VSC-HVDC輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制與穩(wěn)態(tài)分析方法研究.pdf

1、電壓源換流器型高壓直流(VSC-HVDC)輸電技術(shù)是一種基于電壓源型換流器、全控型開關(guān)器件和脈沖寬度調(diào)制的新型直流輸電技術(shù)。VSC-HVDC輸電技術(shù)具有多種傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)無法媲美的優(yōu)點，如能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無功功率的快速獨立控制，具有一定的動態(tài)無功補償能力，改善電能質(zhì)量，向無源網(wǎng)絡(luò)供電，容易實現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)和多端直流等等。因此，VSC-HVDC輸電技術(shù)非常適用于可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、城市電網(wǎng)和孤島電網(wǎng)供電、交流系統(tǒng)的非同步互聯(lián)以及電力市場交易等

2、領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價值，受到了廣大學(xué)者和工程師們的密切關(guān)注;世界范圍內(nèi)的工程實踐正如火如荼地展開?？刂撇呗允荲SC-HVDC輸電系統(tǒng)持續(xù)安全運行的關(guān)鍵。一方面，為了保證各種工況下直流系統(tǒng)的電壓控制與功率平衡，必須對換流站的協(xié)調(diào)控制進行深入的研究，設(shè)計有效而可靠的本地直流電壓控制器。另一方面，僅采用本地直流電壓控制器難以保證VSC-HVDC系統(tǒng)在各種運行工況下的安全性和經(jīng)濟性，需要探索和設(shè)計基于遠(yuǎn)程通信的上層調(diào)度控制方法。

3、r>　　正是在這樣的背景下，本文圍繞兩端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)的故障控制、電壓源換流器型多端直流(VSC-MTDC)輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與穩(wěn)態(tài)分析方法等相關(guān)的若干問題展開研究工作。本文的主要內(nèi)容包括:
　　(1)基于滯環(huán)控制的VSC-HVDC輸電系統(tǒng)模式切換控制策略。
　　分析了VSC-HVDC系統(tǒng)在主導(dǎo)換流站交流側(cè)電網(wǎng)故障下的模式切換控制策略，提出了基于滯環(huán)和本地直流電壓檢測的模式切換控制，并給出了該控制的實現(xiàn)方法。推導(dǎo)了正

4、常運行時直流功率與兩側(cè)換流器直流電壓的關(guān)系式，給出了定有功功率控制換流器的直流電壓正常工作范圍的計算方法，提出了模式切換控制策略中直流電壓閾值和故障穿越期間直流電壓參考值的確定方法。最后，PSCAD/EMTDC仿真驗證了在不同故障類型和不同運行方式下VSC-HVDC系統(tǒng)模式切換控制策略的有效性;仿真結(jié)果表明，該直流電壓閾值與參考值的確定方法能夠為模式切換控制策略的指令值整定與配合提供可靠的參考。
　　(2)基于附加信號的VSC-H

5、VDC輸電系統(tǒng)改進有功功率控制策略。
　　給出了改進有功功率控制器的功率特性曲線，提出了外環(huán)有功功率控制器的設(shè)計方法，推導(dǎo)了有功功率修正值的計算公式，并分析了該控制器在正常運行和故障兩種情況下的工作原理。PSCAD/EMTDC仿真研究表明，在電網(wǎng)電壓跌落或主導(dǎo)換流站停運等暫態(tài)擾動情況下，本文提出的控制策略能夠維持直流電壓在安全運行范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)的安全可靠運行。
　　(3)四端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略。

6、　　針對典型的應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)的四端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)，分析了直流網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，推導(dǎo)了直流網(wǎng)絡(luò)的潮流計算模型，提出了基于直流電壓-有功功率下降調(diào)節(jié)特性的輔助換流站有功控制方法，推導(dǎo)了平均控制和優(yōu)先控制兩種模式下系統(tǒng)參數(shù)的整定與計算方法。給出了主導(dǎo)換流站或輔助換流站因故障停運時采用泄放回路實現(xiàn)故障穿越的方法。PSCAD/EMTDC仿真驗證了在不同工況下協(xié)調(diào)控制策略的有效性，MATLAB編程驗證了直流潮流計算模型的準(zhǔn)確性。
　　

7、(4)五端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略。
　　針對典型的應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)的五端直流輸電系統(tǒng)，提出了基于本地控制器的換流站間協(xié)調(diào)控制策略，基于直流電壓-有功功率調(diào)節(jié)特性給出了輔助換流站的改進下降控制策略以及APC換流站的改進控制策略，分析了兩種換流站的控制模式。根據(jù)直流網(wǎng)絡(luò)的潮流分布和最大最小運行方式給出了輔助換流站和APC換流站參數(shù)選擇的依據(jù)。PSCAD/EMTDC仿真驗證了正常、主導(dǎo)站故障和輔助站故障工況下協(xié)調(diào)控制策略的

8、有效性。
　　(5)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的直流側(cè)運行特性分析與穩(wěn)態(tài)工作點計算方法。
　　由于換流站數(shù)目、控制模式以及指令值的不同，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)在實際運行中具有多種運行方式，并且隨著電網(wǎng)運行條件的變化，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的運行方式也隨之改變。因此，直流運行中心需要根據(jù)換流站運行特性、電網(wǎng)條件和系統(tǒng)參數(shù)等快速確定VSC-MTDC輸電系統(tǒng)運行控制模式與系統(tǒng)狀態(tài)量，這對系統(tǒng)快速調(diào)控和安全運行具有重要意義?；诖?/p>

9、，分析了主導(dǎo)換流站、輔助換流站、定有功功率控制換流站和風(fēng)電場換流站的直流電壓-電流運行特性，推導(dǎo)了各換流站在不同控制模式下的特性方程，給出了各換流站不同控制模式下的電氣量范圍。提出了VSC-MTDC輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點的計算方法，完善了換流站的控制模式修正方法。以典型的五端直流輸電系統(tǒng)為例，MATLAB編程驗證了直流運行特性分析方法和穩(wěn)態(tài)工作點計算方法的準(zhǔn)確性;計算結(jié)果表明該穩(wěn)態(tài)分析方法能夠快速準(zhǔn)確地計算出VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工

10、作點。
　　(6)基于N-1準(zhǔn)則的VSC-MTDC輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控方案。
　　分析了VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行條件。提出了一種基于N-1準(zhǔn)則的VSC-MTDC輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控方案;基于連續(xù)潮流計算和換流站的電壓、功率限制，設(shè)計了應(yīng)對主導(dǎo)站和非主導(dǎo)站停運的調(diào)控策略。提出了換流站停運調(diào)控策略無解情況下有功功率指令值的優(yōu)化方法，定義了優(yōu)化后有功功率指令值的評價指標(biāo)以用于尋找最優(yōu)解。以典型的五端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)為