基于模塊化多電平變流器的柔性直流輸電技術(shù)

劉 雋,賀之淵,何維國(guó),包海龍,季蘭蘭

(1.上海市電力公司技術(shù)與發(fā)展中心,上海 200025;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院,北京 100192)

傳統(tǒng)的基于電壓源換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)(VSC-HVDC)工程采用的低電平電壓轉(zhuǎn)換器(VSC)具有開關(guān)頻率高、輸出電壓諧波大、電壓等級(jí)低、需要無源濾波器和變壓器等缺點(diǎn),并存在串聯(lián)器件的動(dòng)態(tài)均壓等難題,多電平變流器通過電壓疊加輸出高電壓,并且輸出電壓諧波含量少,無需濾波器和變壓器,為了克服上述問題,提供了一種新的方案。2001年德國(guó)學(xué)者提出模塊化多電平變 流器 (Modular M ulti-level Converter, MMC)概念,這種模塊化結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性,容易實(shí)現(xiàn)冗余控制,并且可提供一個(gè)公共直流側(cè),更易實(shí)現(xiàn)背靠背連接方式,十分適用于VSC -HVDC輸電系統(tǒng)中[1-5]。

1 MMC柔性直流輸電技術(shù)的工作原理

圖1為模塊化多電平VSC子模塊及主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意。圖1中P點(diǎn)表示VSC正直流母線,N點(diǎn)表示VSC負(fù)直流母線,o點(diǎn)表示VSC假想的直流側(cè)中性點(diǎn)。

圖1 模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

VSC直流電壓為U dc,故P點(diǎn)相對(duì)于o點(diǎn)的電壓u Po為+U dc/2;N點(diǎn)相對(duì)于o點(diǎn)的電壓u No為-U dc/2。u a i,u b i,u c i(i=u,l)分別表示VSC每相上、下半橋臂的電壓,則可得:

式中:uao,ubo與uco分別表示VSC各相交流輸出端相對(duì)于直流側(cè)假想中性點(diǎn)“o”的電壓。

只要對(duì)VSC各相半橋臂電壓u a i,u b i和u c i (i=u,l)依照式(1)限定的那樣去施加,則在VSC的輸出端便能得到所期望的直流電壓U d c與交流電壓u ao,u bo和u co。由式(1)可得出:

由式(2)可知,VSC的三個(gè)橋臂具有相同的電壓Udc,又由于VSC具有嚴(yán)格的對(duì)稱性,3個(gè)橋臂具有相同的阻抗,因此直流電流I dc將在3個(gè)橋臂間均分,每個(gè)橋臂的直流電流為I dc/3,如圖1中的粗虛線所示。同理,各相輸出端電流ia,ib和i c將在各相上、下半橋臂間均分,如圖1中的細(xì)虛線所示。因此,可得VSC各相半橋臂暫態(tài)電流i a i,i b i和i c i(i=u,l),如式(3)所示:

變流器的各相由多個(gè)子模塊按照一定順序級(jí)聯(lián)組成,并按照一定的控制邏輯被觸發(fā),可使變流器交流側(cè)輸出期望的波形。圖1中,MMC的各相由4 s個(gè)子模塊組成,每相上下橋臂分別由級(jí)聯(lián)在一起的2 s個(gè)子模塊和一個(gè)電抗器構(gòu)成。單個(gè)子模塊的輸出電壓可以是0和U d,從而使變流器各個(gè)橋臂的輸出電壓可在0和2 sU d之間。

通過電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EM TDC對(duì)上述原理進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。VSC的電路拓?fù)淙鐖D1所示為三相等值電路。輸出端期望得到的直流電壓U dc為20 kV,交流電壓u ao的幅值為8 kV。VSC直流側(cè)負(fù)載電阻為200Ω,交流側(cè)連接阻抗負(fù)載,電阻值為100Ω,電感值為0.184 H。仿真得到電壓、電流波形分別如圖2至圖4所示。

2 系統(tǒng)的控制方式[6-8]

為了提高M(jìn)MC柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性,需要限制各個(gè)控制環(huán)節(jié)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的影響。通過將控制器分成幾個(gè)層次可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),同時(shí)也可以提高維護(hù)的方便性和靈活性。MMC柔性直流輸電系統(tǒng)與其他VSCHVDC的控制系統(tǒng)相同,大致可分成3個(gè)層次,從高層到低層分別為系統(tǒng)級(jí)控制、變流器控制和閥控制,各層的主要功能不同。

圖2 A相上、下半橋臂電壓u au與u al

圖3 直流電壓u d,正母線電壓+u dc/2,負(fù)母線電壓-u dc/2以及電壓u al,u ao

圖4 直流電流 I dc、A相交流電流i a,流過A相上、下半橋臂電流i au與i al

2.1 系統(tǒng)級(jí)控制

系統(tǒng)級(jí)控制為MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的最高控制層次,主要功能可包含下面一項(xiàng)或者多項(xiàng):①與電力調(diào)度中心通信聯(lián)系,接受調(diào)度中心的控制指令,并向通信中心傳送有關(guān)的運(yùn)行信息;②根據(jù)調(diào)度中心的指令,改變運(yùn)行模式及整定值等;③當(dāng)一個(gè)換流站有多個(gè)變流器并聯(lián)運(yùn)行時(shí),應(yīng)能根據(jù)調(diào)度中心給定的運(yùn)行模式、輸電功率指令等分配各變流器輸電回路的輸電功率,當(dāng)某一回變流器或者直流線路故障時(shí),應(yīng)重新分配其他回路的功率以降低對(duì)系統(tǒng)的影響;④快速功率變化控制,快速功率變化包括功率的提升和功率的回降,主要用于對(duì)直流所連兩端交流系統(tǒng)或并列輸電交流線路的緊急功率支援;⑤潮流反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)。

2.2 變流器級(jí)控制

變流器控制是MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的核心控制,通常采用雙環(huán)控制,分別為外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制。其中外環(huán)控制器接受系統(tǒng)級(jí)控制器發(fā)出的指令參考值,根據(jù)控制目標(biāo)產(chǎn)生合適的參考信號(hào),并傳遞給內(nèi)環(huán)電流控制器;內(nèi)環(huán)電流控制器接受外環(huán)功率控制器的指令信號(hào),經(jīng)過一系列的運(yùn)算得到變流器側(cè)輸出交流電壓期望的參考值,并送到閥控層。

變流器級(jí)控制的實(shí)現(xiàn)方式為矢量控制(Vector Control)。矢量控制結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,其響應(yīng)速度很快,很容易實(shí)現(xiàn)過電流等控制,適用于VSC -HVDC場(chǎng)合。

變流器控制主要的功能包括下面的一項(xiàng)或者多項(xiàng):①有功功率控制(Active Pow er Control);②直流電壓控制(DC Vo ltage Control);③無功功率控制(Reactive Pow er Control);④交流電壓控制(AC Vo ltage Control);⑤頻率控制(Frequency Control)。

針對(duì)一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,如系統(tǒng)一端為無源網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)、孤島供電等,還可以采用無源交流電壓控制(AC Voltage Control for Passive Netw ork)。為了抑制交流系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生的過電流和過電壓,防止因系統(tǒng)故障而損壞設(shè)備,控制系統(tǒng)中還應(yīng)包括負(fù)序電流控制,直流過電壓控制和欠電壓控制等環(huán)節(jié)。

2.3 閥控

閥控主要包括同步鎖相技術(shù)、電流平衡控制和直流側(cè)電容器電壓平衡控制等,它接收變流器控制器的信號(hào),完成最終的觸發(fā)任務(wù)。

2.4 新型模塊化多電平VSC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新型模塊化多電平VSC控制結(jié)構(gòu)包含3個(gè)不同的單元,即監(jiān)測(cè)單元、中央控制單元和換流閥單元,如圖5所示。

圖5 變流器控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

監(jiān)測(cè)單元負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的反饋與監(jiān)控,根據(jù)設(shè)定點(diǎn)值,反饋控制實(shí)時(shí)向中央控制單元提供數(shù)據(jù)。可利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)實(shí)現(xiàn)這一功能。中央控制單元的調(diào)制器實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡控制。輸出狀態(tài)控制器用以決定優(yōu)化的輸出狀態(tài),以及下一調(diào)制周期內(nèi)的運(yùn)行順序。

新型模塊化多電平VSC根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以選擇不同的調(diào)制策略,當(dāng)運(yùn)用高開關(guān)頻率調(diào)制(如SVPWM)時(shí),可使用PWM發(fā)生器功能計(jì)算開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間;當(dāng)運(yùn)用低開關(guān)頻率調(diào)制(如特定次諧波消除)時(shí),可使用開關(guān)角計(jì)算功能計(jì)算調(diào)制周期內(nèi)可關(guān)斷器件IGBT的觸發(fā)角度,并直接對(duì)應(yīng)于其觸發(fā)時(shí)刻。

換流閥單元由結(jié)構(gòu)相同的子模塊串聯(lián)而成,這些子模塊僅通過雙工光纖電纜與中央控制單元相連,將變流器中的低壓?jiǎn)卧c高壓?jiǎn)卧綦x,降低了相互影響,各子模塊接受中央控制單元以光電形式周期性地發(fā)來的觸發(fā)命令,同時(shí)將自身的電容電壓反饋中央控制單元。數(shù)據(jù)傳遞以及IGBT門極驅(qū)動(dòng)電路所需的能量由相應(yīng)子模塊的存儲(chǔ)電容提供。各個(gè)半橋臂的電流測(cè)量系統(tǒng)通過光纖與中央控制單元相連。

故障檢測(cè)指示會(huì)因故障類型的不同而不同,當(dāng)發(fā)生過電流故障時(shí),故障管理將自動(dòng)起用故障安全運(yùn)行模式,故障檢測(cè)發(fā)出與系統(tǒng)斷開指示;當(dāng)發(fā)生一些易矯正的數(shù)據(jù)傳輸故障時(shí),故障檢測(cè)將不會(huì)產(chǎn)生斷開指示,并通過故障診斷系統(tǒng)對(duì)誤差源進(jìn)行定位與保存,可在定期維修中將故障清除,以提高變流器的可用率及可維護(hù)性。

3 柔性直流輸電工程介紹

作為新一代直流輸電技術(shù),柔性直流輸電突出了全控型電力電子器件、電壓源變流器和脈沖調(diào)制三大技術(shù)特點(diǎn),解決了常規(guī)直流輸電技術(shù)的諸多固有瓶頸。它可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制,而無需無功補(bǔ)償;可以無需電網(wǎng)短路電流的支撐換相,從而用于對(duì)無源交流系統(tǒng)供電;可以兩站獨(dú)立控制和運(yùn)行,無需站間通信;可以在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)保持電壓極性不變,可采用干式交聯(lián)聚乙烯的直流電纜,減少了環(huán)境污染;可以實(shí)現(xiàn)近似正弦的交流輸出,濾波容量小、占地面積小、便于模塊化。根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn),柔性直流輸電技術(shù)適用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)、孤島供電、交流系統(tǒng)的異步互聯(lián)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、多端直流輸電以及城市配電網(wǎng)增容等領(lǐng)域。下面分別就上述應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)要介紹柔性直流輸電工程的應(yīng)用情況。

3.1 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)工程

風(fēng)電場(chǎng)的特點(diǎn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量較小(最大約5MW),機(jī)組臺(tái)數(shù)較多,并組必須將不同發(fā)電機(jī)的電能送到統(tǒng)一的電網(wǎng),機(jī)組互相間的有功功率分布將使系統(tǒng)局部波動(dòng)大,同時(shí)還需配合足夠的無功,因此采用柔性直流傳送有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

哥特蘭島是瑞典最大的島嶼,具有非常豐富的風(fēng)力資源,島上風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展,發(fā)電量從1994年的15 MW發(fā)展到1997年的48 MW。但是該島本身的用電量較小,多余的電力需要送出;另外,在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過程中需要吸收一定的無功功率,由于多機(jī)組的分散性,使電網(wǎng)的電壓質(zhì)量較差。

為了滿足風(fēng)電的發(fā)展需要和保證電壓質(zhì)量,在南斯敦的南斯變電站和瑞典北部港口城市維斯比附近的貝克斯換流站之間采用一條柔性直流輸電系統(tǒng),將哥特蘭島上的風(fēng)電資源送往大陸,工程于1999年秋季投入運(yùn)行,是世界上第一條商用的柔性直流輸電系統(tǒng)。該工程不僅將哥特蘭島的電能輸送到瑞典本土,而且提供了風(fēng)電場(chǎng)所需要的動(dòng)態(tài)無功功率支撐,解決了潮流波動(dòng)、電壓閃變和頻率的不穩(wěn)定問題,提高了相連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并有效改善了電能質(zhì)量,充分體現(xiàn)了柔性直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)良性能。應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的柔性直流工程還有泰伯格工程和瑙德工程。

柔性直流輸電系統(tǒng)所提供的獨(dú)立的有功和無功功率控制可以提高海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的可靠性,并抑制電壓波動(dòng)。而擠壓式電纜技術(shù)的使用可大大降低工程在海底和地下電纜鋪設(shè)的難度,極大地縮短施工時(shí)間,同時(shí)還降低了造成環(huán)境污染的可能性。

3.2 電網(wǎng)互聯(lián)工程

迪萊克特聯(lián)結(jié)工程連接了澳大利亞新南威爾士和昆士蘭兩個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)。由于全部采用了地下電纜來進(jìn)行傳輸,使得迪萊克特聯(lián)結(jié)工程在環(huán)境、外觀方面的不利影響都降到了最小。同時(shí),由于柔性直流輸電系統(tǒng)的良好可控性,使兩個(gè)電網(wǎng)之間的功率流動(dòng)可以得到精確、快速的控制。而且,由于每個(gè)換流站在傳輸有功功率的同時(shí)還可以提供獨(dú)立的無功功率,因此還可以對(duì)所連接的電網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)無功支撐能力。

使用柔性直流輸電更不局限于兩端系統(tǒng)必須有足夠的短路容量,在中等容量的互聯(lián)系統(tǒng)中采用柔性直流互聯(lián)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),尤其是故障情況和系統(tǒng)恢復(fù)階段,在交流系統(tǒng)受到分隔的情況下,柔性直流的特點(diǎn)更加突出。應(yīng)用于電網(wǎng)互聯(lián)的柔性直流工程還有伊格-帕斯背靠背互聯(lián)工程、克勞斯-桑德互聯(lián)工程、莫里聯(lián)絡(luò)工程、伊斯特互聯(lián)工程和卡普里維互聯(lián)工程。

3.3 孤島和弱電網(wǎng)供電工程

2005年投運(yùn)的挪威泰瑞爾柔性直流輸電工程用于從挪威的克爾斯奈斯換流站向泰瑞爾海上天然氣鉆井平臺(tái)上的用電設(shè)備供電,由于該平臺(tái)上所使用的氣體壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)時(shí)刻變化的,所以由柔性直流輸電系統(tǒng)的變流器直接向上面的變速同步電機(jī)進(jìn)行供電,使得同步電機(jī)的頻率和運(yùn)行電壓在一定的范圍內(nèi)變化。用于孤島供電的柔性直流輸電工程還有瓦爾哈工程。孤島供電的柔性直流工程投運(yùn)后,不僅每年可以減少二氧化碳排放量,還能顯著降低海上平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)費(fèi)用以及在海山使用燃?xì)廨啓C(jī)的危險(xiǎn)性,是可靠性高的供電方式。

3.4 城市供電工程

應(yīng)用于城市供電的柔性直流工程目前僅有在建的傳斯貝爾聯(lián)絡(luò)工程,該工程將電能從灣區(qū)東側(cè)堡換流站送到舊金山的波特雷羅換流站,工程為東灣和舊金山之間提供一個(gè)電力傳輸和分配的手段,以滿足舊金山的城市供電需求,增強(qiáng)城市供電的安全性。由于柔性直流輸電系統(tǒng)可以提高電網(wǎng)的可靠性、提供電壓支撐能力和降低系統(tǒng)損耗,因此將會(huì)改善連接這兩個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)安全性和可靠性。

4 上海南匯柔性直流輸電示范工程

4.1 工程概況

上海南匯風(fēng)電場(chǎng)位于南匯區(qū)濱海鄉(xiāng)大治河口北側(cè)沿海圍墾的灘涂上,是上海電網(wǎng)已建的規(guī)模最大的風(fēng)電場(chǎng),裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到16.5 MW。南匯風(fēng)電場(chǎng)通過2回35 kV線路經(jīng)35 kV大治站接入到220 kV南匯站。南匯柔性直流輸電示范工程選址于南匯風(fēng)電場(chǎng)與大治站之間,將并列運(yùn)行的兩條交流線路中的一條改造為柔性直流線路,采用電纜和架空線混合傳輸。南匯柔性直流輸電示范工程的兩個(gè)換流站之間通過長(zhǎng)度約為8 km的直流電纜連接;其中,書柔換流站通過3.6 km交流線路連接到大治變電站35 kV交流母線,風(fēng)電場(chǎng)換流站經(jīng)150 m電纜線路連接風(fēng)電場(chǎng)變電站35 kV交流母線。示范工程接入系統(tǒng)方案如圖6所示。

圖6 示范工程接入系統(tǒng)方案

上海南匯柔性直流輸電示范工程兩端換流站均采用模塊化多電平(49電平)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),額定直流電壓為±30 kV。具體參數(shù)如表1所示。

表1 示范工程變流器參數(shù)

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行方式

上海南匯柔性直流輸電示范工程的系統(tǒng)運(yùn)行方式主要包括以下三種:

(1)運(yùn)行方式一 南匯風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)治風(fēng)線3993接入大治開關(guān)站35 kV一段母線,治風(fēng)線3992備用,即風(fēng)電場(chǎng)單獨(dú)通過柔性直流與系統(tǒng)聯(lián)接。

(2)運(yùn)行方式二 治風(fēng)線3992和3993并列運(yùn)行,即柔性直流輸電線路和交流線路并列運(yùn)行將風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng),功率定值0～0.5 p.u。

(3)運(yùn)行方式三 南匯風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)治風(fēng)線3992接入大治開關(guān)站35 kV二段母線,治風(fēng)線3993備用,但各端換流站參與交流系統(tǒng)電壓/無功調(diào)節(jié),即柔性直流輸電線路以STATCOM方式運(yùn)行。

以上三種不同運(yùn)行方式可為MMC-VSC今后應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)、交直流電網(wǎng)并列運(yùn)行、電網(wǎng)無功控制以及孤島供電等方面提供技術(shù)支撐和相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

4.3 系統(tǒng)控制策略

示范工程的不同運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)不同的控制策略,具體各運(yùn)行方式的控制策略如下:

(1)運(yùn)行方式一 在該方式下,為滿足風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行要求改善系統(tǒng)側(cè)交流電網(wǎng)的運(yùn)行條件,從無功調(diào)節(jié)和電壓控制的角度出發(fā),柔性直流輸電系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)站采用定交流電壓控制,書柔站采用定無功功率控制或定交流電壓控制。這是因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)出力不可控制,為了實(shí)現(xiàn)有功平衡,要求風(fēng)電場(chǎng)站采用定交流頻率控制,書柔站采用定直流電壓控制。該運(yùn)行方式下柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制模式為風(fēng)電場(chǎng)站采用定頻率控制、定交流電壓控制;書柔站采用定直流電壓控制、定無功功率控制或定交流電壓控制。

(2)運(yùn)行方式二 在該方式下,為滿足風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行要求,改善系統(tǒng)側(cè)交流電網(wǎng)的運(yùn)行條件,從無功調(diào)節(jié)和電壓控制的角度出發(fā),柔性直流輸電系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)站應(yīng)采用定交流電壓控制,書柔站可采用定無功功率控制或定交流電壓控制。從有功平衡的角度,風(fēng)電場(chǎng)換流站和書柔站也可采用定有功功率控制或定直流電壓控制。考慮到直流輸電的特點(diǎn),即兩側(cè)不能同時(shí)采用定直流電壓控制或定有功功率控制。

該運(yùn)行方式下柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制模式為風(fēng)電場(chǎng)站采用定有功功率控制(定直流電流控制)或定直流電壓控制、定無功功率控制或定交流電壓控制;書柔站采用定直流電壓控制(定直流電流控制)或定有功功率控制、定無功功率控制或定交流電壓控制;風(fēng)電場(chǎng)站和書柔站不能同時(shí)采用定直流電壓控制(定直流電流控制)或定有功功率控制。

(3)運(yùn)行方式三 該方式下,柔性直流輸電系統(tǒng)以STATCOM方式運(yùn)行,不傳輸有功功率,僅參與交流系統(tǒng)電壓和無功調(diào)節(jié),因此為滿足風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行要求和改善交流電網(wǎng)運(yùn)行條件,柔性直流輸電系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)站采用定交流電壓控制,書柔站采用定無功功率控制或定交流電壓控制。該運(yùn)行方式下柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制模式為風(fēng)電場(chǎng)站采用定直流電壓控制、定交流電壓控制;書柔站采用定直流電壓控制、定無功功率控制或定交流電壓控制。

4.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上海南匯柔性直流輸電示范工程中采用直接電流控制方法,其原理如圖7所示。外環(huán)功率/電壓控制器基于輸入量與參考量的偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié),得到與有功功率相關(guān)的d軸電流分量和與無功功率相關(guān)的q軸電流分量,然后再將這些分量輸入到內(nèi)環(huán)電流解耦控制器內(nèi),最后通過坐標(biāo)變換后輸出VSC參考波,實(shí)現(xiàn)對(duì)VSC換流閥的控制。

圖7 MMC-VSC柔性直流示范工程控制策略原理

根據(jù)這一控制原理,可以采用圖8所示的MMC-VSC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中,外環(huán)功率控制可以實(shí)現(xiàn)定直流電壓控制、有功功率控制、定頻率控制、無功功率控制和定交流電壓控制等控制目標(biāo);內(nèi)環(huán)電流控制器可實(shí)現(xiàn)變流器交流側(cè)電流波形和相位的直接控制,以快速跟蹤參考電流; VBC閥控模塊實(shí)現(xiàn)橋臂子模塊電容電壓平衡控制以及產(chǎn)生各子模塊觸發(fā)脈沖功能。

圖8 MMC-VSC柔性直流示范工程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文對(duì)MMC-VSC直流輸電技術(shù)的基本原理、控制方式進(jìn)行了介紹,對(duì)世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié),概括了這種技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。給出了上海南匯柔性直流輸電示范工程的工程概況、運(yùn)行方式及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。上海南匯柔性直流輸電示范工程是國(guó)內(nèi)首個(gè)柔性直流輸電工程,也是國(guó)內(nèi)第一條基于模塊化多電平變流器的柔性直流輸電科技示范工程,該工程將為今后的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)、孤島供電、柔性直流交直流并列運(yùn)行、電網(wǎng)無功控制等提供有力的技術(shù)支撐和相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),同時(shí)為我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)研究和工程建設(shè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

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