多端柔性直流输电系统功率协调控制策略研究

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多端柔性直流输电系统(Voltage Source Converter Based Multi-terminal DC Transmission System,VSC-MTDC)因其具有控制灵活、无换相失败、可以向无源网络或弱交流电网供电等特点,在大规模新能源并网和异步电网互联中具有明显优势。随着MTDC应用的更加广泛,换流站的数量增加,系统的拓扑结构将更加复杂,功率协调控制也愈加复杂,是当前的研究热点。本文以基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)作为主要研究对象,对系统功率协调控制方法展开详细研究,具体研究内容包含以下几个方面:首先介绍MMC的拓扑结构、工作原理和MMC的控制方式,总结出基本的数学模型。然后对MMC-MTDC的整体控制策略进行分析,确定了MMC-MTDC的基本运行方式。在PLECS软件中搭建了四端MMC-MTDC系统仿真模型,为后续所提的控制策略提供仿真分析和验证的平台。由于传统下垂控制中下垂系数固定,在系统功率波动较大时容易导致换流站过载,并且直流输电线路上的电阻还会影响下垂控制换流站有功功率的准确分配。针对这一问题,本文提出一种考虑线路电阻影响的自适应下垂控制策略,首先分析了在下垂控制下MTDC系统的等效电路,推导出考虑线路电阻影响的下垂系数整定方法。然后在整定方法中用换流站的功率裕度比取代固定的功率分配比例系数,实现下垂系数的自适应调节。在系统受扰动后,通过该控制策略不但能够合理分配换流站功率,避免个别换流站过载,同时可避免线路电阻对换流站之间功率分配准确性的影响。最后通过仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。由于大量可再生能源接入电网,系统的惯性水平降低,受到扰动后交流电网频率容易产生较大偏移。尤其是对弱电网而言,这一问题将严重影响其稳定运行。针对这一问题,本文利用MTDC系统功率快速调节和异步电网互联的能力,提出一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析参与电网调频的传统下垂控制功率分配关系,然后在电压下垂系数中引入电网频率裕度和换流站功率裕度。在系统受到扰动后,即使MTDC系统连接弱电网,所提改进下垂控制能够根据电网频率裕度和换流站功率裕度所占比重的大小,合理消纳不平衡功率。所提方法能够明显减少弱电网的频率偏移,提高整个交流侧电网的频率稳定性,同时充分利用了换流站的自身容量,改善了直流侧换流站的功率输送能力。
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