具有频率实时镜像和自主电网同步能力的风场–柔直系统控制方法

大型海上风电采用柔性直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网是未来的发展趋势。VSC-HVDC采用基于锁相环(phase-locked loop,PLL)同步并网的电流矢量控制方式,体现为无惯量的电流源。对此,该文提出一种新型柔直换流站惯性同步控制方法,在受端换流站利用直流母线电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使得VSC-HVDC的直流母线电压与大电网频率具有实时联动特性,通过送端换流站的频率镜像控制可将电网频率实时镜像到风场侧,便于风场进行惯量响应。在该控制方式下,VSC-HVDC受端站体现为具有风场与直流系统惯量的同步机,大幅提高风电场对电网的适应性和支撑作用。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立大型海上风电场经柔直并网的仿真分析系统,对新型控制方法下风电场柔直并网系统的惯量响应和并弱网稳定性进行分析,验证所提控制方法的有效性。

海上全直流型风电场的电压源型控制

为解决风电场内网交流集电线路的无功充电电流及过电压问题,采用直流汇集和传输并网的全直流风场,将成为大型海上风场电力汇集与并网的一种可行方案。针对大规模全直流风场并网带来的惯量缺失问题,提出一种全直流风场的协调控制方法,包括岸上换流站的惯性同步控制、直流升压站的快速电压控制、直流风电机组的惯量响应及一次调频控制。在这种控制方式下,全直流风场对交流主网体现为一个具有惯量响应与一次调频能力的同步发电机,实现了全直流风场的电压源型控制。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建全直流风场仿真算例,验证了所提控制方法的有效性。

LCC-VSC直流互联变压器

多端直流输电和直流电网技术是解决新能源并网的有效技术手段之一,直流变压器是连接不同类型和不同电压等级直流输电系统、构建直流电网的关键设备。该文提出一种适用于连接基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)系统和基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电系统的直流互联变压器。当LCC-HVDC工作在常态潮流工况下,提出的直流互联变压器与已有的文献相比,交流环流小,效率高。当LCC-HVDC工作在反转潮流工况下,直流互联变压器能够跟踪改变LCC侧电压极性。详细分析直流互联变压器在不同工况下的工作原理、调制方式和控制策略,并搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型,验证理论分析的正确性。