横琴地区配电网的柔性直流互联控制策略研究及系统设计

作     者：刚毅 

作者单位：佛山科学技术学院 

学位级别：硕士

导师姓名：文安;施世鸿

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：模块化多电平换流器 柔性直流互联 控制策略 设备选型 

摘      要：自2010年珠海市横琴地区被确立为国家级自贸区以来,经济社会飞速发展,城市规模不断扩张,用电量出现爆发式增长,高新技术相关设备对电网的稳定运行提出了更高的要求,变压器数量有限导致单个变压器供电半径过大,从而导致供电可靠性不高的问题制约着横琴地区的进一步发展。近年来,基于模块化多电平换流器的柔性直流互联技术飞速发展,柔性直流互联技术能够实现多个变电站的柔性互联,功率的相互支援,通过柔性互联可以提高配电网供电可靠性和提升线路末端电压。同时柔性直流可以为新能源接入提供方便的并网接口,为消纳横琴地区的新能源提供技术支撑。本文针对横琴地区配电网,研究南航10k V变电站、保税10k V变电站、IFC20k V变电站之间利用柔性直流互联的可行性和柔性直流互联系统在各种工况下的控制策略。研究的主要内容如下:首先,本文分析了柔性直流互联系统的拓扑结构、分层控制架构以及柔性直流互联系统的协调控制策略。对比柔性互联实际工程,确定了南航10k V变电站、保税10k V变电站、IFC20k V变电站采用直流线路互联,换流站采用单极对称接线方式的MMC（模块化多电平换流器）拓扑结构。在PSCAD/EMTDC中建立了换流器和控制器以及整体系统的仿真模型。其次,研究了柔性直流互联系统可能出现的运行方式,确定了系统在不同运行方式下换流站间的控制策略。本文采用的换流站间的主从控制方法,具有控制简单、可靠的优点。针对一端换流站出现孤岛的运行方式,本文提出了相位和频率变化率相结合的孤岛检测方法,确保系统在出现一端换流站孤岛端时能够及时转换控制模式,使系统能够继续稳定运行,并通过PSCAD/EMTDC仿真实验对各个运行方式下的控制策略进行了验证分析,结果表明,所提出的控制策略有效可行。最后,依据横琴地区柔性直流互联系统的主回路参数,结合系统仿真运行结果和当前市场的设备生产能力,参考国家相关工程设计规范,实际建设需求,对本文所研究的柔性直流互联系统的主要设备进行参数选型。本文通过柔性直流互联技术,将南航10kV变电站、保税10kV变电站、IFC20k V变电站构成柔性直流互联系统,使横琴地区这三个换流站之间进行功率支援,仿真结果表明,各种运行方式下的控制策略有效可行。本文提出的相位和频率变化率相结合的孤岛检测方法,克服了传统被动检测方法检测量单一,检测准确性不高的缺点,可以快速检测出孤岛并控制系统切换运行模式。本文选择的主要设备参数,为今后横琴地区柔性直流互联工程提供了技术参考。本课题对柔性直流互联技术的工程应用具有借鉴意义。