含VSC交直流互聯(lián)系統(tǒng)的建模與安全穩(wěn)定控制研究.pdf

1、伴隨著全球能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，適用于新能源并網(wǎng)，并且增壓擴(kuò)容技術(shù)日趨成熟的基于電壓源型換流器的柔性直流輸電(VSC-HVDC)系統(tǒng)將逐步取代基于電網(wǎng)換相換流器的傳統(tǒng)直流輸電(LCC-HVDC)系統(tǒng)，有望成為未來(lái)直流輸電的主流拓?fù)?。目前，由于直流斷路器和直流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備還無(wú)法滿足高壓大容量輸電的工程需求，因此VSC-HVDC系統(tǒng)的規(guī)模遠(yuǎn)小于交流系統(tǒng)，VSC-HVDC系統(tǒng)離形成大規(guī)模直流電網(wǎng)還尚需時(shí)日。在此階段，為了讓VSC-HVDC

2、系統(tǒng)更好地服務(wù)交直流系統(tǒng)，研究VSC-HVDC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真建模技術(shù)，并利用VSC-HVDC系統(tǒng)的快速有功無(wú)功功率調(diào)節(jié)等特性增強(qiáng)交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，具有深遠(yuǎn)的工程意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究VSC-HVDC系統(tǒng)的主流拓?fù)涠嚯娖綋Q流器(MMC)的快速仿真建模方法。介紹三種主流的不涉及MMC閉鎖的快速仿真算法，即基于對(duì)IGBT及反并聯(lián)二極管簡(jiǎn)化的快速仿真模型，基于開(kāi)關(guān)函數(shù)的平均等效模型以及基于NFSS的快速仿真模型，仿

3、真驗(yàn)證基于NFSS算法的快速仿真模型的準(zhǔn)確性。在基于NFSS算法的橋臂模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建改進(jìn)式的MMC快速仿真模型，實(shí)現(xiàn)MMC閉鎖功能，并通過(guò)仿真對(duì)比驗(yàn)證改進(jìn)式的MMC快速仿真模型的準(zhǔn)確性和加速特性。⑵研究多端柔性直流輸電(VSC-MTDC)系統(tǒng)直流電壓控制策略。介紹三種在VSC-MTDC系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的直流電壓控制策略的適用場(chǎng)合和控制器設(shè)計(jì)，分別為直流電壓主從控制策略，直流電壓裕額控制策略與直流電壓下垂控制策略。提出一種混合式的無(wú)需站間

4、通信的控制器，其結(jié)合了裕額控制器以及下垂控制器的優(yōu)點(diǎn)，稱之為直流電壓裕額下垂控制器。詳細(xì)描述所提出的直流電壓裕額下垂控制器的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)仿真驗(yàn)證其在VSC-MTDC系統(tǒng)中的適用性。通過(guò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、控制器復(fù)雜程度、適用性、站間通信需求四個(gè)性能指標(biāo)對(duì)四種控制策略進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。⑶提出一種混合直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)整流側(cè)采用LCC，逆變側(cè)采用MMC，并且該系統(tǒng)在逆變側(cè)MMC的直流出口處加裝大功率二極管閥以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障的自清除，稱這種拓?fù)錇長(zhǎng)C

5、C-D-MMC混合直流輸電系統(tǒng)。基于等面積法則，在三個(gè)由MMC-HVDC系統(tǒng)和交流線路構(gòu)成的交直流并列簡(jiǎn)化系統(tǒng)中，分別分析三種MMC-HVDC直流故障處理方法下交直流并列簡(jiǎn)化電網(wǎng)在直流故障下的暫態(tài)穩(wěn)定性。三種直流故障處理方法分別是跳換流站交流側(cè)斷路器，利用新穎的箝位雙子模塊(CDSM)拓?fù)湟约安捎眉友b了大功率二極管閥的LCC-D-MMC混合直流輸電系統(tǒng)。提出交流傳輸功率極限指標(biāo)，并通過(guò)直流故障下的對(duì)比仿真，驗(yàn)證所提出的LCC-D-MMC

6、系統(tǒng)對(duì)交直流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性能的提升。最后在改造的新英格蘭39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中驗(yàn)證上述暫態(tài)穩(wěn)定分析理論在大系統(tǒng)下的拓展適用性。⑷在風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)VSC-MTDC系統(tǒng)連接到多個(gè)異步交流電網(wǎng)的系統(tǒng)中，研究VSC-MTDC系統(tǒng)中的一個(gè)受端VSC故障退出之后，MTDC系統(tǒng)的直流功率優(yōu)化再分配策略?？紤]轉(zhuǎn)移功率能否被故障端VSC所在交流電網(wǎng)消納兩種情景，研究重新配置各受端VSC的控制器參數(shù)。在可自消納情況下，再分配策略保證轉(zhuǎn)移功率不轉(zhuǎn)移至其他異步交流電網(wǎng)，并

7、且減小潮流重分配對(duì)交流電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性能的影響;在無(wú)法自消納的情況下，再分配策略保持故障端VSC所在交流電網(wǎng)內(nèi)的其余VSC保持滿發(fā)，并利用風(fēng)電場(chǎng)的槳距角控制以及虛擬慣量控制消納剩余的直流轉(zhuǎn)移功率。在改造的新英格蘭39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中驗(yàn)證所涉及的再分配策略的可行性。⑸在含VSC-MTDC系統(tǒng)的交直流電網(wǎng)中，基于滑?？刂品椒?，提出一種有功功率調(diào)制方案(SMAPM)，其可以抑制交流系統(tǒng)故障引起的機(jī)組功角振蕩。在故障下，交流系統(tǒng)被分為兩個(gè)區(qū)域，SMAP