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参与电网频率调节的多端柔性直流输电系统自适应控制策略研究

参与电网频率调节的多端柔性直流输电系统自适应控制策略研究

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作者：石金鹏华北电力大学

学位级别：硕士

随着多端柔性直流输电技术在交流电网互联、大规模可再生能源远距离外送和城市配电网中的发展以及电力电子设备在电力系统中占比不断上升,系统惯性逐渐下降,电网频率调节能力减弱。在多端柔性直流输电系统为交流电网提供惯性支撑的同时... 详细信息

随着多端柔性直流输电技术在交流电网互联、大规模可再生能源远距离外送和城市配电网中的发展以及电力电子设备在电力系统中占比不断上升,系统惯性逐渐下降,电网频率调节能力减弱。在多端柔性直流输电系统为交流电网提供惯性支撑的同时保证系统内功率合理分配和直流电压稳定有利于系统的安全、可靠运行。首先,介绍了多端柔性直流输电系统和换流器的拓扑结构,并比较各种拓扑结构的优缺点;详细推导了两种换流器的数学模型,随后分析了内环控制策略和定直流电压控制、下垂控制等外环控制策略。其次,针对多端柔性直流输电(voltage source converter multi-terminal DC,VSC-MTDC)系统参与交流侧电网频率调节过程中的功率分配和直流电压调节问题,提出一种基于虚拟惯性频率调节的VSC-MTDC系统自适应下垂控制策略。通过虚拟惯性频率控制建立直流侧电压、交流侧频率的联系,使VSC-MTDC系统为交流电网提供惯性支撑,提高频率稳定性。此外,考虑换流器的调节裕度并引入直流电压影响因子,使下垂系数随着直流电压偏差和换流站调节能力实时变化,由此建立有功功率、直流电压和交流侧频率三者之间的耦合关系,实现VSC-MTDC系统对频率提供惯性支撑的同时合理分配有功功率进而保障直流电压稳定。基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了四端VSC-MTDC输电系统,对传统附加频率下垂控制和本文提出的自适应下垂控制对比仿真,结果验证了所提控制策略的合理性。最后,考虑基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converter multi-terminal DC,MMC-MTDC)系统为交流电网提供惯性支撑,提出基于自适应虚拟惯性频率调节的MMC-MTDC系统控制策略。该策略依据系统惯性响应和一次调频两个阶段的频率变化特点,动态调整虚拟惯性系数;在惯性作用阶段,考虑直流电压的限制,依据频率偏差自适应减小虚拟惯性系数,以减小最大频率偏差;在一次调频阶段,使虚拟惯性系数跟随频率偏差快速减小,加快频率恢复速度。此外,结合自适应下垂控制策略改善交流电网频率响应的同时优化系统内的功率分配,并维持直流电压稳定。在五端MMC-MTDC系统中与相关文献中的改进下垂控制进行了对比仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：多端柔性直流输电系统自适应虚拟惯性频率调节自适应下垂控制功率分配直流电压稳定

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