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(kāi)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(wú)法媲美的優(yōu)點(diǎn)，如能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無(wú)功功率的快速獨(dú)立控制，具有一定的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償能力，改善電能質(zhì)量，向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電，容易實(shí)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(chǎng)交易等

2、領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)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(shí)踐正如火如荼地展開(kāi)?？刂撇呗允荲SC-HVDC輸電系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)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(duì)換流站的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行深入的研究，設(shè)計(jì)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(yùn)行工況下的安全性和經(jīng)濟(jì)性，需要探索和設(shè)計(jì)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(wèn)題展開(kāi)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(cè)的模式切換控制，并給出了該控制的實(shí)現(xiàn)方法。推導(dǎo)了正

4、常運(yùn)行時(shí)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(jì)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(yàn)證了在不同故障類型和不同運(yùn)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?yàn)槟Ｊ角袚Q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(hào)的VSC-H

5、VDC輸電系統(tǒng)改進(jìn)有功功率控制策略。
　　給出了改進(jìn)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(jì)方法，推導(dǎo)了有功功率修正值的計(jì)算公式，并分析了該控制器在正常運(yùn)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(yùn)等暫態(tài)擾動(dòng)情況下，本文提出的控制策略能夠維持直流電壓在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
　　(3)四端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略。

6、　　針對(duì)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(jì)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(jì)算方法。給出了主導(dǎo)換流站或輔助換流站因故障停運(yùn)時(shí)采用泄放回路實(shí)現(xiàn)故障穿越的方法。PSCAD/EMTDC仿真驗(yàn)證了在不同工況下協(xié)調(diào)控制策略的有效性，MATLAB編程驗(yàn)證了直流潮流計(jì)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(duì)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(jìn)下降控制策略以及APC換流站的改進(jìn)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(yùn)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(yàn)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(yùn)行特性分析與穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)計(jì)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(shí)際運(yùn)行中具有多種運(yùn)行方式，并且隨著電網(wǎng)運(yùn)行條件的變化，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式也隨之改變。因此，直流運(yùn)行中心需要根據(jù)換流站運(yùn)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(yùn)行控制模式與系統(tǒng)狀態(tài)量，這對(duì)系統(tǒng)快速調(diào)控和安全運(yùn)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(chǎng)換流站的直流電壓-電流運(yùn)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(diǎn)的計(jì)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(yàn)證了直流運(yùn)行特性分析方法和穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算方法的準(zhǔn)確性;計(jì)算結(jié)果表明該穩(wěn)態(tài)分析方法能夠快速準(zhǔn)確地計(jì)算出VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工

10、作點(diǎn)。
　　(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(yùn)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(jì)算和換流站的電壓、功率限制，設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)主導(dǎo)站和非主導(dǎo)站停運(yùn)的調(diào)控策略。提出了換流站停運(yùn)調(diào)控策略無(wú)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(píng)價(jià)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