淺談柔性直流輸電系統(tǒng)頻率控制

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1、淺談柔性直流輸電系統(tǒng)頻率控制徐榮軍(國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司362000)摘要：建立了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下向無源網(wǎng)絡(luò)供電的VSC-HVDC暫態(tài)數(shù)學(xué)模型，研究了兩種不同頻率控制對柔性直流輸電系統(tǒng)(VSC-HVDC)中擾動下電壓穿越能力的影響。基于PSCAD/EMTDC軟件對電網(wǎng)故障下兩種頻率控制方式的電壓工況進(jìn)行了仿真驗證，研究表明，使用可變頻率控制后，在三相電網(wǎng)故障中系統(tǒng)不會發(fā)生電壓崩潰或電壓過量下垂。一、VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)？VSC-MTDC系統(tǒng)是包含3個及以上的電壓源型換流站的直流系統(tǒng)。與雙端直流輸電系統(tǒng)只有一條直流傳輸線不同，V

2、SC-MTDC系統(tǒng)需要多條直流傳輸線。根據(jù)運行條件和設(shè)計要求的不同，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)主要有串聯(lián)型、并聯(lián)型和混合型3種接線方式。其中并聯(lián)型VSC-MTDC系統(tǒng)具有擴展性強、運行靈活性高、線路損耗小等特點，在多數(shù)工程中被廣泛接受。直流輸電線電阻較小且沒有電抗的特點使得并聯(lián)型直流網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的電壓近似相等。木文研究對象是如圖1所示并聯(lián)放射形3端VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)。圖中S1?S3為有源交流系統(tǒng)，裝機容量分別為384、288和288MW;VSC1與VSC2為整流站，VSC3為逆變站，額定容量分別為60、60和120MW;額定正負(fù)極直流電壓Ud

3、cref為200kV;取Udcref的±7.5%作為直流電壓波動的限定值。換流站有功功率以注入交流側(cè)為正方向。圖2給出了交流系統(tǒng)偏離正常頻率的限制時間圖。該圖表明，在49.8?50.2Hz的頻帶內(nèi)可持續(xù)運行;而在49.8Hz以下和50.2Hz以上的虛線面積是限時運行區(qū)；其他區(qū)域是禁止運行區(qū)。對于圖1所示互聯(lián)系統(tǒng)，假設(shè)一側(cè)交流系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷變化，由于換流站之間沒有通訊，定功率站的功率指令不能及吋改變，即其他交流系統(tǒng)無法通過VSC-MTDC進(jìn)行功率支援。負(fù)荷變化量全部由事故端系統(tǒng)承捫，只能依靠自身的調(diào)頻作用和負(fù)荷的功頻特性達(dá)到發(fā)電機組輸出

4、與系統(tǒng)有功需求的平衡。倘若事故端系統(tǒng)沒有良好的一次頻率響應(yīng)特性，會導(dǎo)致事故后系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)頻率過低（過高），其至進(jìn)入禁止運行區(qū)，從而使低周減載（高周切機）裝置動作，不利于系統(tǒng)的可靠運行?？梢?，VSC-MTDC系統(tǒng)采用定奮功功率控制吋，在隔絕各交流系統(tǒng)之間的相互影響方面有一定的優(yōu)越性；與此同吋，直流系統(tǒng)因?qū)涣鱾?cè)系統(tǒng)頻率不敏感性，無法在交流系統(tǒng)發(fā)生事故吋提供同步功率，輛牲了各交流系統(tǒng)相互支援的能力。倘若能讓VSC-MTDC各交流側(cè)系統(tǒng)都參與事故端系統(tǒng)的頻率調(diào)整，則整個系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性將進(jìn)-步得到改善。二、VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制在不需要通

5、訊的前提下，VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)共同參與事故端系統(tǒng)的頻率調(diào)整需要2個基本條件：一是所冇具備功率調(diào)節(jié)能力的換流器都參與直流網(wǎng)絡(luò)不平衡功率的調(diào)節(jié)；二是換流站可對交流側(cè)系統(tǒng)的頻率做出響應(yīng)。電壓源型換流器高度可控、靈活高效的特點，有功傳輸量改變時不需要無功裝置的投切配合。鑒于此，本文結(jié)合直流電壓斜率控制與附加頻率控制，提出一種用于VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制策略。2.1直流電壓斜率控制若同一吋刻直流網(wǎng)絡(luò)的不平衡功率只有單一換流站流承捫，可能會導(dǎo)致對與之相聯(lián)的交流側(cè)系統(tǒng)頻率發(fā)生較大變化。為使所奮具備功率調(diào)節(jié)能力的換流器都參與直流網(wǎng)絡(luò)不平衡功率

6、的調(diào)節(jié)，換流站應(yīng)運行于平衡節(jié)點狀態(tài)。直流電壓斜率控制策略的控制思路來源于交流系統(tǒng)中的調(diào)頻控制器，這種調(diào)整方式可以采用一條直流電壓與功率的關(guān)系曲線來表示，控制特性及控制器結(jié)構(gòu)分別如圖3—4所示。圖中：Pref表示有功功率指令值；Udcref表示直流電壓指令值；K表示P-Udc的斜率。er表示直流電壓偏差量，穩(wěn)態(tài)吋近似為零。直流電壓斜率控制器結(jié)合了功率控制器和直流電壓控制器的特點，蘇0的在于實現(xiàn)對換流站輸入交流功率控制的同時，實現(xiàn)直流網(wǎng)絡(luò)傳輸功率的平衡。圖3中直流電壓與直流功率間的斜率關(guān)系為：由式(4)可知，K決定了各換流站分捫直流網(wǎng)絡(luò)中不平衡功率量

7、的人小，較大的K意味著將分擔(dān)較小的不平衡功率，較小的K意味著分擔(dān)較多的不平衡功率。斜率K的取值一般換流器容量成反比關(guān)系。本文中Kl=0.2,K2=0.2,K3=0.1。直流電壓斜率控制策略不需要站間通訊，也不需要控制模式的切換，所冇具備功率調(diào)節(jié)能力換流站根據(jù)其所測得的直流電壓值按固定斜率調(diào)整功率指令值，共冋承擔(dān)直流網(wǎng)絡(luò)不平衡功率。2.2附加頻率控制1)在交流系統(tǒng)的頻率發(fā)生變化吋，換流站并不能對交流側(cè)系統(tǒng)的頻率變化做出響應(yīng)，交流側(cè)頻率的變化只能取決于本地發(fā)電機組的調(diào)頻能力和負(fù)荷的功頻特性。2)其他交流系統(tǒng)并不能通過VSC-MTDC進(jìn)行功率支援，未充

8、分利用整個互聯(lián)交流系統(tǒng)的頻率調(diào)整能力。結(jié)語本文提出一種VSC-MTDC互聯(lián)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制策略。該控制策略無需通信，通過附加頻率控制使換