多端柔性直流输电系统功率控制策略研究

发布时间：2020-06-03 14:09

【摘要】：多端柔性直流输电技术相比于传统的点到点直流输电技术具有很高的可靠性,冗余性以及灵活性等优点,在联接海上风电场及大功率远距离输电等领域具有广泛的应用前景。目前,已有多个多端柔性直流输电工程投入运行。然而,由于多端柔性直流输电系统拓扑结构复杂多样,换流站数量较多,多端柔性直流输电系统的控制一直是广大研究者关注的重点之一。深入研究多端柔性直流输电控制技术,对推进多端柔性直流输电技术的应用,改善传统的控制技术具有重要的意义。本文以多端柔性直流输电控制系统为研究对象,从以下四个方面的关键技术来改善系统的控制性能:(1)阻尼直流侧振荡,改善多端柔性直流输电系统稳定性;(2)优化换流站之间的功率分配;(3)消除线路电阻对功率分配的影响,改进传统下垂系数的设计方法;(4)考虑系统参数不确定性,提高换流站功率分配的准确性。论文的具体内容如下:针对多端柔性直流输电系统直流线路中存在电感与直流电容之间振荡隐患的问题,本文提出一种虚拟阻尼控制方法。在直流线路等效模型的基础上,建立了多端柔性直流输电系统直流网络等效数学模型,研究了多端柔性直流输电系统中振荡机理及其抑制方法。本文从直流网络系统中的电感、电容等储能元件出发,分析直流网络中电感、电容对系统直流电压和功率振荡的幅值和频率的影响。理论分析表明,直流侧储能元件是引起系统动态振荡的主要原因之一。为此,本文针对多端直流输电系统结构的特殊性,提出一种虚拟阻尼振荡抑制方法。该方法通过交直流侧有功功率平衡原理,将直流阻尼信号等效到交流侧,直接叠加入内环控制器的电流信号中对振荡进行阻尼。该方法易于实施,且无需额外的器件,不产生额外的损耗。为了克服传统下垂控制中,由于下垂系数恒定而导致换流站之间功率分配不灵活的缺点,本文提出一种利用换流站功率裕度参与功率调节的自适应下垂控制方法,提高功率灵活分配的性能。本文在传统下垂控制的基础上,根据直流电压变化的方向,考虑各换流站自身的实时功率裕度,自适应调节下垂系数,且为了避免下垂系数切换频繁,在电压变量上引入滞环控制。并且,结合定直流电压控制,提出一种通用的多端柔性直流输电功率协调控制方法。该方法优化了多端直流输电系统中的功率分配性能,可以有效避免换流站因功率裕度不足而导致过载。该方法控制结构简单,无需加入额外的传感器,且响应速度快。为了补偿直流线路电阻对功率分配的影响,本文提出一种优化功率分配准确性的下垂系数设计方法。在传统下垂控制的基础上,分析了线路电阻对功率分配所造成的影响。将基于电压-功率下垂控制中的下垂系数等效到电压-电流下垂控制中,同时考虑换流站之间因线路电阻对电流分配的影响,以及线路电阻在换流端电压所引起的压降,推导了功率分配比例与下垂系数以及线路电阻等之间的关系式,给出了下垂系数的设计方法。在设计下垂系数时,将线路电阻在换流站电流分配所引起的电流偏差和在直流端电压所引起的压降补偿掉,从而实现换流站之间的功率准确控制。在直流输电系统中,线路电阻、电压、电流等参数无法精确获得。为此,本文针对系统参数不确定性所引起的功率分配不准确问题,考虑直流输电线路电阻由于受温度、电流等影响的误差,直流电压、电流测量误差对多端柔性直流输电系统中采用下垂控制的换流站之间的功率分配的影响,在所提下垂系数设计控制方法的基础上,提出一种功率调节控制方法。该方法实现简单,可以消除因线路电阻变化、测量参数误差等不确定因素所引起的功率分配误差,实现各换流站之间按照任意比例的准确控制。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721.1

【参考文献】