多端柔性直流輸電控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于相控?fù)Q流器(PCC)傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)在上世紀(jì)60年代以后發(fā)展得相當(dāng)迅速。雖然它在未來(lái)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(shù)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(jī)的負(fù)荷供電；換流器吸收較多的無(wú)功功率等。然而,20世紀(jì)90年代以來(lái),新型電力電子器件及控制技術(shù)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(chǔ)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(yuǎn)距離大容量輸電,現(xiàn)在以電壓源型換流器為基礎(chǔ)的新型直流輸電VSC-HVDC的經(jīng)濟(jì)容量已經(jīng)擴(kuò)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(yuǎn)距離輸電,而且可以同時(shí)改善所聯(lián)交流電網(wǎng)的電能質(zhì)量,甚至還可以連接無(wú)源網(wǎng)絡(luò),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(gè)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(yùn)行靈活性,可靠性等方面比兩端系統(tǒng)(VSC-HVDC)更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì),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(chǎng)等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。然而,VSC-MTDC目前仍處于理論研究和模擬實(shí)驗(yàn)階段,本文重點(diǎn)針對(duì)VSC-MTDC的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究,并分別在有無(wú)通訊的條件下設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略,最后探討了VSC-MTDC在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用。VSC-MTDC是兩端系統(tǒng)VSC-HVDC的擴(kuò)展,

4、而VSC(Voltage Source Converter)則是構(gòu)成VSC-HVDC (或VSC-MTDC)的基礎(chǔ),因此本文首先詳細(xì)分析了VSC的數(shù)學(xué)模型,研究了其適用于輕型直流輸電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制方法,且詳細(xì)分析了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)VSC輸出電能質(zhì)量的影響。并以?xún)啥讼到y(tǒng)VSC-HVDC為基礎(chǔ),詳細(xì)分析了現(xiàn)有控制策略的優(yōu)劣,且在已有研究的基礎(chǔ)上,提出了針對(duì)不同目標(biāo)的控制策略。對(duì)于VSC-MTDC的控制,目前提出的控制方式可以分為有無(wú)通訊兩

5、大類(lèi)。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(wú)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(diǎn)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(wú)通訊條件下,提出了多點(diǎn)直流電壓控制策略。然而,無(wú)通訊模式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但始終因?yàn)槿鄙偕蠈涌刂破鞯膮f(xié)調(diào),無(wú)法最終保證系統(tǒng)在故障或者大擾動(dòng)情況下的穩(wěn)定以及最優(yōu)控制?？墒巧蠈涌刂破鞯挠?jì)算速度以及它與VSC本地控制器的通訊延時(shí)卻限制了傳統(tǒng)主從控制方式在長(zhǎng)距離輸電以

6、及復(fù)雜系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文將日漸成熟的Multi Agent System(MAS)應(yīng)用于VSC-MTDC的控制系統(tǒng),不但提高了計(jì)算速度而且降低了對(duì)通訊速度的要求。同時(shí)本文詳細(xì)分析了MAS的協(xié)調(diào)控制策略,它能夠有效地對(duì)各VSC進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,保證VSC-MTDC系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行。本文最后探討了VSC-MTDC在大型風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用,并根據(jù)風(fēng)電輸出不穩(wěn)定的特點(diǎn),引入儲(chǔ)能裝置,研究了適用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的控制策略,它有助于提高風(fēng)電的輸出效率,降低風(fēng)