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2.4 多端直流输电系统最优潮流控制
最优功率潮流(Optimal Power Flow, OPF)计算作为一个重要的规划工具在交流系统中已被广泛使用。在MTDC系统中,OPF也被作为一项重要指标受到广大学者的重视。随着MTDC系统中节点数的增加,约束条件增多,OPF的计算仍然是一个巨大的挑战。
文献提出了VSC-HVDC的最优功率潮流模型,但仅限于两端直流输电系统。文献讨论了系统稳态最优潮流,并通过暂态仿真分析了四种不同拓扑结构的AC/DC直流网络,但该方法不具有通用性。
为了减小MTDC系统中器件损耗和传输损耗,文献针对VSC-MTDC的OPF进行了成本效益分析。文献[29]研究了线路电阻对MTDC有功潮流的影响,指出线路阻抗上的压降影响系统功率分配,但未提出解决方法。
文献通过计算系统功率损耗,研究了MTDC功率的准确控制。文献研究了VSC-MTDC中不同元件的损耗,提出了OPF控制方法,但仅优化了直流侧而未考虑交流侧,文献提出了适用于定直流电压控制和直流电压下垂控制的交直流网络的OPF,以减小系统的传输损耗。
文献提出了一种连接大型海上风电场的MTDC最优潮流方法,计算出最优电压并通过通信传递给各个VSC。
任何MTDC系统都需要满足N-1安全准则,即任一换流站退出都不影响整个系统的稳定运行。因此,MTDC系统的安全性约束最优有功潮流(Security Constrained Optimal Power Flow, SC-OPF)成为一个研究挑战。SC-OPF的目的是在一定的约束条件下,需要同时满足稳态条件以及故障条件下MTDC系统的经济运行。
文献基于线性近似提出SC-OPF控制方法,同时考虑了HVDC的准确控制。文献基于直流OPF提出了一种新型分布式电压直接控制策略,并根据是否含有N-1故障条件进行了比较,但该控制仅考虑了直流网络而忽略了交流网络。文献提出一种改进的含校正的SC-OPF方法,该方法考虑了MTDC系统交直流侧N-1故障时的安全约束条件。
3 MTDC故障分析及保护控制
MTDC系统的故障分析和保护控制仍是其发展的一个障碍,其中首要解决的是直流换流站故障后的启停技术。需要通过对故障情况的综合分析,并对故障信息进行快速、准确检测,而后做出相应的保护动作。
3.1 MTDC故障分析
在系统故障情况下,快速准确的获取故障后信息并对故障进行定位,是采取合理控制策略的关键。按照故障的位置,换流站故障可以分为直流侧故障和交流侧故障两大类。直流侧故障包括直流侧输电网故障和MTDC系统中换流站故障,典型的故障现象为直流母线电压波动。交流侧故障则包括交流电网或风电场侧发生短路等,典型故障现象为交流侧电压出现幅值和相角突变以及三相不平衡等。
文献根据暂态电流的特征对MTDC直流传输线路故障进行定位,但该方法对MTDC保护系统要求较高。文献提出两种故障识别方式,一种是设定电流上升和电压下降的区间,通过判断系统是否超过限定值来检测故障,但只能区分交流故障和直流故障;另一种是通过比较各个换流器故障电流的增长速度来判断。
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