柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用研究

劉延清

摘要：電力行業(yè)是保障民生最基礎(chǔ)最重要的行業(yè)，已經(jīng)為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。輸電系統(tǒng)作為電力行業(yè)的重要組成部分，一直是電力行業(yè)研究的重要課題。柔性直流輸電（VSC-MTDC）技術(shù)采用了電力電子的可控器件以及PWM調(diào)控技術(shù)，使得它比傳統(tǒng)的輸電方式更具有優(yōu)勢。本文重要研究了柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用問題，希望對于相關(guān)工作者起到一定的啟示作用。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè);輸電系統(tǒng);柔性直流輸電;風(fēng)電并網(wǎng)中;應(yīng)用

1.背景

電力經(jīng)過幾十年地發(fā)展，很多技術(shù)已經(jīng)很成熟了，現(xiàn)在中電承接的項(xiàng)目遍及世界上60多個(gè)國家和地區(qū)，極大地宣傳中國形象和中國實(shí)力。另一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對電力的需求越來越大，因此如何進(jìn)行電力傳輸是電力行業(yè)面臨的共同難題，在早些年前一直使用的交流傳輸技術(shù)，但是交流傳輸技術(shù)存在著很多問題，電力在傳輸?shù)倪^程中，損失很嚴(yán)重，但是直流傳輸并不存在著這些問題，因此這些年直流傳輸技術(shù)取得了很大的發(fā)展。

同時(shí)柔性直流輸電（VSC-MTDC）技術(shù)是在高壓直流傳輸?shù)募夹g(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用了全控器件，同時(shí)有著方便、靈活的優(yōu)勢，很快在業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用，本文在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用問題，希望為柔性的技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

2.VSC-MTDC控制策略概述

2.1 控制方法的分類

在電力行業(yè)，根據(jù)VSC之間的通信方式不同，可以將VSC-MTDC控制策略概括地分為兩類：第一類基于通信類型的控制系統(tǒng)，第二類基于無通信類型的控制類型?；谕ㄐ蓬愋偷目刂品桨敢话悴捎玫氖侵鲝目刂频姆绞?，具體的設(shè)計(jì)思路是將所有的換流站劃分為主站和從站的方式，其中主站的主要作用是用來當(dāng)作平衡點(diǎn)，在控制系統(tǒng)中需要維持直流電壓的穩(wěn)定以及系統(tǒng)中有功功率的平衡。但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，主站無法正常工作時(shí)，這時(shí)候需要從機(jī)代替從機(jī)來接受通信系統(tǒng)發(fā)送的通信信號，來控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)改變系統(tǒng)的控制方式。

無通信的控制策略主要包括了兩種控制策略，第一種控制策略是電壓裕度控制（直流電壓偏差控制），第二類控制策略是直流電壓下垂控制。電壓裕度控制是在主從控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展得到的，它是采用多點(diǎn)直流電壓控制的控制策略，也就是在多終端柔性直流輸電系統(tǒng)中至少擁有兩個(gè)VSC，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的直流電呀的控制能力。當(dāng)系統(tǒng)工作發(fā)生故障時(shí)或者系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載得到飽和是，這時(shí)候系統(tǒng)能夠迅速切換工作模式，將端子切換到其他的其他的控制模式，同時(shí)系統(tǒng)的另一個(gè)變流器站能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)化到直流電壓控制模式。圖1為電壓裕度的外回路控制器的結(jié)構(gòu)。

2.2 電壓裕度控制策略的缺點(diǎn)

電壓裕度的控制策略存在著很多的優(yōu)勢，但是它在實(shí)際的運(yùn)行過程中還是存在著很大的不足，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。在系統(tǒng)實(shí)際工作中，只有一個(gè)VSC在工作來保證直流供電的電壓恒定，從而維修系統(tǒng)的功率保持平衡，但是在這種模式下，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)對于外部信號的響應(yīng)過程會(huì)變慢。第二點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)的主控制器在開關(guān)的過程中，系統(tǒng)的電壓會(huì)在開關(guān)過程中產(chǎn)生一定的移位，這種移位信號會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生震蕩，從而影響系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)的潮流變化不穩(wěn)定時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓等級偏差較大。第三點(diǎn)，如果系統(tǒng)的電壓裕度過大，這樣同樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的直流電壓誤差過大，但是如果系統(tǒng)的電壓裕度選擇較小，但是這樣會(huì)造成電壓波動(dòng)劇烈，會(huì)造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。最后一方面，如果系統(tǒng)的VSC較多時(shí)，這時(shí)候就會(huì)有很多的VSC作為備用，同時(shí)也可以選擇更多的裕度電壓，但是這樣會(huì)造成設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)也會(huì)增加電壓的偏差程度。

2.3 直流電壓下垂控制

直流電壓下垂控制也是一種被廣泛使用的無通信的控制策略，它是主要應(yīng)用于電力波動(dòng)十分頻繁的柔性直流輸電系統(tǒng)。但是在實(shí)際工作過程中，它仍然存在著很多固有的缺陷。在使用直流電壓下垂控制策略很難精確控制系統(tǒng)的功率，同時(shí)該系統(tǒng)中的操作點(diǎn)也不固定，直流電壓下垂的斜率很大。

另外系統(tǒng)的功率分布特征相對較好，功率幾乎不會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致電壓很容易發(fā)生偏移，導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓質(zhì)量變差，如果直流電壓超過系統(tǒng)的容限時(shí)，很容易造成系統(tǒng)發(fā)生癱瘓。另一方面，如果直流電壓下垂的斜率很小的話，這時(shí)候直流電壓波動(dòng)相對較少，電力質(zhì)量變好，但是系統(tǒng)的功率分配能力就會(huì)降低。

3.柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 電壓裕度控制的實(shí)現(xiàn)

電壓裕度控制的實(shí)現(xiàn)過程是可以是通過模擬直流電壓控制和有源功率控制的切換過程。當(dāng)恒定的直流電壓與控制PI控制器的輸出固定有功功率控制器相等時(shí)完成切換過程，這時(shí)候控制方式是相互排斥的關(guān)系。同時(shí)這種這種切換是可以通過一個(gè)滯后比較器實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榭刂破靼l(fā)生控制指令是在直流電壓超過電壓裕度值一段時(shí)間后才進(jìn)行的，所以在電壓裕度值的兩側(cè)設(shè)置滯回比較器的兩個(gè)開關(guān)點(diǎn)。當(dāng)過渡點(diǎn)達(dá)到時(shí)，K值通過一個(gè)斜率較大的線性函數(shù)在0（固定有功功率）和1（固定直流電壓）之間切換，以避免直接開關(guān)引起的抖動(dòng)。

3.2 快速電壓裕度控制

電壓裕度控制包括3PI控制器（兩個(gè)固定直流電壓控制器和一個(gè)有源功率控制器）。轉(zhuǎn)換過程主要涉及到兩個(gè)階段，當(dāng)有源功率PI控制器為有源時(shí)，將集成其他PI控制器。達(dá)到了極限值。為了完成開關(guān)，積分步驟從極限值到反向變化，直到它等于主動(dòng)PI控制器的輸出。這種過慢的開關(guān)過程會(huì)導(dǎo)致直流電壓波動(dòng)過大?？梢酝ㄟ^快速電壓裕度控制采用雙曲函數(shù)實(shí)現(xiàn)快速切換來完成。

4.結(jié)語

綜上所述，直流輸電技術(shù)在未來有著良好的發(fā)展前景，同時(shí)柔性直流輸電系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢一定會(huì)在未來得到廣泛的應(yīng)用。本文主要分析了幾種常用柔性直流輸電技術(shù)，希望對于相關(guān)工作者有一定的啟示作用。

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