MMC-MTDC系统的主从控制策略研究

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近年来,人们越来越关注风能的开发利用,远离负荷中心的大规模集群式风电场不断出现。然而风电功率无法完全被本地消纳,需要对其进行集中的跨区域外送。基于模块化多电平换流器的多端直流输电(Multi-Terminal DirectCurrent based on Modular Multilevel Converter,MMC-MTDC)系统同时具备了MMC高电压、大容量的技术优势和MTDC系统灵活性、可靠性和经济性的运行特点,成为解决这一问题的最佳方案。因此,本文对MMC-MTDC系统的控制策略进行了研究,使其能更好地适应风电的随机性与间歇性。首先研究了MMC的基本工作原理。在忽略MMC各个子模块开关过程的基础上,建立了MMC的交直流解耦模型,将MMC等效为相互解耦的交流回路和直流回路两部分。在研究了MMC-HVDC控制系统基本构成的基础上,根据该模型,将换流站级控制系统分割为交流回路控制器、环流抑制控制器和阻尼控制器三部分,并设计了基于直接电流控制策略的负责调节MMC与交流系统之间功率交换的交流回路控制器。然后对MMC-MTDC系统的控制策略进行了研究。研究了多端柔性直流输电系统最为典型的主从控制、电压裕度控制和多点电压下降控制。通过对比分析,将它们归纳为单一主站型控制策略和多重主站型控制策略。考虑到直流电压控制和有功功功率控制的强耦合性,提出了复合主站型控制策略。该控制策略让控制直流电压的换流站专注于电压控制,调用其他换流站补偿系统的波动功率。这些换流站构成复合型的主站,共同承担传统主站的控制任务,提高了整个系统的直流电压质量。最后研究了含风电场的复合主站型MMC-MTDC系统。运用PSCAD/EMTDC搭建基于双馈异步发电机的风电机组模型,并应用等效参数法,对风电场进行了等值建模。在此基础上,搭建了采用复合主站型控制策略的含风电场的四端MMC-MTDC系统模型,在风速变化及各种故障状况下,对其运行特性进行了仿真研究。根据仿真结果,提出了相应的应对措施,以提高系统的稳定运行能力和经济性。
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