多端柔性直流輸電控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于相控換流器(PCC)傳統(tǒng)直流輸電技術在上世紀60年代以后發(fā)展得相當迅速。雖然它在未來電力系統(tǒng)中仍有很大的發(fā)展空間,但是傳統(tǒng)直流輸電有許多技術方面的缺陷,例如換流器產(chǎn)生的諧波次數(shù)低、容量大；換流站投資大；不能向小容量交流系統(tǒng)及不含旋轉(zhuǎn)電機的負荷供電；換流器吸收較多的無功功率等。然而,20世紀90年代以來,新型電力電子器件及控制技術的快速發(fā)展為高壓直流輸電HVDC中采用以全控型器件為基礎的電壓源型換流器VSC(Voltage Sourc

2、e Converter)提供了可能。傳統(tǒng)高壓直流輸電一般只用于遠距離大容量輸電,現(xiàn)在以電壓源型換流器為基礎的新型直流輸電VSC-HVDC的經(jīng)濟容量已經(jīng)擴展到數(shù)百兆瓦。它不僅可以用于常規(guī)的交流電網(wǎng)連接以及遠距離輸電,而且可以同時改善所聯(lián)交流電網(wǎng)的電能質(zhì)量,甚至還可以連接無源網(wǎng)絡,向孤島系統(tǒng)供電。然而輕型直流輸電系統(tǒng)一旦其中一個VSC故障退出, VSC-HVDC系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。而基于VSC的多端直流輸電系統(tǒng)VSC-MTDC(VSC- M

3、ulti-Terminal HVDC)在運行靈活性,可靠性等方面比兩端系統(tǒng)(VSC-HVDC)更具有技術優(yōu)勢,它在分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電、中/低壓輸配電、電力市場等領域?qū)⒕哂袕V闊的應用前景。然而,VSC-MTDC目前仍處于理論研究和模擬實驗階段,本文重點針對VSC-MTDC的控制系統(tǒng)進行了研究,并分別在有無通訊的條件下設計了相應的控制策略,最后探討了VSC-MTDC在風電場中的應用。VSC-MTDC是兩端系統(tǒng)VSC-HVDC的擴展,

4、而VSC(Voltage Source Converter)則是構(gòu)成VSC-HVDC (或VSC-MTDC)的基礎,因此本文首先詳細分析了VSC的數(shù)學模型,研究了其適用于輕型直流輸電的拓撲結(jié)構(gòu)以及控制方法,且詳細分析了不同拓撲結(jié)構(gòu)對VSC輸出電能質(zhì)量的影響。并以兩端系統(tǒng)VSC-HVDC為基礎,詳細分析了現(xiàn)有控制策略的優(yōu)劣,且在已有研究的基礎上,提出了針對不同目標的控制策略。對于VSC-MTDC的控制,目前提出的控制方式可以分為有無通訊兩

5、大類。帶通訊的控制方式主要有主從控制方式,它需要上層控制器的協(xié)調(diào)；無通訊的控制方式?jīng)]有上層控制器,主要有基于直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制方式、帶電壓下降特性的控制方式等。本文在無通訊條件下,提出了多點直流電壓控制策略。然而,無通訊模式雖然結(jié)構(gòu)簡單,但始終因為缺少上層控制器的協(xié)調(diào),無法最終保證系統(tǒng)在故障或者大擾動情況下的穩(wěn)定以及最優(yōu)控制?？墒巧蠈涌刂破鞯挠嬎闼俣纫约八cVSC本地控制器的通訊延時卻限制了傳統(tǒng)主從控制方式在長距離輸電以

6、及復雜系統(tǒng)中的應用。本文將日漸成熟的Multi Agent System(MAS)應用于VSC-MTDC的控制系統(tǒng),不但提高了計算速度而且降低了對通訊速度的要求。同時本文詳細分析了MAS的協(xié)調(diào)控制策略,它能夠有效地對各VSC進行協(xié)調(diào)控制,保證VSC-MTDC系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運行。本文最后探討了VSC-MTDC在大型風電場中的應用,并根據(jù)風電輸出不穩(wěn)定的特點,引入儲能裝置,研究了適用于風電場并網(wǎng)的控制策略,它有助于提高風電的輸出效率,降低風