混合多端直流系统运行及交直流协调控制研究

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VSC-HVDC由于其自身特性易于构建多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC),能够实现多电源供电和多落点灵活受电,满足不同交流系统间的控制和运行需求。各端换流站的有功功率能够相互进行协调控制,增强了VSC-MTDC系统运行的灵活性和安全稳定性,而同时也带来了交直流系统间协调控制的复杂性。随着多端直流输电系统接入交流电网类型的多样化和直流输电技术混合化的发展,其互联交直流系统间的协调运行及控制问题凸显:一方面,由于直流系统对交流频率和相位的隔离作用,由多端直流输电系统相互联的交流系统间无法通过频率感知来实现电网间的功率互济,而传统策略基于频率偏差计算和换流站的功率控制实现的交流电网间功率和频率支撑,引入了计算和控制延时和偏差;另一方面,混合直流输电技术将具备不同技术优势的LCC和VSC换流技术,同时应用于同一多端直流输电系统中,在实现所接入不同交流电网所需应用功能的同时,也对所接入的不同交流电网的运行控制方式和范围提出了要求。因此,分别针对多端直流输电系统所互联交直流系统的特性,分析研究各交直流特性间的交互关系以及协调控制需求,进而基于不同交直流系统特征,研究相适应的交直流运行控制方式和范围,进而实现包含不同换流技术,不同接入类型和需求交流电网的多端直流输电系统的交直流协调运行和控制,将对提高多端直流输电系统所互联交直流系统间的功率互济和安全稳定运行能力,具有理论研究和工程实用价值。本文的主要研究内容如下:(1)分析不同直流系统LCC和VSC的运行及控制特征,结合了当前多端直流输电接入不同交流系统如强交流系统、一般交流系统和弱交流系统等各自的控制特性和新需求,提出了交直流系统特征导向的交直流协调控制框架。(2)为实现经由VSC-MTDC互联各交流系统间的精准、快速、灵活的功率互济,基于所提出的交直流系统特征导向的交直流协调控制框架,分析了待调频系统和调频系统的控制需求特征,针对传统待调频站控制策略在功率缺额导出和调频站控制策略在不平衡功率消纳上的问题,提出了一种新型的基于VSC-MTDC互联的交流系统功率互济控制策略,能够将待调频系统中的有功功率直接完全导出进而由相应的调频交流系统进行快速有效的消纳。(3)为实现混合多端直流系统的安全、稳定和灵活运行,基于所提出的交直流系统特征导向的交直流协调控制框架,分析了直流系统和交流系统的控制需求特征,进而提出了一种混合多端直流系统的运行控制框架,提出了一套从可行控制策略到安全运行范围分析到系统具体运行点计算的新型混合多端直流输电系统运行控制策略。(4)以六端VSC-MTDC和混合级联多端直流输电系统为基础,在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建了仿真模型,针对不同的应用场景对所提出的互联交流系统功率互济控制策略和混合多端直流系统运行策略的有效性进行了仿真验证。
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