(国网湖北检修公司特高压交直流运行检修中心 湖北宜昌 443000)
摘要：国家在不断的壮大发展，对于能源的使用也在逐渐增多，近年来，可再生能源特别是风电发展迅猛。直流电网是未来电网的重要组成部分。直流电网的潮流分布与潮流控制不仅关系着电力资源的配置方式，还与系统运行的安全稳定程度密切相关，是需要首先考虑的问题。文中结合直流输电技术的发展现状，对直流电网的电压控制方法和电流控制方法进行了分类和整理，明确了各种控制方法的优缺点和适用范围，为未来直流电网的潮流控制提供了思路。
关键词：多端柔性直流输电；最优潮流；直流控制策略
引言
目前基于电压源换流器的高压直流输电系统由于其可以独立控制有功与无功功率、不存在换相失败、可以作为黑启动电源的众多优点，成为学术界与工程界的焦点。应用电压源换流器构建的多端直流输电系统能灵活控制潮流，在电压极性不变下改变潮流方向，使得电压源换流器非常适合构建多端柔性直流系统。目前世界上已投运的多端柔性直流输电系统工程有舟山海岛供电工程和南澳接入示范工程。VSC－MTDC中由于换流站的增加，使站间协调控制变得更加复杂，如何实现直流换流站之间的协调控制是VSC－MTDC是否能稳定运行的关键。VSC－MTDC稳定运行的条件是系统的电压能保持在允许的运行区间内。
1多端柔性直流输电系统
VSC-MTDC主要由海上风电场的位置、海底电缆的铺设路径和陆地电网的接入点决定。图1所示的四端系统包括两个与海上风电场相连的风电场侧整流器WFVSC（windfarmrectifierbasedvolt⁃agesourceconverter）和两个与陆地电网相连的网侧逆变站GSVS（gridsideinverterbasedvoltagesourceconverter），并通过直流电缆将所有的换流站连接起来。风机可采用鼠笼式感应发电机、双馈风机或者全功率风机。各个风电场侧换流站需要安装在海上平台，而网侧变换器的数目则需根据实际需求安装。
2基于最优潮流的ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统控制策略总体思路
2.1广义下垂控制方式
目前，ＶＳＣ－ＭＴＤＣ系统常用的直流电压控制方式有定功率控制、下垂控制及定电压控制等。其中定功率控制的换流站受端、送端功率恒定，根据电压变化量调整输入、输出电流；下垂控制无需互联通信，可就地控制实现多个换流站之间的协调运行，但不能保证直流电压稳定在一个固定值；定电压控制能够使某一个换流站的直流电压稳定在一个设定值，且承担整个网络的功率平衡任务。鉴于３种控制方式适用情况不同，本文采用一种优化控制策略，保证系统运行在最优状态。广义下垂控制方式可将３种常用的控制方式恰当地描述为一个统一的整体，便于分析和理论研究，且更适合应用于结构较为简单、功率变化较大的ＶＳＣ－ＨＶＤＣ系统，如海上风电接入直流输电系统。
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2.2混合直流换流器技术
混合直流输电系统同时采用ＬＣＣ，ＶＳＣ或者全控型电流源型换流器（ＣＳＣ），因此混合直流的换流器发展取决于这三种换流器技术的发展。目前，ＬＣＣ技术发展已经非常成熟，而ＶＳＣ技术目前正处在快速发展中，ＶＳＣ依据桥臂的等效特性可以分为可控开关型和可控电源型两类。其中两电平、三电平换流器均为可控开关型，其通过脉宽调制（ＰＷＭ）技术控制电力电子器件的开通和关断，从而控制输出交流电压的幅值和相位。而ＭＭＣ则为可控电源型，其通过控制桥臂投入的子模块个数来改变等效输出电压或等效输出电流。ＶＳＣ技术目前存在一个突出问题，即无法在直流线路故障下实现交直流系统的隔离与恢复，因而ＶＳＣ技术目前正在酝酿新一代变革，其目标是解决直流线路故障后的隔离和恢复问题，同时降低换流器损耗。全控型ＣＳＣ与ＶＳＣ具有对偶关系，因此全控型ＣＳＣ也可以分为可控开关型和可控电源型两类，与ＶＳＣ通过控制输出的交流电压相位和幅值不同的是，全控型ＣＳＣ是通过控制输出的交流电流相位和幅值来实现有功和无功功率的控制。全控型ＣＳＣ技术在工业变频拖动领域应用广泛，但在高压直流输电领域还未得到应用。应用于高电压、大电流场合的全控型ＣＳＣ还有待进一步研究，包括换流器拓扑及控制技术、大功率的电流型电力电子器件的研究等。因此，混合直流输电的换流器技术的发展取决于ＶＳＣ技术和全控型ＣＳＣ技术的发展。
2.3利用柔性直流紧急功率控制消除交流线路过载
柔性直流输电系统有功功率调整响应快，可在几百ms内实现功率调整。为了解决柔性直流相邻的交流线路检修、事故方式下N－1出现的过载问题，可通过柔性直流紧急功率控制，在相邻交流电网出现过载时，紧急提高柔性直流输送功率，缓解交流线路过载压力。当柔性直流线路有功功率调整对交流线路支援作用较强时，应将调整柔性直流线路输送功率作为优选手段;而当柔性直流有功功率调整对该回线路输送功率影响不大时，则考虑其他手段来消除交流线路越限。
结语
本文主要研究了两种VSC-MTDC直流母线控制策略。在研究换流站电压-电流特性的基础上，提出了电压下垂控制策略，但下垂控制在风电功率注入减少时会导致母线电压下降，线路功耗增加。为了在宽功率范围内保持较高的输送效率，实现直流线路最小功耗，在添加不同换流站间通信的基础上，采用引入障碍函数的内点算法为GSVSC提供最优母线参考电压，实现系统线路损耗最小。最后通过算例分析研究了两种控制策略3种工况下的系统功率潮流，并做了故障分析；结果表明，两种控制策略都可实现系统稳定时母线电压的稳定控制，但最优电压控制在各种风况下的线路功耗更小。
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论文作者:陈旭,赵诗雅,王海军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/19
标签：电压论文; 功率论文; 柔性论文; 系统论文; 电网论文; 线路论文; 潮流论文; 《电力设备》2017年第25期论文;