适用于风电并网的混合多端直流输电系统控制策略研究

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高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)系统具有传输功率大、线路成本低、控制性能好等优点,在风电并网领域具有广阔的应用前景。传统的电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter-HVDC,LCC-HVDC)系统具有容量大、电压等级高、换流阀损耗小、技术成熟等优点。基于全控型器件的电压源换流器高压直流输电(voltage source converter-HVDC,VSC-HVDC)技术可实现有功功率、无功功率的独立控制,为交流电网提供动态无功支撑,在风电并网方案中具有优势。综合考虑LCC-HVDC和VSC-HVDC的优点,形成同时含有VSC和LCC的混合多端直流输电系统(hybrid multi-terminal HVDC system,Hybrid-MTDC)用于风电并网。论文首先介绍了Hybrid-MTDC系统的结构,分别对风力机模型,双馈发电机(doubly fed Induction Generator,DFIG)运行原理,VSC换流站和LCC换流站的基本结构及数学模型进行说明,并分析了VSC换流站和LCC换流站的基本控制策略。然后提出了用于风电并网的Hybrid-MTDC系统的控制策略。针对基于直接电流控制的定交流电压控制策略存在的控制器结构复杂,PI参数较多且难整定等问题,提出基于优化模型预测的定交流电压控制策略。该控制策略采用快速矢量选择方法,通过计算获得最优电压矢量和次优电压矢量。在同时考虑最优和次优电压矢量的基础上,求取两个控制周期内的最优电压矢量,并将相应的开关状态作用于VSC换流器。所提优化模型预测控制策略控制精度高,具有良好的稳态性能、动态性能和故障恢复性能,能为风电场提供稳定的交流电压。针对传统下垂控制存在直流电压偏差大和功率分配不合理等问题,提出了一种基于U-I的自适应下垂控制策略。该策略以调节下垂系数为基础,根据换流站直流电流变化的方向,确定换流站功率裕度,给出下垂系数影响因子,以换流站功率裕度越大,下垂系数越小为原则,定义自适应下垂系数。当Hybrid-MTDC系统潮流发生变化时,通过下垂系数影响因子调节换流站下垂系数,使各换流站根据自身的功率调节能力参与功率调节,实现了功率的合理分配,同时减小了直流电压稳态偏差。并对所提出的自适应下垂控制策略进行了稳定性分析。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端混合直流输电系统,验证所提控制策略的可行性和有效性。
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