《高电压技术》论文精选 | 大功率电力电子与智能输配电

摘要：风电和储能联合系统调频特性受运行状态影响，调频能力难以准确评估，且长时间尺度调频功能影响发电效率，因此该文提出一种风储系统联合频率优化支撑控制策略，该策略基于当前储能系统荷电状态(state of charge，SOC)重构调频能力，进而评估风电等价有功备用需求，并设计风电备用功率水平及其运行策略。该策略一方面引入具有自然惯量响应能力的构网型风机，联合设计储能自适应惯量控制来实现风储联合系统快速虚拟惯量支撑；另一方面基于频率扰动类型和当前装备状态特征信息构建风储系统运行方案，制定一次调频协调控制策略。仿真结果验证了所提策略的准确性与有效性，在不同风电出力、储能状态下实现负荷突增或下降时均能提供有效的有功频率支撑，提高了并网系统的频率稳定性。

摘要：针对多重不确定性因素下配电系统、交通系统和电动汽车动态交互的电力−交通融合网序贯协同优化问题，提出一种基于图神经网络多智能体强化学习的电力−交通融合网协同优化方法。首先，基于图理论方法将电动汽车间的相互影响关系转换为一种动态网络图模型，采用一种基于注意力机制的图神经网络多智能体强化学习算法求解电动汽车充电引导策略，探讨电动汽车多智能体间的相互影响作用。然后，在含可再生能源出力的主动配电网中采用二阶锥优化及对偶优化理论对配电网最优潮流进行求解，得到配电网节点边际电价，研究电力和交通系统的动态交互特性。最后，在某区域108节点交通网络和IEEE 33节点电力系统上验证所提方法有效性。

摘要：在实际工程中，电力电子变压器已经逐渐成为新能源电网等诸多领域不可或缺的重要组成部分，针对其中的关键设备(高频变压器)的研究也变得越来越重要。首先，详细分析了高频变压器损耗特性的产生原因和计算方法，归纳了减小损耗的措施；其次，对高频变压器中寄生参数进行了分析，梳理和概括了漏电感和寄生电容的产生原因，并分析了削弱漏电感的手段；再次，总结了高频变压器的优化设计方法；最后，研究和分析了非正弦激励下非晶高频变压器的振动噪声特性，为研究者和生产者对高效率、低噪声高频变压器的研究提供借鉴和参考。

摘要：为了实施“双碳”目标，我国将大力构建以新能源为主体的新型电力系统。由于我国新能源的消费和供给呈逆向分布，特高压直流输电技术在未来的电力系统中依然是最经济的能源跨区消纳方式。为解决了传统换流器技术依赖交流系统电压强弱、独立性和适应性差，以及谐振风险高的问题，提出了特高压直流多源自适应换相换流器(self-adaption statcom and line commutation converter, SLCC)换流技术，从拓扑结构、工作原理、模型搭建、暂稳态特性、技术经济性分析等多方面，开展了可行性研究，研究结论表明，该技术能够在一定程度上改善传统直流输电技术的固有缺陷，对未来新型电力系统发展下的直流输电系统的安全稳定运行提供了必要的支撑和保障。

摘要：该文研究新型电力系统背景下电网强度的定义及其计算方法，重点探讨非同步机电源对电压支撑强度和频率支撑强度的作用。通过将非同步机电源分成4种类型，分别导出其在正常态和故障态下的等效电路；基于电网的戴维南等效阻抗和入网设备的等效阻抗给出了电压支撑强度的定义和计算方法，并讨论了单馈入短路比与多馈入短路比在新型电力系统背景下的新涵义。基于最大预想有功扰动下电网任意节点的初始频率变化率和稳态频率偏差，分别定义了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子，用于描述非同步机电源对电网频率支撑强度的贡献，并给出了等效惯量提升因子和稳态频率偏差下降因子的计算方法。

摘要：为了应对新能源发电渗透率提高导致传统电网惯性减弱的问题，构网型(grid-forming, GFM)控制被提出。首先建立典型构网型控制的有功功率环数学模型，分析构网型控制为系统提供电压支撑的机理。进一步，研究电网电压跌落时构网型逆变器的输出特性和外部干扰下的失稳机制。针对电网电压跌落下的过电流问题，分析传统虚拟阻抗方案存在的不足，结合故障下的功角曲线，提出了一种基于虚拟阻抗与功率限制的动态限流控制策略。所采用的控制方案可以根据电压跌落程度的不同，对功率外环的参考值进行动态限制，使功率参考与系统的功角曲线始终存在交点，从而有效避免传统限流方法外环饱和问题。所提出的控制策略不仅能够限制不同电压跌落深度下的电流幅值，还可有效改善严重电压跌落时的系统动态响应。通过仿真与实验对所提控制策略的有效性进行了验证，考察了该方案限制过电流的能力和故障瞬间的动态响应性能。

摘要：柔性直流输电是基于电压源换流器原理的新型直流输电技术，具有无换相失败、有功无功解耦、运行稳定等优点，改善交直流相互影响问题和提高电网稳定性的作用显著。该文对柔性直流的技术特点和发展现状进行了介绍，系统性地阐述了柔性直流输电技术提升大电网稳定性方面的作用，介绍了我国柔性直流技术在大电网应用的工程实践经验，并展望了新型电力系统下柔性直流技术在电网惯性支撑、大规模新能源传输的新技术，为柔性直流技术在新型电力系统的发展与应用提供参考。

摘要：大容量远海风电集中送出能够有效降低开发成本，柔性直流输电作为远海风电的主要送出方式具有广阔应用前景。全面论述了大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望，首先介绍了远海风电交、直流典型送出方案，对比了交、直流送出方案的经济性；接着介绍了±500 kV/2 000 MW海上风电直流送出关键技术，从整体技术方案、可靠性、接地方式等方面对比了对称单级接线系统和双极接线系统的特点，分析了海上风电场66 kV无升压站汇集带来的新问题；指出了大容量远海风电送出技术在直流海底电缆、新型送出方式、智能化运维、控制保护、海上换流平台轻型化等方面的发展方向与挑战。

摘要：全球范围内的能源变革加快了新能源电力系统的发展，大量以电力电子为并网接口的新能源装备逐步成为电力系统的主体。与传统同步发电机组不同，新能源装备的动态行为主要由控制策略决定，大规模新能源接入将全面深刻改变电力系统的动态特性。该文关注新能源装备接入所引发的电力系统暂态同步稳定问题，从装备和系统两个层面展开综述。在装备层面，从静态失稳和动态失稳两方面分析了新能源装备的暂态同步稳定性，总结了跟网型和构网型同步控制这两类策略的分析方法、失稳机理和致稳方法；在系统层面，讨论了不同发电组成的新能源电力系统中的多机动态交互现象和由此引发的同步失稳机理；最后，总结了现有研究的主要结论，针对在稳定性分类、分析方法、控制方法和系统层面的稳定性研究存在的不足，展望了新能源电力系统暂态同步稳定研究未来可能的发展方向。

摘要：随着高比例新能源的接入，新型电力系统惯量持续下降，动态特性发生变化，电网的安全稳定运行风险日益突出。风险评估能够量化电力系统风险，是电力系统安全分析的必要环节和可靠保障。因此，为了深入探究风险评估在新型电力系统背景下的研究方法，总结归纳了近年国内外有关风险评估的研究成果，重点分析了新型电力系统背景下风险评估的理论研究成果。首先，由于元件级风险建模是电力系统风险评估的基础，依据“源网荷储”模式，从能源侧、电网侧、负荷侧、储能侧4侧风险建模分别展开讨论。其次，以元件级风险建模为基础，从系统级风险分析、风险评估指标体系、风险调控方法3个方面围绕着风险评估核心算法和计算效率、多层次概率指标体系等进行综述。最后，归纳提出了新型电力系统风险评估存在的关键性问题及其未来可能的研究方向。

摘要：当柔性直流电网包含多个电压等级时，直流电压变换器的引入会使电网的稳定性分析变得复杂。为此，提出了一种基于阻抗的稳定性分析方法。首先，建立了包含不同控制模式模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的多电压等级柔性直流电网统一阻抗模型。在此模型基础之上，分析了系统中不同变量之间的传递函数。由于所有传递函数中均包含等效环路增益环节，所以在保证换流器单独运行稳定的前提下，直流电网的稳定性就取决于环路增益是否满足稳定性判据。最后基于Matlab/Simulink搭建了多电压等级柔性直流电网的时域仿真系统，仿真结果验证了提出的小信号建模和稳定性分析方法的正确性，为未来直流电网的部署和分析提供了理论基础。

摘要：在评估高比例新能源电力系统的大停电风险时，现有连锁故障模型对新能源动态特性的刻画仍有待改进。为此，提出一种计及集中式(场站型)和分布式新能源的连锁故障动态模型，通过求解含新能源电力系统的动态方程，模拟输电线路、常规机组、集中式新能源和分布式新能源等元件的保护逻辑，更全面地分析源−网−荷之间的故障交互动态。其中，为刻画新能源在连锁故障中对系统安稳运行的影响，采用美国西部电力协调委员会的新能源通用模型建立集中式新能源的动态方程，并采用节点净负荷水平模拟分布式新能源与主网的交互；为刻画新能源的耐扰动能力，对集中式新能源的电压保护、频率保护和分布式新能源的反孤岛保护，建立动作模拟逻辑。采用IEEE 39节点系统的仿真结果表明：所提模型可以有效地描述不同新能源渗透率下连锁故障中的源−网−荷的耦合作用。该模型可以同时刻画集中式和分布式新能源对电网安全风险的影响，在新型电力系统建设中具有良好应用场景。

摘要：高比例新能源通过大量电力电子变换器并网给电力系统的动态特性带来影响，一些振荡问题逐渐凸显。是目前电力电子化电力系统领域广受关注的重要问题之一。为了深入研究高比例新能源电力系统的振荡问题，对新能源电力系统振荡机理分类和振荡分析方法展开介绍。首先借助LC振荡电路从解析角度对负阻尼振荡、强迫振荡（外共振）和自谐振（内共振）等振荡机理和特点做出总结，结果表明正负阻尼都可能引起系统失稳，不同振荡机理引起的振荡波形相似但起因却并不一定相同，另外多机并网系统存在密集振荡模式，并在某种参数微小交互作用下引起系统快速失稳；在此基础上，进一步对各类振荡稳定性分析方法展开介绍，其中特征值法和阻抗/转矩法相对适用于分析负阻尼振荡，开环模式谐振法主要针对内共振现象，此外还特别介绍了电力系统领域中用于分析密集振荡以及谐振问题的复模态摄动法和模态分析法在电力电子并网系统中的应用；最后，伴随新能源输入波动性和随机性问题对电力系统影响逐渐加重，振荡稳定性问题日益复杂且无规则，从振荡机理和振荡分析理论及方法等方面对未来高比例新能源电力系统提出了展望。

摘要：基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)控制的新能源并网逆变器能够为电网提供惯性、阻尼以及调频调压支撑，在电网电压跌落时却面临过流的风险。尽管有文献提出采用虚拟阻抗抑制过流，但是它们只考虑抑制过流的单一目标。而根据国标要求，电网电压跌落时逆变器还需要输出一定无功电流，但已有文献中未见有同时综合考虑这两方面目标的虚拟阻抗设计方法。该文基于定量设计的虚拟阻抗提出了一套VSG实现低电压穿越(low voltage ride through，LVRT)的策略。该策略首先在电网电压跌落时冻结功率环，然后加入根据该文方法设计的虚拟阻抗，确保电压跌落期间的安全稳定运行。在电网电压恢复正常以后，恢复功率环控制并改变有功功率指令值，同时加入虚拟恢复电阻避免过流。随后虚拟恢复电阻逐渐衰减为0，系统恢复到正常模式。最后通过硬件在环实验证明了该文分析的虚拟阻抗设计值的正确性以及所提出的LVRT策略的可行性。