面向大容量风电并网的VSC-MTDC功率协调控制

基于电压源换流站的多端直流输电(VSC-MTDC)已成为大容量风电远距离传输并网的首要选择。针对含大规模风电场的VSC-MTDC系统的功率协调控制策略进行了深入研究。首先,分析大规模风电并网时下垂系数对有功功率分配的影响,指出采用固定下垂系数存在优先级电网功率缺额的可能性和缺乏有功功率分配灵活性等问题。然后,针对此类问题,提出一种基于主从控制与自适应下垂控制相结合的功率协调控制策略,该策略根据风电功率情况制定3种控制模式,从而实现风电功率灵活分配。最后,在MATLAB/Simulink上构建了风电并网的四端柔性直流输电系统,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于本地信号的VSC-MTDC输电系统控制策略

针对基于电压源型换流器的多端直流(VSC-MTDC)输电系统现有控制策略存在的问题,设计了基于本地信号的参与功率平衡的各端协调控制策略。其中,主导站采用定电压控制,主辅助站采用基于本地电压信号的带电压下降特性的控制(LVBC)方式,次辅助站采用LVBC与定电流控制相结合的混合控制方式。主导站正常运行时,次辅助站为定电流控制;主导站因故障退出运行使次辅助站直流端电压满足控制转换的要求时,次辅助站自动转换到LVBC,参与承担平衡功率从而稳定直流系统电压的任务;当原有造成功率不平衡的因素去除后,次辅助站能自动恢复到定电流控制。在PSCAD/EMTDC平台上建立仿真系统,结果证明了该控制策略是正确、有效的。

适用于VSC-MTDC系统的电压功率分层分布式控制策略

直流控制技术是保障多端柔性直流电网安全稳定运行的关键技术。以多端柔性直流(multi-terminal voltage source converter direct current,VSC-MTDC)系统为研究对象,提出了基于分布式平均算法的分层分布式控制策略,解决了直流下垂控制中有功功率和直流电压之间的冲突控制问题。该策略通过调节控制参数,相当于赋予了电压控制和功率控制不同的权重,并根据权重的设置实现2个控制目标之间的有效平衡。该控制策略对通信带宽要求不高,分布式的结构使其具有更高的灵活性和更多的冗余。利用分布式平均算法的特性保证控制参数在任意初值下收敛(正常运行情况下),在通信不对称、非同步和有时延的情况下仍能保持较高的可靠性。该控制策略的通信拓扑与网络拓扑无关,可根据需求设计。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了基于该控制策略的VSC-MTDC系统模型,验证了控制策略的有效性。

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。

适用于VSC-MTDC的改进下垂控制

VSC-MTDC稳定运行的重要前提是直流电压的稳定,采用下垂控制的各换流器能够按照各自的功率曲线调整吸收的功率,共同参与直流电压的调节。首先分析了多端柔性直流输电系统下垂控制的运行特性,并提出一种改进的下垂控制方法,该控制方法通过监测本地直流电压来修正换流器的下垂系数,然后文章重点分析了改进控制方法的控制特性并提出换流器的协调控制策略。理论分析表明,系统发生小扰动时,采用本文改进控制的换流器能够减小直流电压偏差;在发生严重故障时,改进控制方法能够防止换流器过载运行。并且提出的控制方法可靠性高,能够简化控制器的参数设计,易于实际系统的实现。最后在PSCAD中搭建了四端VSC-MTDC进行了验证分析,仿真结果证明所提控制方法的有效性。

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。

利用电压倾斜控制的VSC-MTDC稳定性分析

建立了采用电压倾斜控制的多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)的小信号模型。文中首先设计了电压倾斜控制器,能够实现多端直流系统遭受扰动时,换流站间不需要通信可以自动恢复稳定运行。然后文中采用线性化动态方程描述了整个多端直流系统,包括换流器、控制系统(电压倾斜控制,内/外环控制及锁相环),直流线路及交流系统。通过将所建模型与电磁暂态模型进行时域下的详细比对,验证小信号模型的正确性。最后,基于小信号模型得到多端系统的根轨迹曲线,并通过判断主导极点在坐标系中的位置,分析电压倾斜控制参数对稳定性的影响。

基于VSC-MTDC的风电场并网控制策略研究

针对风电具有随机性与间歇性等特点,提出适用于风电场经多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)并网时的多点直流电压自适应斜率控制策略。该控制策略将稳定直流电压的任务分配给多个具备功率调节能力的换流站,换流站之间不需要通信,根据自身的功率裕度自适应调节所承担风电功率变化量的大小,合理地利用多端系统的调节容量,同时避免换流站在按照固定直流电压-有功功率斜率运行时容易引起过载运行的情况。最后利用PSCAD/EMTDC针对该控制策略进行仿真分析,结果表明这种控制方式比较适用于潮流频繁变化的风电场VSC-MTDC系统。

考虑直流断路器的VSC-MTDC系统鲁棒阻尼控制器设计

直流断路器是多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统清除直流故障的关键设备。目前大多数直流断路器系统需要串联直流电抗器以限制故障电流变化率,而大容量直流电抗器与线路串联会抑制直流系统的阻尼,降低多端直流系统的稳定性。文中建立了含直流断路器的VSC-MTDC系统的小信号数学模型,并使用模态分析方法分析了影响系统稳定性的主要因素;针对断路器系统导致的稳定性问题,设计了基于H_∞混合灵敏度理论的阻尼控制器以改善系统的弱阻尼特性。在MATLAB/Simulink中搭建了四端VSC-MTDC模型进行了仿真分析,时域仿真和特征值分析结果证明所提控制方法可以有效抑制直流系统振荡,提高系统稳定性,且相较于其他传统阻尼控制器,更适合系统存在较强扰动和不确定性的情景。

基于N-1准则的VSC-MTDC输电系统稳态调控方案

分析了电压源换流器型多端直流输电(VSC-MTDC)系统的安全稳定运行条件,给出了VSC-MTDC系统的控制系统分层结构和直流潮流计算方法。提出了一种基于N-1准则的多端直流输电系统稳态运行调控方案;基于连续潮流计算和换流站的电压、功率限制,设计了应对主导站和非主导站停运的调控策略,给出了直流输电系统指令值的计算步骤,并讨论了解的存在性问题。提出了换流站停运调控策略无解情况下有功功率指令值的优化方法,定义了优化后有功功率指令值的评价指标以用于寻找最优解。以典型的五端直流输电系统为例,利用MATLAB编程验证该调控方案的可行性与准确性。计算结果表明,该调控方案能够为VSC-MTDC系统提供可靠安全的指令值。

基于多代理技术的VSC-MTDC控制系统

基于电压源型换流器(VSC)的多端直流输电(VSC-MTDC)系统在分布式发电、可再生能源发电、中/低压输配电、电力市场等方面具有广阔的应用前景。文中分析了VSC-MTDC系统的特点及其控制方法的研究现状。为满足VSC-MTDC控制系统快速、有效的要求,利用多代理系统(MAS)的基本特性和功能,设计了一种基于MAS的VSC-MTDC控制系统,并提出了基于MAS的VSC-MTDC系统协调控制策略,详细分析了底层Agent控制的实现方式。对一个典型的四端VSC-MTDC系统进行了仿真。仿真结果表明MAS能够有效地对各VSC进行协调控制,保证VSC-MTDC系统运行高效、稳定。

基于改进VSG的MMC-MTDC受端换流器二次调频控制策略

在基于模块化多电平流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current system,MMC-MTDC)系统中,PI双环解耦的直接电流控制(double-loop direct current,DLDC)无法为系统提供惯性,而常规虚拟同步发电机(conventional virtual synchronous generator,CVSG)控制虽然能为系统提供惯性支撑,实现对交流系统的一次调频,但仍属于频率有差调节,未能充分发挥换流器的灵活调节的优点。针对上述问题,结合MMC-MTDC系统功率-电压的改进下垂控制方法,提出了一种改进虚拟同步发电机(improved virtual synchronous generator,IVSG)的受端换流器控制策略。该策略在保留CVSG控制中的惯性参数和阻尼参数的基础上,引入频率偏差的积分控制,使换流器参与交流系统二次调频工作,通过与其他受端换流器的协调配合,实现对交流系统频率的无差控制。基于Opal-RT仿真平台,搭建包含集群风场在内的5端31电平MMC-MTDC输电系统模型,设计MMC-MTDC系统不同的运行工况,对所提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,在直流系统功率发生波动时,所提控制策略具有合理分配受端功率、增加换流器惯性和参与交流系统二次调频的能力。

双序控制器应用于VSC-MTDC换流站的特性分析

在多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统中,交流系统发生不平衡故障的情况下,对常规控制器与双序控制器的性能进行了分析。基于仿真软件PSCAD/EMTDC建立了三端柔性直流输电模型。在有功功率控制端交流系统侧出现不平衡故障的情况下,分别采用两种控制器进行仿真。仿真结果表明,当双序电流控制器应用于VSC-MTDC时,采用抑制直流电压脉动控制策略时可以减小故障期间直流电压的二倍频振荡;采用抑制交流侧负序电流控制策略时可以抑制故障端交流系统的负序电流。

含VSC-MTDC的交直流系统潮流算法

多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal direct current system,VSC-MTDC)是在两端直流输电基础上发展而来的直流输电系统,可靠性高、适用于海上风电并网等场景,相应的控制策略更加多样,其潮流模型也更加复杂。该文分析VSC换流站和MTDC的稳态模型,研究可适用于VSC-MTDC的不同拓扑和连接方式的潮流模型;研究多端直流各种控制策略潮流计算模型的不同点并推导出其方程。在此基础上,提出一种兼具统一迭代法和交替迭代法优点的含VSC-MTDC交直流系统潮流算法,给出初值和边界条件求解方法,对于不同直流拓扑和交流系统都能够进行求解。最后通过2个实际算例验证该文潮流模型的有效性和收敛性,对于不同控制方式、不同运行场景和直流拓扑都能够迅速、稳定收敛。

无源负荷侧无功功率快速供给的VSC-MTDC系统故障穿越协调控制

考虑到无源负荷对电压变化敏感,同时交流故障期间直流电压会出现大幅波动,研究了向无源负荷供电的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统交流故障穿越策略,提出了一种故障穿越协调控制方法:受端站在满足无功优先的原则下,依据交流电压跌落情况直接计算电流指令,仅采用电流内环控制以实现对无源负荷侧无功功率的快速供给,为负荷侧交流电压的恢复提供无功支持;为与受端站协调,连接电网的送端站也切换至快速电流控制,故障电流指令值由直流电压变化大小和方向直接计算得到,并满足多端VSC-MTDC系统的I-V下垂特性,以优先保证VSC-MTDC系统的有功需求,快速实现系统功率平衡,减小故障期间直流电压的波动幅度。在MATLAB/Simulink中搭建了向无源负荷供电的三端VSC-MTDC系统模型,仿真结果表明所提协调控制策略能够提高无源负荷的故障穿越能力,实现VSC-MTDC系统的稳定运行。

MMC-MTDC输电系统新型直流电压斜率控制策略

针对模块化多电平变流器多端直流(MMC-MTDC)输电系统,考虑到实际工程中系统对直流电压、有功功率调节的准确性和快速性的要求,本文提出了一种新型的直流电压协调控制策略。基于直流电压斜率控制策略,本文将平移直流电压-有功功率(U-P)下垂曲线和改变U-P下垂曲线斜率相结合,提高了直流网络在功率发生不同程度变化时的动态响应速度,消除静态偏差,保证了MMC-MTDC直流电压稳定以及站间功率平衡。最后,在RT-lab实时仿真器中搭建了一个并联型四端直流输电系统,并对所提出的控制策略进行了稳态及暂态仿真分析,验证了其有效性。

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。

考虑输电损耗和新能源波动的VSC-MTDC下垂控制策略

输电线路上功率传输引起的电压降使各个换流站的直流电压存在差异,具有随机性的新能源接入也会带来系统直流电压波动。这两方面的原因会使换流站输出功率发生偏移,从而影响多端直流输电(MTDC)系统的潮流控制。对此提出一种考虑输电损耗和新能源波动的MTDC下垂控制策略,该控制策略根据潮流分析的结果为换流站指定运行参考点,对主换流站和从换流站分别增加电压闭环和功率闭环,形成带电压死区和带功率死区的下垂控制,以补偿新能源接入带来的影响,同时根据换流站容量和系统电压范围指定下垂系数。通过仿真表明,该策略在正常运行状态下能够削弱新能源波动对从换流站输出功率的影响;在大扰动状态下能够为换流站合理分配波动功率,具有良好的调压性能。

考虑直流侧响应的VSC-MTDC系统协调控制

针对功率参考指令经常发生变化的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的控制问题,提出了一种考虑直流侧响应的VSC-MTDC系统协调控制方法。建立了计及有功平衡的标幺值状态空间模型,其可进行系统的稳定性分析,并能反映直流侧的响应过程;基于该模型,提出了下垂系数和公共电压参考值的修正方法,可同时实现直流网络不平衡功率的合理分配和电压调整,且能够保证系统的稳定性;在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行仿真,结果表明了所提方法的有效性。

基于VSC-MTDC的大规模海上风电并网系统协调下垂控制方法

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。