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、伴隨著全球能源結構的戰(zhàn)略性調整，適用于新能源并網(wǎng)，并且增壓擴容技術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)，有望成為未來直流輸電的主流拓撲。目前，由于直流斷路器和直流變壓器等關鍵設備還無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)還尚需時日。在此階段，為了讓VSC-HVDC

2、系統(tǒng)更好地服務交直流系統(tǒng)，研究VSC-HVDC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真建模技術，并利用VSC-HVDC系統(tǒng)的快速有功無功功率調節(jié)等特性增強交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，具有深遠的工程意義。
　　本研究主要內容包括：⑴研究VSC-HVDC系統(tǒng)的主流拓撲多電平換流器(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IGBT及反并聯(lián)二極管簡化的快速仿真模型，基于開關函數(shù)的平均等效模型以及基于NFSS的快速仿真模型，仿

3、真驗證基于NFSS算法的快速仿真模型的準確性。在基于NFSS算法的橋臂模型的基礎上構建改進式的MMC快速仿真模型，實現(xiàn)MMC閉鎖功能，并通過仿真對比驗證改進式的MMC快速仿真模型的準確性和加速特性。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)中最為常見的直流電壓控制策略的適用場合和控制器設計，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需站間

4、通信的控制器，其結合了裕額控制器以及下垂控制器的優(yōu)點，稱之為直流電壓裕額下垂控制器。詳細描述所提出的直流電壓裕額下垂控制器的實現(xiàn)。通過仿真驗證其在VSC-MTDC系統(tǒng)中的適用性。通過動態(tài)響應特性、控制器復雜程度、適用性、站間通信需求四個性能指標對四種控制策略進行綜合性評價。⑶提出一種混合直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)整流側采用LCC，逆變側采用MMC，并且該系統(tǒng)在逆變側MMC的直流出口處加裝大功率二極管閥以實現(xiàn)直流側故障的自清除，稱這種拓撲為LC

5、C-D-MMC混合直流輸電系統(tǒng)?；诘让娣e法則，在三個由MMC-HVDC系統(tǒng)和交流線路構成的交直流并列簡化系統(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斷路器，利用新穎的箝位雙子模塊(CDSM)拓撲以及采用加裝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，并通過直流故障下的對比仿真，驗證所提出的LCC-D-MMC

6、系統(tǒng)對交直流系統(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)點系統(tǒng)中驗證上述暫態(tài)穩(wěn)定分析理論在大系統(tǒng)下的拓展適用性。⑷在風電場通過VSC-MTDC系統(tǒng)連接到多個異步交流電網(wǎng)的系統(tǒng)中，研究VSC-MTDC系統(tǒng)中的一個受端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，再分配策略保證轉移功率不轉移至其他異步交流電網(wǎng)，并

7、且減小潮流重分配對交流電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性能的影響;在無法自消納的情況下，再分配策略保持故障端VSC所在交流電網(wǎng)內的其余VSC保持滿發(fā)，并利用風電場的槳距角控制以及虛擬慣量控制消納剩余的直流轉移功率。在改造的新英格蘭39節(jié)點系統(tǒng)中驗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制方案(SMAPM)，其可以抑制交流系統(tǒng)故障引起的機組功角振蕩。在故障下，交流系統(tǒng)被分為兩個區(qū)域，SMAP