多端柔性直流输电系统协调控制策略研究

发布时间：2020-05-11 15:12

【摘要】：基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电技术(MMC-MTDC)具有多端系统运行灵活、可靠性高、可以多电源供电、多落点受电的优点,是解决可再生能源并网、无源网络供电,实现能源互联网最有效的方案之一。然而MMCMTDC的结构和控制策略都很复杂,因此,需要对MMC-MTDC的协调控制进行深入研究。由于稳定直流电压与合理分配功率是MMC-MTDC控制策略需要考虑的核心问题,所以本文将其作为研究重点,以MMC-MTDC系统的分级控制(阀级控制、换流站级控制、系统级控制)为框架展开了以下相关研究工作。首先采用模块化多电平换流器(MMC)作为本文研究对象;详细分析了MMC子模块的工作原理,给出了最近电平逼近调制策略(NLM)。并建立了换流站在三相静止坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,在此基础之上给出了针对换流站的直接电流控制法,并设计了相应的双环电流控制器;在PSCAD/EMTDC仿真软件对给出的控制策略进行了验证,仿真结果表明设计的双环控制器能够实现换流站有功功率和无功功率的独立解耦控制。然后详细分析了MMC-MTDC系统的协调控制策略:单点直流电压控制策略,并在此基础上提出改进型控制策略,并在PSCAD/EMTDC仿真软件搭建三端系统仿真验证这种改进型控制策略无论主换流站工作在整流状态还是逆变状态,无需站间通信,仍能实现良好的动态特性,提高了多端系统的灵活生和可靠性,应用范围更广,优于传统单点直流电压控制。最后,本文提出了一种直流电压下垂控制策略,并在此基础上作出改进,通过在下垂控制器中引入第一、第二优先级调节参数实现对按照系统运行工况的需求自适应调节下垂系数的控制,同时控制器能够按照各换流站之间的实时功率裕度大小分配系统不平衡功率。并在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了四端柔性直流输电系统。仿真结果表明:改进后的电压下垂控制实现了下垂系数的自动改变,能够有效减小直流电压偏差,合理分配有功功率,提高了换流站的利用率,同时控制更加稳定;当系统受到扰动功率发生不平衡时,控制器能够根据换流站自身功率裕度的大小合理分配功率调节任务。图[66] 表[5] 参[55]
【图文】：

流程图,参考电压,输出电压,电平

子模块数下桥臂投入子模块数各子模块电容电压电容电压均衡控制流方向触发脉冲1CUCU取整函数图 11 最近电平逼近调制的流程图Fig11 Flow chart of NLM在 PSCAD/EMTDC 仿真软件中搭建了 21电平的两端模块化多电平换型，通过仿真来验证结合了最近电平逼近调制方式和电容均衡策略两在系统中的性能。仿真中，每个桥臂设置 20 个子模块，dcU = 20kV F ，0L =4mH，，换流变压器变比为 10：23。最近电平逼近调制时，某相电压和调制参考电压的仿真如图 12 所示参考相。可以明显看出，经过最近电平逼近调制后，输出电压 uva和varef都是高质量的电压正弦波形，同时输出电压和参考电压的差别基。验证了本节采用的控制策略达到预期目标，非常可靠。

电压波形,电容电压,子模块,均衡控制

安徽理工大学硕士学位论文用最近电平逼近调制时，子模块 SM 电容电压的仿真如图 13 所示相为参考相，已知是上桥臂子模块电容电压，是下桥臂子模可以明显看出，经过最近电平逼近调制后，上桥臂子模块电容电压臂子模块电容电压的电压波形基本一致且都基本可以维持在 1出电压和参考电压的差别基本可以忽略。验证了本节采用的控制策容电压出现巨大波动，从而使得端口电压保持恒定。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721.1

【参考文献】