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摘要：柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。该文抛弃利用有功功率控制的方式，将风电场当作一个无源网络，将电压参考值取为定值。并利用此方法设计了四端柔性直流环网模型，其中加入了两个风电场和一个无源网络，以证明多端柔直系统可以连接不同地域风电场和没有电厂的偏远区域。并且在PSCAD/EMTDC上，将多端柔直并网模型进行了仿真模拟。结果表明，利用此控制方法的四端柔性直流可以稳定运行，故障时扰动较小。
关键词：光伏并网；多端柔性直流输电；故障穿越；控制策略；仿真分析
引言
随着光伏发电成本大幅度降低，我国西北地区大规模光伏电站迅速增多。目前，大规模光伏电站一般采用特高压交流外送方式，其优点是结构简单、技术成熟、可靠性高，但由于当地负荷水平较低，接入的地区电网短路容量相对较小，光伏电站随机波动的有功出力会造成电网无功失衡，进而导致沿途的母线电压大幅波动。柔性直流输电技术具有可接入弱电网、可向无源负荷供电、能够采用有无功解耦控制、具备电网黑启动、动态响应快、谐波特性优良且占地面积小等诸多优点，可实现太阳能等功率波动较大的新能源发电的大规模接入。根据结构的不同，柔性直流输电可分为两端和多端系统。前者仅能实现点对点功率传输，当一端换流站发生故障退出运行后，直流系统将失去输电能力。而后者可实现多点供电、受电功能，输电方式更加灵活、可靠，能够实现不同地区的光伏电站与电网互联。目前，国内针对风机经柔直并网的控制策略、运行特性和相关保护开展了大量研究，而对光伏经柔直并网的研究较少，随着我国光伏装机容量的不断增加，研究光伏经柔直并网对大规模光伏电站并网具有重要意义。本文利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了一个含两个光伏电站和一个无源网络的五端并联型柔性直流输电系统模型。基于该模型进行的一系列仿真结果表明，当光伏电站的输出功率发生波动时，五端柔直系统传输的有功功率可实现自动平衡；当电网发生三相短路故障时，光伏电站依然能够稳定运行，具有较好的故障穿越能力。
1光伏系统的控制策略
基于多端柔性直流输电并网的光伏系统采用定电压控制策略，将在当前光照强度、温度下MPPT输出的最大电压作为外环控制器的电压参考值，其与光伏阵列实际输出电压的差值经PI调节后生成内环有功电流参考值drefi，光伏系统以单位功率因数运行时无功电流参考值ref0qi。
1.1VSC-HVDC系统拓扑及控制
从广义上讲，VSC-HVDC指柔性直流输电系统，然而为了区分，通常将两端柔性直流输电系统称作VSC-HVDC，而将多端柔性直流系统称作VSC-MTDC。VSC-HVDC系统拓扑结构较为简单，两端换流站通过点对点连接实现有功功率的传输。早期出现的柔性直流输电工程多为这种两端结构。对于两端VSC-HVDC而言，系统拓扑的主要区别在于直流侧的接线方式不同。单级大地回线接线方式所示，系统直流侧只有一根导线，利用大地作为返回线，构成直流闭环回路。该接线方式可以减少线路造价，降低运行损耗，但对接地极附近的金属设备有腐蚀作用，不利于系统安全运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为避免大地回线产生的电解腐蚀，提高运行安全性，可用一根金属线代替大地回线，构成单极金属回线接线方式。该接线方式通常应用于电压不高、输送功率不大的情况。两端换流站直流侧中点可靠接地，则构成双极两端中性点接地方式。若直流输电线路故障，可通过特定控制将接线方式调整为单极大地回线方式，提高了系统运行的可靠性和灵活性。柔性直流系统中，各换流站可独立控制有功和无功这两类物理量。其中有功类物理量包括直流电压、直流电流和交流频率，无功类物理量包括无功功率和交流电压。在两端柔性直流系统中，必须有一端换流站采用定直流电压方式以保证系统的功率平衡，另一端换流站根据不同应用场合，如强交流系统、弱交流系统或无源网络，选取一组合适的有功和无功控制，构成整个直流系统的控制策略。风电场侧换流站需采用定频率控制；无源网络侧换流站需采用定频率和定交流电压控制方式。
1.2VSC-MTDC系统拓扑及控制
在两端基础上发展而来的多端柔性直流输电系统，含有多个整流站或多个逆变站，能够实现多电源供电和多落点受电，且可采用不同拓扑结构形成直流网络，极大地提高了直流输电系统的操作灵活性和系统可靠性，同时也利于大规模直流电网的后期扩展。VSC-MTDC的拓扑结构与系统控制策略和运行特性密切相关。多端柔性直流系统采用不同的拓扑结构，其运行可靠性、经济性和控制灵活性有较大差别，同时需要有合适的系统控制策略配合。
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，这使其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。
2.1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，因此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。文献针对采用VSC-MTDC实现异步互联的电力系统，提出一种能够实现一次调频的分散控制策略。文献中提出的控制策略的基础上进行了改进，采用协调控制方法使交流系统频率稳定到正常水平。文献提出了适合风电场接入的定有功功率和频率辅助控制策略。风速变化情况下，能自动调节风电场侧换流站的有功功率参考值，通过频率辅助控制使风电场频率稳定在50±0.25Hz范围内，针对VSC-HVDC互联的电力系统，提出一端交流系统发生较大频率变化时，另一端系统可通过VSC-HVDC进行频率调整的附加频率控制策略。
2.2阻尼控制
电压源型换流器较传统LCC-HVDC功率控制更为灵活、快速，因此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。利用VSC-HVDC的附加功率调制提高系统阻尼已有大量研究，控制器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。
结语
（1）与电网相连的换流器采用PQ控制可以起到主动调节柔直系统功率的作用，保证了多个光伏电站并入多端柔直系统运行的稳定性，当光伏电站出力波动时，多端柔直系统几乎不受影响。（2）当电网发生三相短路故障时，多端柔直系统可以保持功率平衡，直流电压稳定，并且光伏电站的运行几乎不受影响，可以完成故障穿越，可靠性较高。多端柔性直流输电是解决大规模光伏电站远距离并网输电问题的有效方法，该领域的研究对光伏发电行业的发展具有重要意义。
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论文作者:张佳丽
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/2
标签：系统论文; 柔性论文; 光伏论文; 功率论文; 电站论文; 电压论文; 无源论文; 《河南电力》2018年23期论文;