法。首先,建立基于随机机会约束的光储充电站经济调度模型,得到光储充电站与配电网的电能交互方案和备用需求;随后,... 详细信息

针对光储充电站大规模接入给配电网带来的调控压力,提出一种计及电能量和备用耦合的配电网与光储充电站协调优化调度方法。首先,建立基于随机机会约束的光储充电站经济调度模型,得到光储充电站与配电网的电能交互方案和备用需求;随后,采用鲁棒经济调度-线性潮流方法,建立计及不确定性的配电网优化调度模型,并根据Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件推导得到配电节点边际电价和节点备用边际电价,通过电能量和备用价格引导光储充电站友好互动,挖掘站内储能在削峰填谷和备用调节上的潜力。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

关键词：光储充电站协调优化节点边际电价不确定性

Operation-area-constrained Adaptive Primary Frequency Support Strategy for Electric Vehicle Clusters

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Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 2023年第6期11卷 1982-1994页

作者： Tianqi Liu Pengyu wang Qiao Peng Min Zhang tengxin wang Jinhao Meng College of Electrical Engineering Sichuan UniversityChengdu 610065China Electric Power Research Institute State Grid Shanxi Electric Power CompanyTaiyuan 030001China

Due to their fast response and strong short-term power throughput capacity, electric vehicles(EVs) are promising for providing primary frequency support to power grids. However, due to the complicated charging demands of drivers, it is challenging to efficiently utilize the regulation capacity of EV clusters for providing stable primary frequency support to the power grid. Accordingly, this paper proposes an adaptive primary frequency support strategy for EV clusters constrained by the charging-behavior-defined operation area. First, the forced charging boundary of the EV is determined according to the driver's charging behavior, and based on this, the operation area is defined. This ensures full utilization of the available frequency support capacity of the EV. An adaptive primary frequency support strategy of EV clusters is then proposed. The output power of EV is adaptively regulated according to the real-time distance from the EV operating point to the forced charging boundary. With the proposed strategy, when the EV approaches the forced charging boundary, its output power is gradually reduced to zero. Then, the rapid state-of-charge declines of EVs and sudden output power reductions in EV clusters caused by forced charging to meet the driver's charging demands can be effectively avoided. EV clusters can then provide sustainable frequency support to the power grid without violating the driver's charging demands. Simulation results validate the proposed operation-area-constrained adaptive primary frequency support strategy, which outperforms the average strategy in terms of stable output maintenance and the optimal utilization of regulation capacities of EV clusters.

关键词： Primary frequency control frequency support electric vehicle vehicle-to-grid(V2G) operation area charging behavior

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基于光储联合系统的电网分段恢复策略

电力工程技术 2024年第4期43卷 26-35页

作者：张英敏张婉欣李保宏黑玉鹏王腾鑫张敏四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030002

当前新能源大量引入至电力系统,为了使其代替传统的水电、燃气机组作为黑启动电源,文中研究了基于光储联合系统的电网分段恢复策略。首先,根据光储系统的结构和控制方式,提出由储能系统建立稳定的并网母线线电压,光伏系统分步并网的启... 详细信息

当前新能源大量引入至电力系统,为了使其代替传统的水电、燃气机组作为黑启动电源,文中研究了基于光储联合系统的电网分段恢复策略。首先,根据光储系统的结构和控制方式,提出由储能系统建立稳定的并网母线线电压,光伏系统分步并网的启动方式;其次,为了增强光伏发电系统的惯性阻尼支撑,提出在光伏系统逆变器侧加入虚拟同步控制;最后,在待启动机组和系统负荷并网过程中,利用储能系统配置附加阻尼控制器抑制电网黑启动产生的次同步振荡,保证电网稳定恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建光储联合系统黑启动的电磁暂态仿真模型并进行分析,结果表明系统恢复过程中母线线电压偏差不超过0.65%、系统频率偏差不超过1%,满足黑启动要求,验证了文中所提启动策略的可行性。

关键词：光伏系统储能系统黑启动分段恢复虚拟同步控制附加阻尼控制器

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MMC-HVDC直流侧阻抗模型简化方法

电力自动化设备 2022年第8期42卷 229-234页

作者：毛光亮彭乔舒稷刘天琪王顺亮张敏王腾鑫四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详... 详细信息

目前大多数模块化多电平换流器(MMC)的阻抗模型过于复杂,而已有的模型简化方法大多针对时域状态空间模型,不便于谐振分析。因此,以定有功功率控制和定直流电压控制的MMC为例,提出MMC直流侧阻抗模型简化方法。首先对MMC直流侧阻抗进行详细建模,根据分析得到的等效电容在高频段的旁路特性,保留低频段下的阻抗详细模型,忽略对整体阻抗特性几乎没有影响的部分,实现阻抗模型的简化,并基于简化模型提取阻抗特性的关键影响参数进行稳定性分析。最后基于PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,仿真结果验证了所提简化阻抗模型的准确性,以及关键参数对系统稳定性影响的分析结果。

关键词：模块化多电平换流器直流侧阻抗模型模型简化稳定性分析控制方式

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

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电网技术 2023年第5期47卷 1788-1797页

作者：张英敏彭泽峰彭乔李保宏张敏王腾鑫四川大学电气工程学院四川省成都市610065 国网山西省电力公司电力科学研究院山西省太原市030001

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要,而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点,其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了... 详细信息

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要,而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点,其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型,结合新能源场站的通用频率响应模型,建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型,在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后,基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后,在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真,结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点,且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值,验证了模型的准确性和通用性。

关键词：频率最低点平均系统频率模型新能源接入调速系统低阶通用模型

基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

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电力自动化设备 2023年第2期43卷 191-196,202页

作者：吴海艳江琴李保宏刘天琪张敏王腾鑫四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力有限公司电力科学研究院山西太原030012

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变... 详细信息

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变侧采用LCC与多台MMC级联。针对该系统提出一种适用于受端交流系统故障的故障电流限制方法,在逆变侧MMC控制中引入虚拟阻抗降低故障电流,无需额外添加设备。对虚拟阻抗的控制引入、计算以及投入实现过程进行了详细阐述,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真分析。结果表明,所设计的虚拟阻抗控制器可以实现故障电流的有效抑制,并防止功率倒送,从而实现混合级联直流系统的交流故障成功穿越和功率可靠传输。

关键词：多落点混合级联直流系统协调控制策略故障穿越限流措施虚拟阻抗

基于风储联合系统的受端电网黑启动技术及协调恢复策略

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工程科学与技术 2023年第2期55卷 72-83页

作者：张英敏吴谨轶江琴李保宏苟洪霖王腾鑫张敏四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力科学研究院山西太原030002

受端电网发生故障停电时要求送端电源具备黑启动能力,目前中国具有黑启动电源的主要为火电厂及水电厂。随着高比例的风电大量接入,电网要求风电机组具有一定的黑启动能力,但风能由于其不确定性和波动性导致风电机组很难单独参与黑启动... 详细信息

受端电网发生故障停电时要求送端电源具备黑启动能力,目前中国具有黑启动电源的主要为火电厂及水电厂。随着高比例的风电大量接入,电网要求风电机组具有一定的黑启动能力,但风能由于其不确定性和波动性导致风电机组很难单独参与黑启动。为使得风电机组具备较好的黑启动能力参与电网恢复,本文针对双馈风电场,提出了一种基于风储联合系统的受端电网3阶段协调恢复策略。初始阶段,通过储能装置建立交流频率和电压辅助风机顺利并网;中期阶段,切换储能装置控制模式并在风机转子侧设计虚拟同步控制为系统提供频率和电压支撑,并完成部分发电机组及负荷的恢复;后期阶段,在储能侧设计了基于H_(2)/H_(∞)的附加鲁棒控制器抑制多机组并网的低频振荡,实现受端电网平稳恢复。在PSCAD/EMTDC平台搭建了风储联合系统模型,并进行黑启动和电网恢复过程仿真。结果表明:提出的风储联合启动能够实现风机顺利并网;在厂用负荷和机组并网过程中采用切换储能控制方式能维持电压和频率在稳定范围内;在受端电网恢复及后期阶段,设计的鲁棒控制器对低频振荡有很好的抑制效果;相比常规控制,在系统启动恢复过程中采用的虚拟同步控制对系统的支撑能力更强。从而验证了本文所提风储联合系统参与受端电网黑启动的协调恢复策略的有效性和可行性。

关键词：风储联合系统黑启动双馈异步风力发电机虚拟同步控制鲁棒控制

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

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工程科学与技术 2023年第1期55卷 70-79页

作者：苟洪霖江琴张英敏李保宏吴谨轶王腾鑫张敏四川大学电气工程学院四川成都610065 国网山西省电力科学研究院山西太原030002

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器(line commutated converter–modular mu... 详细信息

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器(line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC)混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明:黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。

关键词：混合直流黑启动恢复阶段虚拟同步协调控制