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摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。海上风电直流输电，是基于高压直流相应的传输结构，借助交流汇聚，对通过变压器的电流进行升压处理，再借助海上换流站对之进行直流转换，并对岸上换流站进行传输，完成电能变化后，对电网进行输入。本文浅析了VSC-HVDC系统原理与数学模型，探究了VSC-HVDC系统控制特性及控制器设计，以期为海上风电直流输电控制策略提供借鉴。
关键词：海上风电；直流输电；控制策略
在海上风电并网中，相对于直流输电的传统技术，VSC-HVDC技术具有更强的可靠性和灵活性，但该技术的运行控制呈现出较强的复杂性。当前，VSC-HVDC技术系统主要对PI控制方式进行采用，能促进电力系统有效提升其运行性能。若系统运行状态出现变化，将大幅度削弱PI控制器实际控制效果。对此，有必要借助先进性较强的控制技术，促进控制器增强其控制性能。
一、VSC-HVDC系统原理与数学模型
环境因素对海上风力发电产生的影响相对较小。同时，海上风力发电具有丰富的风能资源，在近年来取得了巨大的发展成就。海上风电场与海岸距离越大，其风速也相应越大，且风力较为稳定。海上风电场具有更高的输出功率，且稳定性良好。在各类远距离输电方式中，相对于交流输电，高压直流输电更为经济可靠，且具有更强的稳定性[1]。因此，电压源型高压直流输电技术在海上风电中的应用日渐广泛。为加强对海上风电直流输电的有效控制，必须深入理解并全面掌握VSC-HVDC系统原理和数学模型。
1、VSC-HVDC系统原理
VSC-HVDC技术基于全控型功率器件的直流输电技术，该技术以各类可关断器件诸如IGBT、GTO等为特征，并对脉宽调制技术以及电压源控制器进行采用，该技术的优势在于独立调整功率[2]。该技术对电压源控制器进行使用，能将高压直流输电相应优势对配电网进行扩展，促进了HVDC实际应用范围的有效拓宽，在海上风电系统中的应用日益增多[3]。
2、VSC-HVDC数学模型
以VSC-HVDC为基础的高压直流输电系统模型，其整流侧以及逆变侧相应的VSC均对PWM方式进行采用，并实施调制，且二者的拓扑结构相同。为对直流输电系统实际运行状况进行有效改善，并确保输电系统在故障及干扰状态下，保持运行稳定，要对电压源换流器具备的快速调节这一特性进行有效利用。在运行实际过程中，对VSC- HVDC系统中相应的电压换流器进行操作，对交流系统增加其振荡阻尼，并对控制器进行合理设置，增强输电系统的稳定运行[5]。
直流输电线路相应的电流动态微分如下式（3）方程所示：
（3）
（4）
上式（3）方程的微分形式如下是（5）所示：
（5）
逆变侧VSC相应的微分表达式如下式（6）所示：
（6）
在上式（6）中， 表示整流侧VSC相应的调制信号设定值； 表示逆变侧VSC相应的调制信号设定值。基于上式（3）、（5）、（6），可知VSC-HVDC输电系统模型相应的数学表达式如下式（7）所示：
（7）
（17）
上式（17）即是整流侧VSC相应的定电流运行以及逆变侧VSC相应的定电压运行的非线性控制规律。
结语
综上所述，VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了广泛应用。本文以VSC-HVDC输电方式作为基础，对其控制器进行设计，并对非线性控制器进行采用。VSC-HVDC输电系统在遭受突发故障情况下，采用非线性控制器设计，能显著增强直流电压以及直流电流相应的动态性能指标，能有效减少振荡幅度，并缩短持续时间。因此，非线性控制器能实现对系统阻尼的有效增加，并对系统相应的暂态稳定性进行改善，并能确保系统快速实现对正常状态的恢复，实现对系统固有的动态性能的有效改善。
参考文献
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论文作者:王赫楠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/21
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