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A Mode-switching Strategy of Droop Control for vsc-mtdc Systems Considering Maximum DC Voltage Regulation Capability

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2024年第3期10卷 903-912页

作者： Yizhen Wang Fengliang Qiu Zhongguan Wang Yirun Ji Zhengguang Chen Chengshan Wang Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education Tianjin UniversityTianjin 300072China Electric Power Research Institute of State Grid JiBei Electric Power Co.Ltd. Beijing 100045China State Grid Corporation of China Beijing 100031China IEEE

To achieve the goal of carbon neutrality,renewable energy integration through a voltage source converter based multi-terminal direct current(vsc-mtdc)system has been identified as a promising solution.To tackle the significant DC voltage over-limit problem in a vsc-mtdc system during disturbances,this paper proposes a mode-switching strategy of droop control considering maximum DC voltage regulation capability.The close relationship between node injection powers and node DC voltages in the mtdc system is elaborated,and the most effective regulation approach of local injection power for limiting DC voltage deviation is presented.The operating point trajectories of different droop control explains that the DC voltage deviation can be minimized by fully utilizing the capacity of converters.Therefore,the mode-switching strategy with the maximum DC voltage regulation capability is realized by the switching between the voltage droop control and the constant maximum power control.In addition,a mode recovery process and a smooth switching method are developed to make converters regain the capability of maintaining DC voltage and reduce power fluctuation during mode switching,respectively.Furthermore,three cases are investigated to verify the effectiveness of the proposed mode-switching strategy.Compared with simulation results of the conventional droop control and the DC voltage deviation-dependent droop control,better performance of transient and steady-state DC voltage deviation is achieved through the proposed strategy.

关键词： Droop control maximum DC voltage regulation capability mode-switching vsc-mtdc

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计及电压稳定性约束的海上风电场集群vsc-mtdc组网优化方法

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电测与仪表 2024年第4期61卷 141-148页

作者：王振帅黄玲玲王启国刘阳贾锋上海电力大学电气工程学院上海200090 上海大学机电工程与自动化学院上海200444

海上风电场将朝深远海、集群化方向发展,多端柔性直流输电技术(voltage source converter based multi-terminal direct current,vsc-mtdc)对远距离、大规模海上风电接入系统表现出明显优势,因此有必要对海上风电场集群vsc-mtdc组网优... 详细信息

海上风电场将朝深远海、集群化方向发展,多端柔性直流输电技术(voltage source converter based multi-terminal direct current,vsc-mtdc)对远距离、大规模海上风电接入系统表现出明显优势,因此有必要对海上风电场集群vsc-mtdc组网优化进行研究。考虑到风电场集群出力的聚集效应会影响电气设备的容量配置,以及陆上电网的公共连接点(point of common coupling,PCC)电压稳定性对大规模风电接入容量的影响。文中推导了PCC点电压稳定性指标,并引入了“N+”原则对电气设备进行容量配置,提出一种计及“N+”原则和PCC点电压稳定性的海上风电场集群vsc-mtdc组网优化方法。采用改进的NSGAⅡ算法对海上风电场集群vsc-mtdc系统进行分析。算例结果表明,按“N+”原则进行容量配置可以更好提高收益,考虑PCC点电压稳定性虽然会增加投资成本,但能够提高PCC点电压稳定性。

关键词： “N+”原则电压稳定性 vsc-mtdc 海上风电场集群

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Optimized Allocation Method of the vsc-mtdc System for Frequency Regulation Reserves Considering Ancillary Service Cost

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CSEE Journal of Power and Energy Systems 2022年第1期8卷 53-63页

作者： Kaiqi Sun Huangqing Xiao Yilu Liu University of Tennessee Knoxville College of Engineering Ringgold standard institution KnoxvilleTennesseeUnited States

In recent years,the interconnection of asynchronous power grids through the vsc-mtdc system has been proposed and extensively studied in light of the potential benefits of economical bulk power exchanges and frequency regulation reserves sharing.This paper proposes an optimized allocation method for sharing frequency regulation reserves among the interconnected power systems and the corresponding frequency regulation control of the vsc-mtdc system under emergency frequency deviation events.First,the frequency regulation reserve classification is proposed.In the classification,the available frequency response capacity reserves of each interconnection are divided into commercial reserves and regular reserves.While the commercial reserves are procured through long-term contracts,the regular reserves are purchased based on market prices of frequency regulation services.Secondly,based on the proposed frequency regulation reserve classification,a novel frequency regulation control is then introduced for the vsc-mtdc system.This control method could minimize the costs of the disturbed power grid for the needed frequency response supports from the other power grids.Simulation verifications are performed on a modified IEEE 39 bus system and a highly reduced power system model representing the North American grids.The simulation verification indicates that the developed frequency regulation control significantly reduced ancillary service costs of the disturbed power grid.

关键词： Frequency regulation control optimized reserve allocation response reserve classification vsc-mtdc

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考虑vsc-mtdc动态稳定性约束的优化协调控制策略

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高电压技术 2018年第7期44卷 2181-2188页

作者：郭敬梅余超耘黄辉广东电网有限责任公司电力科学研究院

为了解决多端柔性直流系统（vsc-mtdc）直流电压越限和功率分配不合理的问题,提出了一种与调度系统相结合的协调控制策略。通过调度系统进行短期负荷预测,并以所有下垂控制站的下垂系数、直流电压参考值和直流功率参考值为决策变量,以... 详细信息

为了解决多端柔性直流系统（vsc-mtdc）直流电压越限和功率分配不合理的问题,提出了一种与调度系统相结合的协调控制策略。通过调度系统进行短期负荷预测,并以所有下垂控制站的下垂系数、直流电压参考值和直流功率参考值为决策变量,以直流电压、直流功率和直流线路电流不越限为不等式约束,建立系统损耗和直流电压偏差最小为目标的多目标优化模型。此外,为了保证系统稳定性,通过建立反映vsc-mtdc直流侧响应的状态空间模型的方法,引入所有下垂系数之和为常数的等式约束。算例中搭建了四端vsc-mtdc系统,对定功率站的功率不变、功率突变以及计划停运等情形进行实验。结果表明,所提算法能在保证系统稳定的前提下,确保各节点直流电压波动范围为额定值的–5%~5%以内,同时保证各站的直流功率不满载。因此,所提算法能够优化vsc-mtdc的运行特性,可作为一种稳态调控或计划停运的控制手段。

关键词： vsc-mtdc 下垂控制状态空间模型系统稳定性优化控制

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基于vsc-mtdc的大规模海上风电并网系统协调下垂控制方法

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电力自动化设备 2016年第8期36卷 16-25页

作者：彭衍建李勇曹一家湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

提升电压源型换流器的多端直流输电(vsc-mtdc)系统的传输功率和传输效率对于大规模风电并网而言至关重要。提出vsc-mtdc系统协调下垂控制方法,并制定3种典型的控制模式,从而实现风电场最优功率输送与vsc-mtdc系统效率的最大化。建立用... 详细信息

提升电压源型换流器的多端直流输电(vsc-mtdc)系统的传输功率和传输效率对于大规模风电并网而言至关重要。提出vsc-mtdc系统协调下垂控制方法,并制定3种典型的控制模式,从而实现风电场最优功率输送与vsc-mtdc系统效率的最大化。建立用于海上风电场并网的四端直流输电系统仿真模型,结果表明,所提协调下垂控制方法不仅能实现有功功率在vsc-mtdc系统中的最优分配,而且能稳定直流电压,增强vsc-mtdc系统的运行稳定性。

关键词： vsc-mtdc 海上风电场下垂控制有功功率分配风电并网

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vsc-mtdc系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

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高电压技术 2021年第2期47卷 627-636页

作者：李彧野刘开培朱蜀槐青廖小兵武汉大学电气与自动化学院武汉430072

直流电压稳定是多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current transimisson,vsc-mtdc)系统稳定的前提。相比特征值法,采用阻抗稳定判据分析vsc-mtdc系统的直流稳定性问题具有建模过程简单和物理意义清晰等优势。建立了基于通用下垂控制的多端柔性直流输电系统的直流侧小信号阻抗模型,并采用奈奎斯特稳定判据分析了传输功率、下垂系数、线路长度、换流站直流电容对系统的稳定性的影响。根据稳定性分析,设计相应的仿真实验,验证了该分析方法的准确性。

关键词： vsc-mtdc 直流电压稳定性下垂控制直流侧阻抗建模奈奎斯特稳定判据

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基于附加有功信号的vsc-mtdc系统平衡控制策略

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电力自动化设备 2016年第2期36卷 32-39页

作者：闫文宁李可军王卓迪霍雪松吴海伟张明孟新涵山东大学电气工程学院山东济南250061 国网江苏省电力公司江苏南京210024 国网南京供电公司江苏南京210019

对基于电压源型换流器的多端直流输电(vsc-mtdc)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对vsc-mtdc系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,... 详细信息

对基于电压源型换流器的多端直流输电(vsc-mtdc)系统的协调控制策略进行了分析研究,提出了基于附加有功功率信号的平衡控制策略,具有不需要站间通信和模式切换的优点。对vsc-mtdc系统各换流站传输功率与其直流电压之间的关系进行分析,由并联型接线方式的vsc-mtdc系统结构推导了各换流站直流电压正常及极限工作范围,结合定有功功率换流站的改进有功功率-直流电压特性曲线,计及换流站可调容量裕度,给出了有功功率附加信号的计算方法,并分析了在正常运行及直流电压控制站故障时采用附加有功信号的定功率换流站维持有功功率平衡及直流电压稳定的工作原理。在电磁暂态仿真软件PSCAD/Emtdc中进行仿真验证,结果表明在直流电压控制站扰动情况下,所提出的控制方法可以维持系统有功功率平衡及直流电压的稳定。

关键词： vsc-mtdc 附加有功功率信号改进有功功率-直流电压特性曲线直流电压稳定直流输电

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风电场经vsc-mtdc并网的交直流系统最优潮流计算

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黑龙江电力 2022年第4期44卷 301-306页

作者：黄荣泽百色新铝电力有限公司调度中心广西百色533000

多端柔性直流输电是在两端柔性直流输电基础上发展而来,用于解决大规模风电并网难题。该文阐述了一种风电场经vsc-mtdc并网的最优潮流计算模型,利用场景分析法模拟风电场出力的波动性,以火电机组总的发电成本最小为目标,采用预测-校正... 详细信息

多端柔性直流输电是在两端柔性直流输电基础上发展而来,用于解决大规模风电并网难题。该文阐述了一种风电场经vsc-mtdc并网的最优潮流计算模型,利用场景分析法模拟风电场出力的波动性,以火电机组总的发电成本最小为目标,采用预测-校正内点法求解。算例结果表明,该模型具有良好的收敛性,引入场景分析法后虽然火电机组总的发电成本增加,但火电机组的快速调节能力能有效应对风电出力波动性,从而保证电网的安全运行。

关键词：风电场 vsc-mtdc 交直流系统最优潮流内点法

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基于高阶系统模型的vsc-mtdc下垂控制策略研究

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电力系统保护与控制 2017年第22期45卷 125-131页

作者：洪莎莎武迪吕宏水朱金大俞拙非国网江苏省电力公司经济技术研究院江苏南京210000 南京南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏南京210006

多端柔性直流输电(vsc-mtdc)基于柔性直流技术及多站协调控制策略。首先,设计了适于vsc-mtdc的P-U_(dc)/U_(ac)-Q下垂策略及控制系统架构。其次,提出基于LCL高阶一次系统模型的电流内环、直流电压外环及下垂环控制器架构,并形成了优化... 详细信息

多端柔性直流输电(vsc-mtdc)基于柔性直流技术及多站协调控制策略。首先,设计了适于vsc-mtdc的P-U_(dc)/U_(ac)-Q下垂策略及控制系统架构。其次,提出基于LCL高阶一次系统模型的电流内环、直流电压外环及下垂环控制器架构,并形成了优化控制参数的设计方法。最后,在PSCAD/Emtdc中搭建了10 kV 4端vsc-mtdc的仿真模型并进行控制参数优化,基于启动控制、稳态控制及临界阶跃响应3种暂态工况进行仿真分析。仿真结果表明,所提策略可实现各站直流母线电压的独立控制基础上的下垂式有功潮流控制,提升了vsc-mtdc系统的安全稳定性,且多种暂态工况下响应特性良好。

关键词： vsc-mtdc P-Udc下垂高阶系统模型优化控制参数暂态工况

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面向风电场并网的vsc-mtdc频率控制策略研究

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电测与仪表 2016年第14期53卷 1-5,15页

作者：陈博怡李兴源张奇伟四川大学电气信息学院成都610065 海南电力技术研究院海口570100

文中建立了基于vsc-mtdc的风电场并网三端系统,充分利用直流响应可控性强,速度快的优点,根据柔性直流输电对有功功率和无功功率独立、快速控制的特点,提出了用vsc-HVDC与发电机调速器协调控制的方法,通过对给定有功功率控制器附加频率... 详细信息

文中建立了基于vsc-mtdc的风电场并网三端系统,充分利用直流响应可控性强,速度快的优点,根据柔性直流输电对有功功率和无功功率独立、快速控制的特点,提出了用vsc-HVDC与发电机调速器协调控制的方法,通过对给定有功功率控制器附加频率控制来提高交流系统频率稳定性。理论分析和仿真结果表明该控制策略能提高多端柔性直流输电系统的频率调整能力,当系统受到扰动时,能有效的改善系统频率稳定性。

关键词： vsc-mtdc 风电场 vsc-HVDC 调速器附加频率控制

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