VSC-HVDC系统换流站参与电网调频的控制方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caozhi7963
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柔性直流输电技术是提升电力系统接入新能源能力的重要技术手段。相比传统交流接入方式,柔性直流输电系统可以有效隔离波动性新能源系统对传统交流电网运行稳定性造成的负面影响。但另一方面,柔性直流输电系统所采用的常规外环定功率矢量控制策略使送端和受端换流站对外表现为无惯性电源特性。无法实现送端交流电网与受端交流电网间频率的相互支援。与此同时,大量应用静止电力电子功率变换单元的新能源接入降低了电力系统的惯性常数,进一步恶化了系统的频率稳定性。本论文基于柔性直流输电系统,在传统控制策略基础上应用虚拟同步机与模拟惯量控制策略,提升了电力系统频率支撑能力,从而增强了电力系统接入波动性新能源系统的能力。论文首先以两端柔性直流输电系统为研究对象,建立换流站数学模型,详细地分析了矢量控制的原理,搭建了两端采用同步机模拟电网特性的柔性直流输电系统模型。针对直流输电系统采用定功率运行方式将两端系统隔离,使送端系统无法对受端系统提供频率支援的问题,论文提出了受端换流站实现虚拟同步机运行方式的具体控制策略。基于同步发电机的物理运行特性,设计了换流站实现虚拟同步机控制策略所涵盖的虚拟同步机本体模型、调速器模型和励磁控制器模型。论文通过推导虚拟同步机控制策略的小信号模型,获得了控制策略所涉及的转动惯量和阻尼系数的具体设计和计算方法。通过搭建基于MATLAB/SIMULINK平台的模型,论文验证了所提出的换流站虚拟同步机控制策略实现了提高惯性和阻尼的控制运行效果。在参与频率调整时,使换流站具有类似同步机的动态特性并且使送端系统具备对受端系统进行频率支撑的动态特性。进一步,针对电力系统缺乏运行惯性的问题,论文提出了柔性直流输电系统适用的模拟惯量控制策略。通过分析机械惯性时间常数与电容时间常数,论文研究了同步发电机转子机械储能与高压直流输电系统电容储能之间的类比关系。在考虑电容容量的基础上,提出了控制参数的选取方法。最后,论文提出了送端换流站模拟惯量和受端换流站虚拟同步机的联合控制策略,协同送端与受端共同支撑系统频率。仿真结果证明了柔性直流输电系统在联合控制策略作用下能够增加交流系统惯性,增强全系统频率支撑能力。通过开展本论文的工作,研究了柔性直流输电系统提升电力系统频率支撑动态性能的技术可行性和具体实现策略。拓展了柔性直流输电系统的运行方式与技术效用并进一步增强了电力系统通过柔性直流输电系统接入波动性新能源系统的能力。
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