電壓下降方式下的多端系統(tǒng)上層控制

張明興，黃斯茜，盧紹強，李康

(西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

電壓下降方式下的多端系統(tǒng)上層控制

張明興，黃斯茜，盧紹強，李康

(西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

MTDC輸電系統(tǒng)不僅具有VSC-HVDC系統(tǒng)的一般特點，還具有多端系統(tǒng)特有的經(jīng)濟性和靈活性，但是其運行控制也相應(yīng)的更為復(fù)雜。通常需要本地控制器和上層控制器共同控制。重點討論了采用電壓下降方式的VSC-MTDC系統(tǒng)的上層控制器的設(shè)計。

VSC-MTDC;上層控制器;直流輸電

1 引言

適用于VSC-MTDC的控制方法主要有兩種運行模式:(1)電壓下降方式;(2)主從式控制方式。前者直流電壓控制質(zhì)量差，對于單個換流器無法實現(xiàn)定有功控制，后者雖然直流電壓調(diào)節(jié)和功率控制等性能都具有很好的剛性，但它要求高速的通信條件，還需要配置上層控制模塊，且系統(tǒng)的運行可靠性并不高［1］，不適用于長距離輸電的并網(wǎng)系統(tǒng)。文獻［2，3］提出的基于直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制方式，其實質(zhì)是若直流電壓偏差過大，備用VSC由定功率控制轉(zhuǎn)為定直流電壓控制，以維持VSC-MTDC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該控制方法不需通信，但采用基于直流偏差控制的功率控制器要同時進行高低直流電壓的調(diào)節(jié)，控制器稍顯冗余和復(fù)雜。

2 VSC-MTDC控制方式

多端直流輸電系統(tǒng)是指有含有3個及以上換流器的直流輸電系統(tǒng)。通常VSC-MTDC的控制系統(tǒng)分為以下兩種:

(1)本地控制:根據(jù)系統(tǒng)控制提供的指令，協(xié)調(diào)站內(nèi)換流器的整定值，并完成整定值到觸發(fā)脈沖的轉(zhuǎn)換。

(2)上層控制:優(yōu)化直流系統(tǒng)整體性能為換流器提供電流、電壓等指令。

本文重點討論VSC-MTDC系統(tǒng)的上層控制器設(shè)計。根據(jù)以上分析，為提高VSC-MTDC系統(tǒng)運行的可靠性，本章提出了基于直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制方式，這是一種不需要通訊的控制方式，能保證定直流電壓控制的換流器故障退出后，VSC-MTDC系統(tǒng)能繼續(xù)維持有功的平衡和直流電壓的穩(wěn)定，確保其他 VSC的正常工作。最后，利用 Matlab/Simulink對該控制方式進行了仿真分析，結(jié)果驗證了該控制方法的有效性。

3 上層控制器的設(shè)計

采用電壓下降控制方式的VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的上層控制器設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 適用于電壓下降控制方式的多端系統(tǒng)上層控制器

直流系統(tǒng)潮流整定模塊的作用是，根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化，對各個換流器所分配到的功率預(yù)定值進行及時地調(diào)整，并為換流器提供電流參考值Idcref。這就有可能使部分換流器的功率儲備減小甚至達到運行極限。針對這種情況時，給每一個換流器都預(yù)留一個功率(或電流)儲備值，這個值各不相同，視每一個換流器的工作要求而定。然后按照一個相同的功率(或電流)值，對所有換流器進行優(yōu)化調(diào)整。當系統(tǒng)的功率發(fā)生擾動時，按照預(yù)留的功率儲備值來分派負荷變化量，遵循能者多勞原則。功率儲備大的，分擔的多，儲備小的，分擔的少。因為是為了穩(wěn)定系統(tǒng)，平衡功率擾動，這樣，換流器的功率(或電流)裕度，就是上面說的儲備量，應(yīng)與壓降電阻成反比，即:

式中，PNn第n個換流器的額定功率;Pn對應(yīng)換流器的功率實際值;Rdroopn是壓降電阻，K表示常數(shù)。因此若想調(diào)節(jié)換流器穩(wěn)態(tài)功率，就調(diào)節(jié)Idcref的值就可以。而若想達到控制換流器之間的動態(tài)功率分配，平衡動態(tài)功率以及充分利用每個換流器的儲備功率容量的目的，就調(diào)節(jié)Rdroopn的值。另外，將直流電壓、電流等參考量引入到上層控制器的功率調(diào)節(jié)模塊，有助于對換流器運行狀態(tài)進行調(diào)整。

對于向無源網(wǎng)絡(luò)供電的多端VSC-MTDC輸電系統(tǒng)，同時是用采用恒定交流電壓控制方式的換流器為無源網(wǎng)絡(luò)供電。這樣的設(shè)置有個缺點，就是交流側(cè)負荷的波動會導致系統(tǒng)直流電流不確定的波動。另外造成該換流器不能參與動態(tài)功率的平衡。為了克服這一缺點，為系統(tǒng)上層控制器設(shè)置直流系統(tǒng)潮流整定模塊，由它根據(jù)向無源網(wǎng)絡(luò)供電的換流器的實際電流，計算給出該換流器的直流功率預(yù)測值。還換流器功率改變，必然會影響其他的換流器，因此直流系統(tǒng)潮流整定模塊也需要修改它們的功率整定值。

4 仿真分析

為了驗證采用電壓下降控制方式的VSC-MTDC系統(tǒng)的控制特性，對圖1所示的4端系統(tǒng)進行仿真分析。為了簡化分析，所有直流線路的電阻為零。圖中4個換流器都采用電壓下降控制方式，都是理想器件，容量和調(diào)節(jié)特性均相同，其參數(shù)如下表1所示。

表1 四端VSC-MTDC系統(tǒng)參數(shù)表

首先將所有換流器的下降電阻Rdroop均設(shè)為1Ω。系統(tǒng)開始穩(wěn)態(tài)運行，0.1s時，上層控制器的直流系統(tǒng)潮流整定模塊加大VSC3的功率儲備，其電流參考值Idref3的值上升為17.5A，這樣，其他換流器的功率儲備降低，進而引起電流參考值的下降。這樣的功率擾動導致VSC4達到運行極限，其參考電流越限。各個波形變化如圖2所示。為了消除功率擾動，平衡各換流器的功率，根據(jù)式子(1)，因為VSC1的儲備容量是VSC4的4倍，所以將VSC4的壓降電阻取為VSC1的4倍，4Ω。這樣，當再發(fā)生功率擾動時，VSC4的電流就不會越限。此時的仿真波形如圖3所示。

圖2 電壓下降控制方式的多端系統(tǒng)特性

圖3 電壓下降控制方式的多端系統(tǒng)特性

5 結(jié)論

通過以上分析可知，系統(tǒng)負荷功率波動時，各換流器會自動調(diào)節(jié)功率，系統(tǒng)運行狀態(tài)相對比較平穩(wěn)，不會輕易出現(xiàn)越限等問題。通過對的直流電流整定值的調(diào)節(jié)，達到控制換流器的穩(wěn)態(tài)功率的目的，而換流器的動態(tài)功率分配特性，就可以通過調(diào)節(jié)壓降電阻來實現(xiàn)。

［1］ LUWei-xing，Ooi B T．Multi-terminnal HVDC system for optimal acquisition of power in wind-farm using induction generators［J］．IEEE Trans．on Power Electronics，2002，17(4):558 －563．

［2］ HORLEN，ERIKSSON K．Electrical supply for offshore installations made possible by use of VSC technology［A］．CIGRESession 2002［C/CD］．Paris:CIGRE，2002:14 －117．

［3］ 李庚銀，呂鵬飛，李廣凱，等．輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與展望［J］．電力系統(tǒng)自動化，2003，27(4):77－81．

［4］ 王錫凡，方萬良，杜正春．現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析［M］．北京:科學出版社，2003．

［5］ 張重實，宋穎．多端直流輸電系統(tǒng)的控制問題［J］．中國電力，1996，29(7):54－57．

［6］ 韓民曉，肖湘寧，徐永海．柔性化供電技術(shù)［J］．電力系統(tǒng)自動化，2002(8):1 －5，50．

［7］ 屠卿瑞，徐政．多端直流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述［J］．華東電力，2009，37(2):4－5．

Multiport System Super-control of Drop-out Voltage W ay

ZHANGMing-xing，HUANG Si-qian，LU Shao-qing，LIKang
(Electrical Engimeering College，Jiaotong University of Southwest，Chengdu 610031，China)

MTDC transmission system has notonly general characteristics of VSC －HVD system，butalso spercal economy and flexibilty ofthemultiport system，but its operation control ismore compex．It is often controlled together by local controller and super controller．The paper discusses the super controller diesign of VSC － MTDC system to adopt the drop-out voltage way．

VSC－MTDC;super controller;direct current transmission

TM57

B

1004－289X(2013)03－0032－03

2012－05－02