【摘 要】
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随着传统能源的短缺和环境保护意识的提高,以风电为代表的可再生能源近年来得到大力的发展。柔性直流输电技术(high voltage direct currect transmission technology based on voltage source converter,VSC-HVDC)由于自身的独特优势,已成为大规模风电远距离外送的有效途径。考虑到柔直系统通常采用架空线进行直流输电,其故障
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随着传统能源的短缺和环境保护意识的提高,以风电为代表的可再生能源近年来得到大力的发展。柔性直流输电技术(high voltage direct currect transmission technology based on voltage source converter,VSC-HVDC)由于自身的独特优势,已成为大规模风电远距离外送的有效途径。考虑到柔直系统通常采用架空线进行直流输电,其故障发生率较高。当直流侧发生单极接地故障待直流断路器隔离故障后,易产生大量不平衡功率,严重危害系统安全运行。为消纳直流系统内不平衡功率最终实现直流故障穿越,本文提出了换流站间协调控制及换流站与耗能电阻间协调控制策略,并设计了耗能电阻控制判据及风电场减载控制策略,通过PSCAD仿真平台对所提控制策略的有效性进行了验证。首先,分析了风电接入柔性直流输电系统的各组成部分。建立了直驱永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)正常运行时的数学模型,对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)从系统级控制、站级控制及阀级控制的角度进行分析。在风速波动情况下风电场对柔直系统产生的影响进行了仿真,为后续研究风电接入模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(multi-terminal HVDC based on module multilevel converter,MMC-MTDC)换流站、耗能电阻的控制策略以及风电场的减载打下基础。然后,根据系统内不平衡功率与换流站功率裕度间的关系,分别采取换流站间协调控制及换流站与耗能电阻间协调控制策略,其中换流站间协调控制是通过P-f下垂控制让送端非故障极换流站自主消纳系统故障极不平衡功率;换流站与耗能电阻间协调控制是通过设计了耗能电阻投入、切除控制判据,并在故障初期与换流站功率转带相互配合。通过以上协调控制策略有效减少系统不必要的功率损耗,确保直流系统在故障穿越期间的安全运行。针对受端换流站通过采用P-Udc下垂控制可改善故障极故障穿越期间的直流电压动态调节能力,在故障穿越前后通过调整下垂系数可保证功率的正常传输。通过仿真对上述协调控制策略的有效性进行了验证。最后,引入风电场超速及变桨距角控制,并对换流站功率转带及耗能电阻控制判据进行改进。针对自消纳情况,两个换流站的故障极及非故障极分别或共同进行功率转带。针对协同消纳情况,利用换流站与相应耗能电阻进行配合,当判定系统发生永久性故障时,风电场将共同进行减载以减小其切机概率,有效提升故障穿越期间风电接入柔直系统的安全性。通过仿真验证了协调控制策略的可行性和有效性。
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