基于虚拟同步机的多端柔直输电系统受端换流器控制研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cai_yankun
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多端柔性直流输电系统(Voltage Source Converter based Multi-terminal Direct Current Transmission,VSC-MTDC)具有多电源供电、多落点受电以及高可靠性等优势,是构建灵活电网和促进新能源消纳的有效途径。然而,常规矢量控制下的柔直换流站对外表现为零惯量、低阻尼特性,无法为交流电网提供必要的频率支撑。与此同时,随着大规模以电力电子装置为并网接口的分布式能源的接入,交流电网中的等效惯量和阻尼逐渐降低,进一步恶化了系统的频率响应特性,极易引发大幅的频率波动甚至崩溃。虚拟同步机控制模拟了同步发电机的惯性和调频特性,成为解决这一问题的有效方法。因此,本文将在多端柔直输电系统的控制中引入虚拟同步机技术,对基于虚拟同步机的多端柔直受端换流器控制进行研究。首先,本文阐述了柔性直流输电系统的运行原理,对基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的MTDC系统进行研究,建立了MMC换流器的数学模型,完成MMC控制系统中内、外环控制器以及调制策略的设计,并基于MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了四端的MMC-MTDC并网模型。针对常规矢量控制下的MMC-MTDC受端换流器无法为受端交流系统提供频率支撑的问题,在受端换流器中引入了虚拟同步机控制技术,完成了虚拟同步机控制系统中的本体模型、虚拟调速器和励磁调节器的设计。分别采用常规矢量控制和虚拟同步机控制进行了对比仿真,验证了虚拟同步机控制的优越性。其次,为了优化虚拟同步机控制下系统的暂态振荡过程,利用虚拟同步机参数的灵活可控性,提出一种基于虚拟同步机参数自适应的多端柔直受端换流器控制策略。建立了虚拟转动惯量的自适应模型,在满足系统动稳态性能的约束条件下确定了虚拟惯量和阻尼参数的可选范围,在其范围内实时调节虚拟同步机转动惯量和阻尼的大小。仿真结果证明,所提出的虚拟同步机自适应控制能够有效改善系统的暂态响应性能。最后,提出一种适用于多端柔直受端换流器的具有电压协调控制能力的虚拟同步机协调控制方法。虚拟同步机协调控制系统主要由虚拟同步机自适应控制算法、高压控制器和低压控制器三部分组成。直流侧系统一旦出现异常,协调控制下的受端换流器检测到电压偏差能够迅速调整换流器的有功电流分量,进而改变受端换流站的有功输出,维持直流侧电压的稳定。并在系统直流侧电压稳定运行、主站故障停运和主站功率过载的工况下进行了仿真分析,验证了该方法的可行性。
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