適用于孤島風電外送的LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng)

李明,趙崢,孟沛彧,李探,向往,文勁宇

(1．國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司,北京市 102209;2．強電磁技術(shù)全國重點實驗室(華中科技大學電氣與電子工程學院), 武漢市 430074)

0 引 言

為了應(yīng)對能源危機并進一步實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型,我國制定了碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標。風電作為目前世界范圍內(nèi)最具前景的新能源之一,將在新能源發(fā)展中發(fā)揮主導作用[1-3]。截至2022年底,我國風電裝機占全國總發(fā)電裝機的14.23%,其中陸上風電占據(jù)主導地位[4]。

沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)風能與國土空間資源豐富,適合建設(shè)大規(guī)模陸上風電基地。以沙戈荒地區(qū)為重點建設(shè)大型新能源基地是我國落實“雙碳”戰(zhàn)略的重要舉措,“十四五”時期規(guī)劃建設(shè)的風光基地總裝機約2億kW,包括外送1.5億kW。

然而,沙戈荒地區(qū)無消納能力,大型新能源基地需采用直流遠距離送出的開發(fā)模式。不斷推進的新型電力系統(tǒng)建設(shè)給直流輸電系統(tǒng)帶來新的挑戰(zhàn):大規(guī)模風電基地接入后,送端交流電網(wǎng)網(wǎng)架更加薄弱,送端系統(tǒng)強度下降;沙戈荒地區(qū)甚至缺少就地常規(guī)水火電源,呈現(xiàn)為新能源孤島送出[5]。

為實現(xiàn)孤島風電接入,文獻[6-7]采用模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)作為送端換流站。MMC采用構(gòu)網(wǎng)型(grid forming,GFM)控制,建立穩(wěn)定交流電壓。張北四端電網(wǎng)和江蘇如東海上風電工程均采用柔性直流輸電方案實現(xiàn)孤島風電送出[8]。但MMC成本昂貴,且受限于現(xiàn)有器件制造水平,容量相對較小,難以實現(xiàn)大規(guī)模風電輸送。文獻[9-10]提出構(gòu)網(wǎng)型風機接入二極管整流器(diode rectifier,DR)的孤島風電送出方案,進一步提升了系統(tǒng)的經(jīng)濟性,且風機的構(gòu)網(wǎng)能力已經(jīng)過現(xiàn)場試驗驗證。然而陸上遠距離輸電多采用直流架空線路,DR由于缺乏控制能力而無法應(yīng)對直流故障。文獻[11-13]進一步提出了多種基于DR與MMC的混合型輸電系統(tǒng),但上述組合換流器仍適用于基于電纜的孤島風電送出,并未實現(xiàn)直流故障自清除,且組合式換流器的經(jīng)濟性仍有提升空間。

基于電網(wǎng)換相換流器的高壓直流輸電(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系統(tǒng)通流能力強、成本低且具備直流故障自清除能力,在遠距離大容量輸電的應(yīng)用場景下具有顯著優(yōu)勢[14-15]。因此,本文結(jié)合各換流站優(yōu)勢,綜合考慮技術(shù)性與經(jīng)濟性,提出了一種基于電網(wǎng)換相換流器-二極管整流器(line commutated converter-diode rectifier,LCC-DR)的混合型直流輸電系統(tǒng),用于沙戈荒地區(qū)的孤島風電輸送。其中,構(gòu)網(wǎng)型風機建立穩(wěn)定交流電壓并為電網(wǎng)換相換流器(line commutated converter,LCC)和DR提供換相電壓,LCC能夠有效實現(xiàn)直流故障穿越,DR可以進一步降低系統(tǒng)建造成本。

本文首先介紹了混合型輸電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)采用了LCC和DR串聯(lián)的方式,可有效實現(xiàn)大規(guī)模風電基地的接入。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)各換流器的數(shù)學模型,設(shè)計了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略。針對直流和交流故障情況,本文進一步分析了系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng),并提出了相應(yīng)的故障穿越策略。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平臺上建立了輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)模型,并進行了多種工況下的運行情況仿真驗證。

1 LCC-DR混合型輸電系統(tǒng)拓撲

本文設(shè)計的LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)采用對稱雙極接線方式。送端交流系統(tǒng)為無常規(guī)電源支撐的大規(guī)模風電基地,每臺風機經(jīng)690 V/66 kV/330 kV/750 kV的多級升壓匯集接入到交流母線。輸電系統(tǒng)送端采用LCC與DR串聯(lián)結(jié)構(gòu),LCC為高壓閥組,DR為低壓閥組。系統(tǒng)逆變側(cè)采用LCC換流器,接入負荷地區(qū)交流系統(tǒng)。整流側(cè)與逆變側(cè)通過特高壓遠距離架空線路連接,實現(xiàn)風電跨區(qū)輸送。為最大限度地減少交流諧波對系統(tǒng)的影響,LCC與DR換流站均采用12脈動換流器,并在兩端交流母線上配置濾波器?？紤]LCC換流器的典型參數(shù),該雙極輸電系統(tǒng)的電壓等級可以達到±800 kV,傳輸容量可以達到8 000 MW。

圖1 LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng)拓撲

根據(jù)實際工程運行數(shù)據(jù),同容量LCC和DR的成本分別為MMC的75%和70%,則在MMC與DR(或LCC)容量比例取1∶3時,MMC-DR[11-13]、MMC-LCC[15]和本文LCC-DR混合型換流器的成本分別為77.5%、81.3%和72.8%。由此可見,在陸上大規(guī)模風電經(jīng)架空線遠距離輸送場景下,LCC與DR串聯(lián)組合方式綜合了兩種換流器的優(yōu)勢,既可以實現(xiàn)直流故障清除,同時具備良好的經(jīng)濟性。

2 LCC-DR混合輸電系統(tǒng)控制策略設(shè)計

永磁同步風電機組的全功率換流器采用背靠背兩電平電壓源換流器(voltage source converter, VSC)結(jié)構(gòu),機側(cè)換流器(machine side converter,MSC)與網(wǎng)側(cè)換流器(grid side converter,GSC)不僅需要通過最大功率點跟蹤(maximum power point tracking,MPPT)控制實現(xiàn)正常運行期間的高效風力捕獲,還需要采用定直流電壓控制確保其直流電壓穩(wěn)定。研究表明,MSC采用定直流電壓控制可以實現(xiàn)風機內(nèi)部直流電壓與電網(wǎng)側(cè)動態(tài)變化解耦,從而使風機獲得更穩(wěn)定的運行效果[16-17]。在該種控制方式下,風機的風力機、發(fā)電機和MSC可以省略,簡化為GSC并聯(lián)直流電壓源,本文后續(xù)研究延用該簡化模型[18]。

除了控制風機發(fā)出的有功和無功功率,GSC還必須具備構(gòu)網(wǎng)能力,即根據(jù)指令值產(chǎn)生交流電壓的幅值和頻率,從而為LCC與DR提供穩(wěn)定的換相電壓[19]。因此,GSC的控制應(yīng)包含功率、電壓和電流三個控制環(huán)節(jié),如圖2所示。

圖2 風機GSC控制策略

電壓與電流控制環(huán)與文獻[20]中的交流電壓控制回路類似,即交流電壓dq分量指令值與測量值ugd、ugq經(jīng)PI環(huán)節(jié)得出交流電流的指令值,并最終由電流控制產(chǎn)生調(diào)制信號。

最外層的功率控制分為有功功率控制和無功功率控制,外層控制的合理設(shè)計是實現(xiàn)所有風電機組協(xié)調(diào)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

對于整流側(cè)LCC和DR,其正極直流電壓VdcL和VdcD可分別表示為:

(1)

(2)

式中:UL和UD分別為LCC與DR的換流變壓器閥側(cè)空載線電壓;α為LCC觸發(fā)角;Idc為整流側(cè)直流電流;Xr為LCC和DR的換流變壓器漏抗(假定二者相等)。

整流側(cè)的單極有功功率可進一步表示為:

(3)

式中:Vdci為逆變側(cè)直流電壓;Rdc為直流輸電線路電阻。

由式(3)可知,在逆變側(cè)直流電壓及輸電線路參數(shù)固定的情況下,LCC-DR混合型整流器傳輸?shù)挠泄β视善浣涣髂妇€電壓決定,且與交流電壓正相關(guān)。穩(wěn)態(tài)下輸入混合型整流器的有功功率等于風電場中各風電機組出力之和,因此風機有功功率與其交流電壓同樣存在正相關(guān)關(guān)系,依此可設(shè)計GSC有功控制外環(huán)。通過MPPT獲取的有功功率指令值與有功測量值Pg經(jīng)PI環(huán)節(jié)后疊加額定工況下d軸電壓指令值作為交流電壓d軸指令值。

為平衡LCC與DR消耗的無功,每臺風機必須具備無功控制能力;同時為了避免風機出現(xiàn)無功過載或無功環(huán)流,在控制器設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)遵從每臺風機無功功率標幺值相等的分配原則。因此,可以設(shè)計Q-ugq下垂環(huán)節(jié)以實現(xiàn)無功功率分配,并且為每臺風機設(shè)置相同的下垂系數(shù)kq。

由于孤島風電場為無源電網(wǎng),每臺風機均采用壓控振蕩器(voltage controlled oscillator,VCO)自主生成參考坐標系的旋轉(zhuǎn)頻率,并通過全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)信號生成初始相角。

需要指出的是,雙饋風電機組同樣可以實現(xiàn)上述控制目標,即本文拓撲對兩種主流風機均適用[21]。

整流側(cè)LCC與逆變側(cè)LCC的控制策略分別如圖3和圖4所示。其中,αr和αi分別為整流側(cè)和逆變側(cè)LCC的觸發(fā)角;γ為逆變側(cè)LCC的關(guān)斷角;βCV、βCI和βCG依次為定直流電壓、定直流電流和定關(guān)斷角控制輸出的逆變側(cè)LCC超前觸發(fā)角; MIN和MAX分別為最小值、最大值選擇環(huán)節(jié);上標“*”代表各電氣量的參考值。為逆變側(cè)LCC配置了低壓限流控制(voltage dependent current limiting,VDCOL)和電流偏差控制(current error control,CEC)環(huán)節(jié)。

圖3 整流側(cè)LCC控制策略

圖4 逆變側(cè)LCC控制策略

逆變側(cè)LCC在穩(wěn)態(tài)下采用定直流電壓控制,交流故障下的后備控制策略為直流電流控制和定關(guān)斷角控制。根據(jù)前述風機控制策略分析,整流側(cè)傳輸?shù)墓β视蒑PPT環(huán)節(jié)和GSC的外環(huán)功率控制決定,風電基地出力情況難以預(yù)測,整流側(cè)LCC無法采用定直流電流控制以維持額定功率傳輸。因此,整流側(cè)LCC應(yīng)采用定直流電壓控制以完成穩(wěn)態(tài)運行下LCC與DR的直流電壓分配。同時,為整流側(cè)LCC配置了交流故障下的定直流電流后備控制和直流故障下的強制移相環(huán)節(jié)。

3 直流故障特性與穿越策略

本節(jié)以正極系統(tǒng)為例,分析LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng)在直流故障后的響應(yīng)特性與直流故障穿越策略。

當混合型直流輸電系統(tǒng)的正極輸電線路發(fā)生接地故障時,故障點的電壓幾乎跌落至0。對于逆變側(cè),晶閘管的單向?qū)щ娦詫⒐收匣芈纷钄?使其無法向故障點提供短路電流。然而整流側(cè)仍能形成故障電流通路。

一種限制整流側(cè)短路電流的通用方法是LCC強制移相,利用整流側(cè)LCC輸出負壓的能力,即可快速釋放直流側(cè)儲存的能量,將整流側(cè)的直流故障電流減小為0。由于DR自身并無控制能力,其在直流故障期間仍輸出正壓,因此故障電流有效抑制的關(guān)鍵在于整流側(cè)LCC強制移相后輸出的直流電壓絕對值大于DR在故障期間的直流電壓。

根據(jù)上述分析并結(jié)合式(1)、(2),在直流故障發(fā)生后到故障清除的時間內(nèi),整流側(cè)LCC與DR的直流電壓應(yīng)始終滿足:

(4)

在直流電流限制為0時,應(yīng)繼續(xù)滿足LCC與DR的直流電壓之和不大于0以確保故障去游離,同時考慮到LCC與DR網(wǎng)側(cè)交流電壓相同且直流故障期間換流變壓器電壓比不變,式(4)可進一步表示為:

ULcosα+UD≤0

(5)

為防止整流側(cè)LCC換相失敗,一般限定其強制移相時觸發(fā)角不超過150°。據(jù)此可進一步確定LCC與DR閥側(cè)空載線電壓的最小比值為:

(6)

該比值同樣可以用于確定額定工況下整流側(cè)LCC與DR的直流電壓配置關(guān)系。

此外,直流故障期間故障極功率傳輸受阻,若由健全極轉(zhuǎn)帶功率,則健全極的最大直流電流將達到額定值的2倍,遠超其過負荷能力[22]。因此,直流故障期間還需要投入耗能裝置進行盈余功率吸收,本文參照張北柔性直流電網(wǎng)工程在送端交流母線上仿照SVC的拓撲通過降壓變壓器接入耗能電阻[23]。

綜上,直流故障穿越流程可總結(jié)為:1)故障檢測;2)檢測到故障發(fā)生之后,整流側(cè)LCC強制移相以清除故障電流,交流耗能裝置投入耗散盈余功率;3)待直流故障清除之后,保持上述控制策略150 ms,以完成故障電弧的去游離;4)去游離過程完成之后,整流側(cè)LCC恢復(fù)定直流電壓控制,隨后切除交流耗能裝置,系統(tǒng)恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài),直流故障穿越結(jié)束。

4 交流故障特性與穿越策略

4.1 受端交流故障

當直流輸電系統(tǒng)受端發(fā)生交流故障時,LCC逆變站的直流電壓會隨交流母線電壓的跌落而減小。若逆變側(cè)LCC此時仍保持穩(wěn)態(tài)下的定直流電壓控制,則其發(fā)生換相失敗的概率將大大增加,進一步對系統(tǒng)造成沖擊[24]。因此,當受端系統(tǒng)發(fā)生交流故障時,雙端LCC應(yīng)及時切換控制策略,削弱故障影響,并且當交流故障清除之后,LCC應(yīng)該切換回穩(wěn)態(tài)下的控制策略。

根據(jù)這一原則,本文第二節(jié)參照CIGRE直流輸電系統(tǒng)標準測試模型設(shè)計了受端交流故障下整流側(cè)與逆變側(cè)LCC的后備控制及其切換策略[25]。受端發(fā)生交流故障后,由于系統(tǒng)直流電壓跌落,整流側(cè)LCC定直流電流控制自動投入,提升其觸發(fā)角以限制直流電流的增大。逆變側(cè)LCC的控制目標從定直流電壓切換為定關(guān)斷角,以降低暫態(tài)過程中換相失敗的概率。當受端交流故障清除后,整流側(cè)與逆變側(cè)LCC切換回穩(wěn)態(tài)下的定直流電壓控制,系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運行。

圖5 風機GSC控制切換策略

4.2 送端交流故障

由式(1)—(2)可知,送端交流故障引發(fā)的交流電壓跌落將導致LCC與DR直流電壓下降,若交流電壓下降很小,則整流側(cè)LCC可以通過快速減小觸發(fā)角使直流電壓恢復(fù)。此時風機同樣需要按照圖5切換其控制策略,為送端系統(tǒng)提供電壓支撐。

當交流電壓跌落幅度較大時,整流側(cè)LCC的觸發(fā)角達到最低限制,可能造成系統(tǒng)功率傳輸中斷。此時逆變側(cè)LCC的后備定電流控制投入,降低逆變側(cè)LCC的直流電壓,從而在一定程度上維持系統(tǒng)的直流電流和直流功率。

此外,交流電壓嚴重跌落將導致風電機組內(nèi)部功率不平衡,可能造成風機脫網(wǎng)。實際工程中可參照文獻[29-31]為風電場配置低壓穿越裝備與協(xié)調(diào)控制策略,如DC Chopper、Crowbar電路和槳距角控制等,有效保障風力發(fā)電系統(tǒng)安全并網(wǎng)運行,實現(xiàn)風電機組低壓穿越。由于本文研究采用風電機組簡化模型,因此暫不涉及風電機組低壓穿越問題。

5 仿真驗證

5.1 算例介紹

在PSCAD/EMTDC中搭建如圖1所示的±800 kV/8 000 MW LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng)仿真算例。其中,根據(jù)CIGRE標準模型搭建LCC與DR換流器,根據(jù)文獻[32]建立風機模型,架空線路參數(shù)與文獻[14]中保持一致。根據(jù)式(6)的直流電壓約束并考慮一定裕度,將單極LCC的額定直流電壓設(shè)置為450 kV。

為更貼進工程實際,總裝機容量為8 000 MW的風電場包含4種容量的風機:10臺容量為20 MW的風機經(jīng)π型等值線路相連,采用鏈型連接方式[33],每臺風機間距離為1 000 m,編號依次為W1.1—W1.10;2臺容量為400 MW的等效風機,編號分別為W2.1和W2.2,每臺風機間距離為4 000 m;2臺容量為2 000 MW的等效風機,編號分別為W3.1和W3.2,每臺風機間距離為6 000 m;1臺3000 MW等效風機,編號為W4,經(jīng)15 000 m線路連接至交流母線。測試系統(tǒng)的參數(shù)如表1所示。

表1 輸電系統(tǒng)參數(shù)

5.2 輸電系統(tǒng)啟動過程仿真

為簡化啟動過程,假定風機中有能量存儲且機側(cè)換流器已經(jīng)建立穩(wěn)定直流電壓[9],系統(tǒng)啟動流程如表2所示,圖6給出了混合型輸電系統(tǒng)的啟動過程仿真結(jié)果。

表2 啟動過程時間表

圖6 啟動過程仿真結(jié)果

首先,閉合風機W1.1與交流母線間的開關(guān),并由逆變側(cè)LCC建立系統(tǒng)直流電壓。0.50 s時,風機W1.1的網(wǎng)側(cè)換流器解鎖,建立送端系統(tǒng)交流電壓并開始輸出有功功率,同時整流側(cè)LCC解鎖,定直流電壓控制啟動。由式(3)可知,此時系統(tǒng)傳輸功率較低,風機建立的交流電壓同樣低于額定值,約為0.85 pu。為防止整流側(cè)LCC達到最小觸發(fā)角限制,將其直流電壓指令值設(shè)置為0.95 pu。

1.00～8.00 s,各風機依次閉合開關(guān)并解鎖控制,同時輸出額定有功功率,如圖6(a)所示。隨著風電場有功出力的上升,系統(tǒng)直流電流上升,送端交、直流電壓逐漸達到額定值,如圖6(b)—(d)所示。

各風機采用VCO生成頻率并通過GPS同步,因此在整個啟動過程中,送端系統(tǒng)頻率均維持在50 Hz附近,如圖6(e)所示。

5.3 風電出力波動仿真

系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行至11.00 s時,通過改變GSC的有功功率指令值,可以調(diào)整風電場有功功率,各風電機組出力變化情況如表3所示,仿真結(jié)果如圖7所示。

表3 風電出力變化時間表

圖7 風電出力波動仿真

圖7(a)展示了各風電機組的出力變化情況,隨著風機出力下降,系統(tǒng)直流電流同樣下降,進一步導致整流側(cè)直流電壓下降,如圖7(b)—(c)所示。由于本文整流側(cè)LCC采用定直流電壓控制,故直流電壓波動將由DR承擔,DR直流電壓的變化趨勢與風電出力變化趨勢相同。由圖2中GSC的控制策略可知,功率指令值下降將導致交流電壓下降,圖7(d)中的仿真結(jié)果與理論分析吻合。在壓控振蕩器作用下,系統(tǒng)的頻率可以較好地維持在50 Hz。

5.4 直流故障仿真

LCC-DR混合型輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行至9.99 s時在送端換流站出口處發(fā)生正極對地故障,故障電阻0.1 Ω,故障持續(xù)時間為0.25 s,故障維持電流為0.01 kA。交流耗能裝置分為兩組,經(jīng)一臺110 kV /750 kV升壓變接入交流母線。耗能電阻最大需要耗散4 000 MW盈余功率,因此每組單相耗能電阻阻值為18.15 Ω[23]。系統(tǒng)直流故障穿越過程如圖8所示。

圖8 直流故障仿真

直流故障發(fā)生后,經(jīng)過10 ms的故障檢測與通信延遲,整流側(cè)正極LCC強制移相,同時投入交流耗能裝置。為防止直接采用較大觸發(fā)角導致?lián)Q相失敗,先將觸發(fā)角設(shè)置為125°,再逐漸增大至145°,如圖8(a)所示。

由圖8(b)—(c)可知,強制移相后,LCC輸出負電壓,抵消DR在直流故障期間輸出的正電壓,從而抑制故障電流,最終在200 ms內(nèi)清除故障電流。

故障電流清除后,繼續(xù)保持上述控制以完成故障點去游離。隨后,整流側(cè)LCC于10.35 s恢復(fù)定直流電壓控制,耗能裝置分別于10.40 s和10.50 s分兩組切除,其投切信號與耗能結(jié)果分別如圖8(d)—(e)所示。故障期間兩組耗能電阻分別吸收能量800 MJ和1 000 MJ,實際工程中,可以根據(jù)耗能電阻能量限制選擇主動降低風電出力或切除部分風電機組。

由圖8(f)—(h)可知,直流故障期間,風機仍能維持交流電壓在額定值附近,因此故障清除后系統(tǒng)能快速恢復(fù)正常運行。此外,由仿真結(jié)果可知,正極發(fā)生直流故障后,負極仍能保持直流電壓穩(wěn)定與有功功率傳輸。

5.5 交流故障仿真

5.5.1 受端交流故障

在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行至10.00 s時,對逆變側(cè)交流系統(tǒng)施加三相交流故障,使其交流電壓跌落到額定值的50%,持續(xù)時間為0.10 s。仿真結(jié)果如圖9所示。

從圖9的仿真結(jié)果中可以看出,受端交流故障發(fā)生后,其交流電壓大幅跌落,關(guān)斷角也立刻降為0,說明發(fā)生換相失敗,進一步導致直流電壓跌落,逆變側(cè)LCC自動切換為定熄弧角控制,從而避免連續(xù)換相失敗。整流側(cè)LCC在故障發(fā)生后自動切換為定直流電流控制,其觸發(fā)角增大到135°,抑制直流電流上升。

交流故障初始階段,隨著直流電流與LCC觸發(fā)角增大,送端換流站無功需求上升,送端交流電壓下降。為避免風機脫網(wǎng),GSC在故障發(fā)生后20 ms按照圖5指示切換控制策略[34],在送端換流站無功需求上升時增加無功輸出,在無功需求減小時吸收盈余功率,從而將送端交流電壓峰值限制在850 kV(1.13 pu)。

5.5.2 送端交流故障

與受端交流故障類似,在10.00 s時對送端交流系統(tǒng)施加三相短路故障,故障持續(xù)時間為0.10 s,系統(tǒng)在故障期間的運行情況如圖10所示。

圖10 送端交流故障仿真

送端交流故障發(fā)生后,母線電壓跌落至額定運行時的50%,跌落程度較大,整流側(cè)LCC達到其最小觸發(fā)角限制,直流電壓同樣跌落。逆變側(cè)LCC后備定電流控制投入,快速降低受端直流電壓,消除了直流電流斷流風險,系統(tǒng)仍具備一部分功率傳輸能力。圖10(f)展示了風電機組輸出的無功功率和送端換流器吸收的無功功率,由于故障期間功率傳輸受阻,LCC與DR的無功需求減少,而風電機組則輸出大量無功功率以支撐交流電壓。故障期間,系統(tǒng)的頻率同樣出現(xiàn)較大波動。故障清除后,系統(tǒng)可以快速地恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。

6 結(jié) 論

本文提出了一種適用于孤島風電大規(guī)模外送的LCC-DR混合型直流輸電系統(tǒng),設(shè)計了系統(tǒng)在暫穩(wěn)態(tài)下協(xié)調(diào)控制方案。該混合型輸電系統(tǒng)能夠有效地解決沙戈荒地區(qū)新能源大規(guī)模遠距離輸送中面臨的問題,為新能源開發(fā)提供了一種可靠選擇。其主要特點有:

1)LCC-DR混合型輸電系統(tǒng)充分發(fā)揮各換流器的優(yōu)勢,兼顧了經(jīng)濟性與運行可靠性。

2)風電機組采用電壓-頻率構(gòu)網(wǎng)型控制,為孤島系統(tǒng)建立穩(wěn)定交流電壓,同時各機組均附加功率控制外環(huán),以實現(xiàn)多臺風機間的電壓和功率協(xié)調(diào)。

3)通過合理配置LCC與DR的額定直流電壓,串聯(lián)組合方式可以實現(xiàn)直流故障自清除,同時具備良好的經(jīng)濟性。

4)通過時域仿真,驗證了系統(tǒng)對于交流故障和直流故障都具有穿越能力。