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图4星形−中央环形拓扑结构
VSC-MTDC系统中直流电压反映了系统的有功平衡情况,所以维持直流电压稳定是VSC-MTDC系统控制的核心问题之一。按照直流电压稳定控制方式可将VSC-MTDC系统的控制分为单点直流电压控制和多点直流电压控制,具体控制分类如图5所示。单点直流电压控制在同一时刻只有一个换流站参与功率的调节,系统的动态响应速度慢;而多点直流电压控制尤其是组合控制方式可以在多个换流站共同维持直流电压稳定的同时,进一步调整功率分配,以保证VSC-MTDC系统更加可靠、经济运行。
图5VSC-MTDC系统控制分类
2.柔性直流输电系统附加控制
柔性直流输电具有快速的动态响应特性并且能独立控制有功和无功功率,因此,在正常输送功率的同时还可以实现一些附加控制功能,其中利用VSC换流站提供频率支撑和进行阻尼控制是两种主要的附加控制方式。
频率支撑:保持发电功率和负荷功率平衡是保证电力系统稳定运行的前提。在弱交流系统中,功率不平衡会导致很大的频率偏移。VSC换流站可快速控制有功功率的传输,可以利用附加控制实现为弱交流电网提供频率支撑的目的。
阻尼控制:利用电压源换流器控制的灵活性和快速性,通过附加功率调制改善系统弱阻尼特性可取得很好的控制效果。目前,提高系统阻尼控制器的设计方法主要有极点配置法、最优控制、能量函数法、非线性变结构控制、人工智能等。
3.风电接入下的柔性直流输电系统控制
风电的不确定性使其在采用直流方式接入电网时会导致直流系统和受端交流系统的不稳定,因此,需要完善具有良好动态性能的变流器控制方法和先进的协调控制技术,以提高风电机并网的稳定性。新型变流器控制策略多以提高变流器的动、静态性能,简化控制器参数整定为目标,包括基于虚拟磁链的直接功率控制控制、无拍差预测控制、滑模控制、虚拟同步发电机技术等各种控制方法;在风电接入场景下针对不同情况提出的各种附加控制及协调控制策略亦均能达到各自的控制目标。
未来展望
柔性直流输电相比于传统直流输电具有诸多优势,是未来构建直流电网的重要组成部分,其控制技术的发展决定了柔性输电技术的发展前景。
多端柔性直流接入交流电网后,针对交直流混合系统的协调控制和潮流优化需进一步分析和研究;针对VSC换流站输出的无功功率可调,进一步挖掘换流站无功输出能力,有利于系统特定紧急控制目标的实现。目前,柔性直流输电的附加阻尼控制的研究多针对小区域、单条直流进行设计,针对多区域复杂交直流网络的广域协同阻尼控制方法还有待进一步研究。未来风电接入容量在整个电网所占比例将会增大数倍,柔性输电的控制方式的研究应考虑复杂多变直流电网结构和大容量密集分布风电场功率随机性的影响,减小风电并网下的频率、电压波动,提高系统惯性水平。
延伸阅读:干货︱配电网直流输电技术的演变
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