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随着远离主网的新能源不断开发和电力系统装机规模的不断发展扩大,电力供需的主要问题已经由单纯的满足电力需要转变为如何合理充分利用电能;孤立小容量电网的产生,是不可避免的;如何高效的利用孤立小电网,成为规划电网全局的重要问题。柔性直流技术的出现为孤立小电网接入大电网提供了新的技术手段和解决方法,研究柔性直流输电在孤立小容量电网中的应用具有重要意义。本文以联接孤立小电网的柔性直流输电系统为研究对象,主要做了以下工作:
分析了传统输电方式和柔性直流输电用于联接孤立小电网各自的优缺点,从控制角度研究了柔性直流输电在孤立小电网中的应用,建立了两电平电压源换流器的数学模型,设计了基于输入输出反馈线性化的电压源换流器的控制策略。
分析了孤立小电网发生不对称故障对柔性直流输电的影响,采用改进的瞬时对称分量法对电网电压进行分解,提出了在孤网侧基于负序电压补偿原理的不平衡控制策略。当电.网发生不对称故障时,控制系统由正序和负序两个通道组成,输入输出反馈线性化控制正序通道完成能量的传输,负序通道产生的负序电压和电网负序电压相等,换流器侧三相电流不含负序分量,保持三相对称。
分析了孤网侧大功率负荷的接入对小容量电网的频率和电压造成的影响,提出柔性直流输电与传统调频调压手段协调配合以提高电网频率和电压稳定性,根据孤立小电网的频率和电压变化量,快速控制柔性直流输电系统有功功率传递值和无功功率输出值,设计了相应的控制器。
分析了柔性直流输电的启动和交直流系统故障时的自保护,设计了相应的启动控制器和软关断控制器,前者采用串接限流电阻和控制器限幅的综合控制策略,后者的控制策略由VSC的停运和热备用组成,用于停止功率传递并维持直流侧电压。
应用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了柔性直流输电仿真系统,并对以上的控制策略进行了仿真研究,仿真结果表明:基于输入输出反馈线性化的电压源换流器的控制策略具有良好的非线性控制能力;基于负序电压补偿原理的不平衡控制策略,避免了孤网侧故障时换流器电流的畸变,同时抑制系统有功功率和直流侧电压的二倍频波动,防止器件过载和电压越限;当孤立小电网受到大功率负荷扰动时,设计的调频调压控制器迅速传递适当的有功功率或补偿交流侧的无功功率,加快扰动后系统的恢复速度;启动控制器实现柔性直流输电的平稳启动,软关断控制器在输电系统自保护时传输功率逐渐为零且维持直流侧电压,为系统的下一次启动做准备。