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“碳中和”目标给新能源的开发利用带来了巨大机遇,基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术能够为新能源基地提供并网电压,是未来技术发展与工程建设的重点对象。在新能源发电经MMC柔直送出的输电系统中,受端交流电网故障时出现的盈余功率会引起直流过压甚至输电系统停运。为了解决以上问题,本文在分析MMC工作原理及控制方法的基础上,提出了一种基于MMC正常子模块升压储能的盈余功率控制策略及一种用于吸纳盈余功率的冗余子模块投切策略。
在基于MMC正常子模块升压储能的盈余功率控制策略中,受端交流系统故障时启动储能策略,按设定储能功率计算正常子模块电容电压值,将其作为参考电压值作用于最近电平逼近调制(NLM)环节中,提高正常子模块电容电压的同时减少各相投入的正常子模块数,实现盈余功率的吸纳,稳定交直流电压。受端交流系统故障清除后启用释能策略,按设定释能功率改变正常子模块电容电压参考值,使子模块电容电压与各相投入的正常子模块数逐步恢复至额定值,在换流站功率裕度内平稳释放盈余能量。
用于吸纳盈余功率的冗余子模块投切策略将MMC中的冗余子模块配置为零电压热备用形式。根据桥臂电流方向控制冗余子模块的投切,使桥臂电流为冗余子模块充电储能或放电释能,为了避免冗余子模块投切带来的电压扰动,同时投切等效数量的正常子模块抵消电压变化。该策略能够充分利用冗余子模块的储能能力,降低第一种策略中正常子模块电容升压幅度。
经过Simulink仿真与RT-Lab实时仿真验证,本文所提两种策略能够充分发挥MMC本身子模块应对盈余功率的能力,在保证交流侧电压稳定的同时,完成盈余功率的吸纳与释放再利用,抑制直流侧过压,以实际工程参数为依据,应用所提策略可以减少25%~30%耗能电阻的使用。
在基于MMC正常子模块升压储能的盈余功率控制策略中,受端交流系统故障时启动储能策略,按设定储能功率计算正常子模块电容电压值,将其作为参考电压值作用于最近电平逼近调制(NLM)环节中,提高正常子模块电容电压的同时减少各相投入的正常子模块数,实现盈余功率的吸纳,稳定交直流电压。受端交流系统故障清除后启用释能策略,按设定释能功率改变正常子模块电容电压参考值,使子模块电容电压与各相投入的正常子模块数逐步恢复至额定值,在换流站功率裕度内平稳释放盈余能量。
用于吸纳盈余功率的冗余子模块投切策略将MMC中的冗余子模块配置为零电压热备用形式。根据桥臂电流方向控制冗余子模块的投切,使桥臂电流为冗余子模块充电储能或放电释能,为了避免冗余子模块投切带来的电压扰动,同时投切等效数量的正常子模块抵消电压变化。该策略能够充分利用冗余子模块的储能能力,降低第一种策略中正常子模块电容升压幅度。
经过Simulink仿真与RT-Lab实时仿真验证,本文所提两种策略能够充分发挥MMC本身子模块应对盈余功率的能力,在保证交流侧电压稳定的同时,完成盈余功率的吸纳与释放再利用,抑制直流侧过压,以实际工程参数为依据,应用所提策略可以减少25%~30%耗能电阻的使用。