含风电场的多端MMC-HVDC系统协调控制策略含风电场的多端MMC-HVDC系统协调控制策略.pdf

直流输电与电力电子专委会学术年会论文 含风电场的多端 MMC-HVDC 系统协调控制策略 孟宇麟，李卫星，徐殿国 哈尔滨工业大学电气工程系 摘要：随着电力电子技术的发展，多电平模块化换流技术发展迅速，从而促进了多电平模块化多端直流输 电系统的诞生。该系统具有容量大、电压高、谐波含量少、可靠性和经济性的技术优势，广泛应用于大规 模风电场并网输电研究。论文通过和主从控制、电压裕度控制以及多点电压下降控制进行综合分析和对比， 提出了直流功率在线匹配策略，该策略通过对远方电网和风场侧的功率进行检测来调整功率分配系数，减 小控制主站承担的不平衡功率，从而稳定直流电压。利用 PSCAD/EMTDC 仿真软件建立了 6 端 MMC-HVDC 输电系统，针对远方功率需求改变、风电场功率变化和通讯故障等情况，进行了仿真分析。结果表明，该 控制策略减弱了直流电压的波动性，提高了直流电压质量，并且在发生通讯故障的情况下，仍能够维持系 统稳定运行。 关键词：MMC-HVDC，直流功率匹配，主从控制策略，风电场 0引言 多端柔性直流输电与传统直流输电相比具有很多优点。近些年来，由于风力发电的快速 发展[1]，多端柔性直流输电在连接风电场和远方负荷中心起到了越来越重要的作用。随着电 力电子技术的发展[2]，模块化多电平换流器发展迅猛，相比传统的双电平和三电平拓扑结构 的换流器，其具有良好的谐波特性和故障穿越能力[3] 。因此，对接入风电场后的多端 MMC-HVDC 的控制以及如何保证功率的稳定分配和直流电压的稳定成为了国内外学者研 究的重点。 文献[4]提出了直流电压下降控制，即通过控制换流站的直流侧电压随着电流的增大而 下降，来保持并联系统的稳定运行。当系统中的所有换流站都采用电压下降控制时，功率可 以在各个换流站之间实现自动分配。但这种控制方法会对整个系统的直流电压造成一定的影 响，且对于单个换流站也无法实现定有功控制。文献[5]提出了主从控制策略，直??电压控 制和功率调节都具有很好的刚性，但需要上层控制模块，且依赖于高速的通信条件，因此运 行可靠性不高。文献[6]提出了一种基于定电流控制模式的多点直流电压控制，即让所有具 备调节功率能力的换流站都工作在直流电压控制模式下。该方法有利于 VSC-HVDC 系统发 生故障时的解列运行和故障发生后系统的恢复，但不利于系统直流电压的控制，功率波动较 大。 文献[7]提出通过比例积分调节器调节风场侧交流电压实现多端直流输电控制。风场侧 的电压不能波动太大，否则可能导致风电场的脱网故障的发生，因此其实用性不强。文献[8] 设计了换流站发生紧急状况退出运行时的系统控制策略，但该策略仅仅预防了换流站直流侧 的过电压，而没有对各换流站间的功率协调进行设计。针对这一问题，文献[9]提出了电压 裕度控制，即当监测到的系统直流电压超过正常波动范围时，通常情况是负责控制直流电压 的换流站故障无法维持系统稳定，带有电压裕度控制功能的换流站就会自动从定有功控制模 式切换到定直流电压控制模式。虽然此时的直流电压控制值与系统原状态的电压值有一定误 差，但能维持多端直流系统继续稳定运行。这种控制方法结构简单，且不依赖通讯系统，能 在一定程度上提高多端系统的供电可靠性；但该策略在产生功率波动的情况下，功率补偿仍 1 直流输电与电力电子专委会学术年会论文 然需要主站来承担，那么直流电压的波动就会比较明显，不利于直流输电系统的运行。 截至目前，国内外学者针对多端柔性直流系统提出了很多种控制策略。虽然各控制策略 名称各有不同，但从本质上可将这些控制策略分为三种：主从控制、直流电压偏差控制和电 压下降控制。前两类控制的原理都是让工作于直流电压控制模式的换流站首要补偿系统的波 动功率。然而直流电压控制和有功功率控制同属于换流站的有功类控制，两个控制目标高度 耦合、相互制约。其中主从控制求高速的通信条件，还需要配置上层控制模块，且系统的运 行可靠性不高，一旦主站退出运行系统即会崩溃，不适用于长距离输电的并网系统。而电压 下降控制虽然不需要快速的通信，但是直流电压波动比较大，不利于直流系统的稳定运行。 鉴于此，本文对直流功率匹配策略进行了