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中压直流配电系统保护技术研究综述

电测与仪表 2020年第23期57卷 109-118页

作者：张章胡源罗涛吕家乐王璐瑶吴在军国网天津市电力公司经济技术研究院天津300171 东南大学电气工程学院南京210096

随着电力电子技术的应用与发展,配电网的源荷储直流特征逐步明显,中压直流配电系统的经济技术优势显著。直流配电保护是保障系统稳定安全运行的关键,但仍未形成成熟的技术体系。本文试图对国内外直流配电系统保护技术的研究状况做一个... 详细信息

随着电力电子技术的应用与发展,配电网的源荷储直流特征逐步明显,中压直流配电系统的经济技术优势显著。直流配电保护是保障系统稳定安全运行的关键,但仍未形成成熟的技术体系。本文试图对国内外直流配电系统保护技术的研究状况做一个系统的介绍。文章首先概述了与保护方法制定相关的直流配电系统拓扑结构、换流设备、接地方式以及暂态故障特性等内容。其次,对目前普遍研究和应用的直流配电系统保护方法进行了归纳总结,分析了各种保护方法的适用性和局限性,并对工程实践中应用的直流配电系统控制保护一体化技术进行了归纳和分析;最后,对直流配电系统的保护技术进行了展望和总结。

关键词：中压直流配电系统故障分析保护方法控制保护一体化

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2507-2518,I0001页

作者：肖迁陆文标贾宏杰穆云飞余晓丹智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方... 详细信息

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

关键词：中压直流配电系统分层协调控制双时间尺度优化改进下垂控制系数优化

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

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电力系统自动化 2022年第3期46卷 121-128页

作者：朱琳赵学深郭力李霞林邓占锋王成山智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室天津市300072 全球能源互联网研究院有限公司北京市102209

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建... 详细信息

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。

关键词：中压直流配电系统动态交互控制参数设计开环传递函数闭环传递函数

中压直流配电系统小信号稳定性分析与参数优化设计研究

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中压直流配电系统小信号稳定性分析与参数优化设计研究

作者：宋宇琦湖南大学

学位级别：硕士

随着越来越多分布式能源的接入和直流负荷的出现,传统的交流配电系统难以为继。而直流配电系统具有分布式能源接入便利、源荷的交直流变换环节少、电能质量优、线损少、造价低、输电容量高等优势,有望成为未来电网发展的重要形式。中压... 详细信息

随着越来越多分布式能源的接入和直流负荷的出现,传统的交流配电系统难以为继。而直流配电系统具有分布式能源接入便利、源荷的交直流变换环节少、电能质量优、线损少、造价低、输电容量高等优势,有望成为未来电网发展的重要形式。中压直流配电系统相较于低压直流配电系统更适用于工业园区和供电负荷密集的地区,将会是未来直流配电系统的主要构成部分。考虑到中压直流配电系统中多种不同类型的变换器拓扑及其控制差异较大,变换器间电气参数耦合特性明显,易面临母线电压崩溃等影响系统安全稳定运行的情况,因此有必要对中压直流配电系统进行小信号稳定性分析。本文以中压直流配电系统为研究对象,分析系统小扰动稳定性影响因素,给出不同参数约束边界,为系统材料选型、规划设计等提供理论指导依据,并提出相应的控制参数优化稳控策略为中压直流配电系统实际运行提供参考。本文的研究工作主要包括以下内容:首先,本文以中压直流配电系统作为研究对象,介绍了中压直流配电系统的拓扑结构、运行方式以及控制策略,分别建立了关键变换器的小信号模型,并构建了多个串并联方式组合集成模块单元的等值模型。通过扫频法和对比数值与电磁暂态仿真的动态过程验证了中压直流配电系统小信号模型的准确性。其次,为确定中压直流配电系统小信号稳定性的影响因素,基于参数灵敏度选取了系统中对低稳定裕度低频区特征值影响较大的关键参数。通过特征根轨迹变化情况,分析系统稳定性变化趋势。分析得到线路电阻、MMC换流器桥臂电容、LLC谐振变换器励磁电感过小可能会导致系统失稳,而MMC换流器桥臂电感、控制参数过大亦会引起系统不稳定运行,从而造成直流母线电压、变换器输出电流大幅振荡等恶劣的影响。再次,针对上一章分析出对系统稳定性影响较大的控制参数,提出一种基于鲸鱼优化算法的控制参数设计:即以系统小信号稳定性及动态响应速度等作为约束,确定控制参数取值范围,通过鲸鱼优化算法尽可能增大特征值与虚轴之间的距离,实现系统母线电压和传输功率在遭受小扰动时的动态性能提升与稳定裕度优化的目标。最后,本文基于RT-LAB半实物实验平台搭建了中压直流配电系统简单模型,通过实验验证控制参数的优化效果。实验结果表明,采用基于鲸鱼优化算法设计控制参数的系统母线电压和传输功率在受到负荷或光照波动等小扰动情况下的动态特性得到了有效改善。

关键词：中压直流配电系统小信号稳定性分析鲸鱼优化算法控制参数设计

基于线路电流二阶导数的中压直流系统故障识别方法

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电力系统保护与控制 2020年第13期48卷 1-13页

作者：王盼宝孙红梅郝鑫苏伟袁栋徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001 江苏省电力公司电力科学研究院江苏南京211103 国网江苏省电力有限公司江苏南京210024

直流线路故障的快速有效识别是基于电压源型换流器的中压直流配电系统发展的关键技术之一。直流线路故障电流上升十分迅速,系统中电力电子器件过载能力小。因此以串入直流线路限流电感的中压直流配电系统为基础,分析直流系统的故障特性... 详细信息

直流线路故障的快速有效识别是基于电压源型换流器的中压直流配电系统发展的关键技术之一。直流线路故障电流上升十分迅速,系统中电力电子器件过载能力小。因此以串入直流线路限流电感的中压直流配电系统为基础,分析直流系统的故障特性,在此基础上提出基于线路电流二阶导数的中压直流配电系统直流线路故障快速识别方案。该方案能够实现故障侧、故障类型及故障线路极性的快速识别,进而实现对线路的保护。最后基于Matlab验证了所提故障检测方案的有效性,并与基于线路电流一阶导数的故障检测方案进行了对比。仿真结果表明所提方法在故障电阻、故障距离及负载发生变化的情况下仍可实现直流线路故障的快速准确检测,且相比基于线路电流一阶导数的直流线路故障检测方案具有更好的选择性。

关键词：中压直流配电系统线路电流导数直流线路故障故障识别

一种基于泰勒展开的临界降阶直流配电系统稳定控制算法

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中国电力 2021年第10期54卷 73-80页

作者：袁宇波易文飞赵学深朱琳王一振刘海涛国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室天津300072 中国电力科学研究院有限公司北京100192

以中压直流(medium-voltage DC, MVDC)配电系统为研究对象,建立了直流系统的临界降阶模型,研究了恒功率负载对系统稳定性的影响。由于直流系统中恒功率负载的负阻抗特性会导致系统电压发生振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响,提出一... 详细信息

以中压直流(medium-voltage DC, MVDC)配电系统为研究对象,建立了直流系统的临界降阶模型,研究了恒功率负载对系统稳定性的影响。由于直流系统中恒功率负载的负阻抗特性会导致系统电压发生振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响,提出一种能够提高MVDC配电系统电压稳定性的稳定控制算法,通过状态反馈控制、下垂控制及电压控制中关键参数的分散灵活设计,改变系统主导极点在s域平面的位置,有效提高MVDC配电系统的稳定性。仿真结果验证了临界降阶模型的合理性以及基于泰勒展开控制算法的有效性。

关键词：中压直流配电系统泰勒展开阻尼比临界降阶模型稳定控制算法

柔性直流配电系统过电流及过电压防护研究综述

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广东电力 2020年第12期33卷 81-89页

作者：韩永霞冯帅松高毓群郑文博张竞涵赵宇明韦甜柳李立浧华南理工大学电力学院广东广州510641 深圳供电局有限责任公司广东深圳518020 南方电网科学研究院有限责任公司广东广州510663

多端柔性直流配电系统在发生接地和短路等故障时,故障的诊断与快速隔离、过电流及其抑制、过电压及其防护问题是系统安全可靠性运行的关键。为此首先概述了柔性直流配电系统的典型拓扑结构和主接线;其次,从故障隔离措施与限流方案的配... 详细信息

多端柔性直流配电系统在发生接地和短路等故障时,故障的诊断与快速隔离、过电流及其抑制、过电压及其防护问题是系统安全可靠性运行的关键。为此首先概述了柔性直流配电系统的典型拓扑结构和主接线;其次,从故障隔离措施与限流方案的配合设计方法、系统过电压与绝缘配合研究方法、设备暂态电流研究方法等方面进行了梳理分析;然后,分析提出了同样基于故障中电磁暂态过程分析的故障诊断及隔离、限流方案、过电压与绝缘配合、设备暂态电流等研究,有必要从系统的角度开展其多方面的综合协调防护研究;最后,对柔性直流配电系统未来可能遇到的电磁暂态分析问题进行了展望。

关键词：中压直流配电系统过电压过电流雷电侵入波绝缘配合限流方案防雷方案