提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

多馈入直流受端电网换相失败风险区域快速识别方法

针对多馈入直流受端电网换相失败风险区域准确识别难题,计及直流控制系统影响,提出基于广义节点电压交互作用因子的风险区域快速识别方法。将交流母线和故障点视为广义节点,构建考虑直流控制影响的广义节点电压交互作用因子指标,并给出其计算方法;建立换流母线电压跌落期间的换流站暂态电路模型,计算临界换相失败风险电压,进而获取指标临界值,依据指标值与临界值的大小进行换相失败风险的判断;结合指标值的故障位置分布特性,提出换相失败风险区域的快速识别方法;在CIGRE HVDC测试系统和含三馈入直流的39节点测试系统中,验证所提计算方法和识别方法的有效性,与传统方法相比,临界换相失败风险电压的计算误差由7.7%降低到2.4%,提高了换相失败风险区域识别的准确性。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

柔性直流与风电协同的受端系统频率调控方法

针对柔性直流输电联网的受端岛屿电力系统频率稳定性问题,提出了受端系统风电与柔性直流输电系统协同的频率调控方法.在分析双馈风电机组(DFIG)和柔性直流输电系统(VSC-HVDC)有功功率调控性能的基础上,设计了DFIG和VSC-HVDC参与受端系统惯性响应与一次、二次调频的总体方案;通过风电场附加频率控制,利用超速减载备用容量实现系统的一次调频,并在此基础上设计了基于虚拟同步发电机(VSG)控制的换流站二次调频控制策略,即根据系统频率偏差精确调整受端换流站输出功率,从而维持受端系统功率平衡,提高其频率稳定性.最后,基于Matlab/Simulink搭建了含风电机组、柔性直流输电系统的受端岛屿电力系统仿真模型,对系统受到扰动后的惯性响应与一次、二次调频性能进行了验证,结果表明,所设计的控制策略能够很好改善受端电力系统的频率特性.     

MMC-HVDC孤岛供电系统交流故障穿越协调控制策略

为解决交直流双路接入的孤岛供电系统在交流线路因故障退出运行时出现的功率不平衡问题，在分析孤岛供电系统联网与孤岛运行控制策略的基础上，提出了一种基于虚拟同步控制的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multilevel converter based high voltage direct current，MMC-HVDC）孤岛供电系统交流故障穿越协调控制策略，实现自消纳场景和非自消纳场景下的功率协调。针对自消纳场景，提出了模块化多电平换流器（modular multilevel converter ，MMC）功率转带控制方法，仅通过增加其输出功率消纳系统功率缺额，有效降低不平衡功率的影响范围；针对非自消纳场景，设计了MMC与风电场共同参与不平衡功率调节的协调控制策略，控制MMC工作于最大功率输出状态，并利用风机的功率调节能力通过减速增载弥补剩余功率缺额，维持孤岛系统的功率平衡。最后，对所提协调控制策略的有效性进行仿真验证，结果表明，该策略能够实现孤岛供电系统由联网向孤岛运行的平滑转换，可有效提高其安全稳定运行能力。     

海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障穿越协调控制策略

针对海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障导致的直流过电压问题,提出了直流过电压协调抑制策略。针对单极直流过电压,通过合理切换双极MMC控制模式,可使故障极MMC主动维持直流电压稳定。并设计了风电场精确减载控制策略,以保证非故障极MMC满载运行,从而降低单极MMC退出对受端交流电网的影响。针对双极直流过电压,设计了一种基于本地直流电压测量信息的风电场减载控制策略,即根据直流电压变化率及偏差量主动降低风电场有功出力,以抑制直流电压上升率及幅值。并提出了附加桨距角控制及其参数选取原则,使风电场与各换流站内电容共同维持直流电压稳定,提高系统故障穿越能力。最后,基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了系统仿真模型。不同受端交流故障情况下的仿真结果表明,所提直流过电压协调抑制策略可保证直流电压在安全运行范围,维持系统安全稳定运行。     

基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略

提出一种基于桥臂电流直接控制的模块化多电平换流器控制策略,以实现对交流侧电流、直流侧电流以及内部环流的控制。通过理论分析,得到上、下桥臂传输功率与桥臂电流的关系;设计了上、下桥臂独立控制的内外环控制系统,分别对换流器三相桥臂电流进行dq变换,得到上、下桥臂各相电流的指令值;附加桥臂电流环流抑制器,以实现换流器有功、无功控制量闭环控制。在31电平柔性直流输电实验平台上对所提的控制策略进行验证,结果表明其具有精度较高、高效抑制换流器桥臂环流等优点。     

海上风电MMC-HVDC联网系统控制策略

该文提出提升海上风电场联网运行性能的高压柔性直流输电系统功率控制策略。采用附加频率控制保持风电机组机械功率和电磁功率的平衡,定交流电压控制维持风电场交流侧电压幅值和相位恒定;提出注入三次谐波调制信号的换流站功率运行区间优化方法,有效防止风速突变引起风电机组输出功率超过额定值而导致的换流站闭锁事件,并采用PR控制器对三次谐波调制信号所引起的高次谐波进行抑制。通过数字物理混合仿真系统,构建8台双馈风电机组的风电场通过柔直联网的系统模型,仿真结果表明设计的控制方法具有良好的动态、稳态特性。     

基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法EI北大核心CSCD

数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障 穿越协调控制策略

架空线MMC-HVDC是大规模风电友好型并网和可靠送出的有效手段。针对架空线故障率高的问题,采用对称双极接线方式和具备故障阻断能力的混合型MMC是其主要解决方案之一。基于此方案提出了风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略。通过混合型MMC零直流电压控制实现了故障电流的有效阻断,并维持了故障极MMC对交流电压的支撑能力。基于对称双极接线方案运行方式灵活的特点,根据故障极功率能否被非故障极完全吸收,分别提出了自吸收和非自吸收工况下非故障极MMC的控制策略及其参数调整原则。并基于风电场频率响应能力设计了无需通信的精确减载控制策略,以实现非故障极MMC满载运行,在维持系统安全稳定运行的同时降低对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建并网系统模型,验证了所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。