珠海三端柔性直流配电网的运行与控制研究

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以柔性直流技术构建的柔性直流配电网具有控制灵活、组网能力强大等特点,可作为解决未来城市电力供应问题的新方案。2018年12月,世界首个规模最大的多端交直流混合柔性配电网互联工程在广东珠海唐家湾成功投运,该工程通过三个模块化多电平(Modular Multilevel Converter,MMC)柔性直流换流站实现了区域中压交流配电网的柔性互联,对改善配网结构,构建未来能源互联网起到了领头示范性的作用。柔直配网的结构特点与运行方式与传统交流配电网存在本质性区别,本文将结合珠海三端柔直配网的结构功能,重点研究分析珠海三端柔直配网的运行控制策略。文章首先介绍了MMC换流阀、直流变压器和直流断路器三类关键设备的运行原理,研究了三端柔直配网的网络结构和设计特点,并分析了柔直配网的四种主要作用。然后,文章结合柔性直流换流站的控制原理,提出了换流站的分层控制逻辑,分析了换流站控制系统的物理配置架构,并根据分层控制体系要求设计了换流站级控制器和换流阀级控制器。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了鸡山1换流站单端仿真模型,测试了换流站的功率控制能力和电压控制能力,验证了分层控制体系的有效性。之后,文章针对目前柔直换流站采用的冗余控制策略所存在的不足,提出了一种基于外电源辅助充电的冗余控制方案,该方案能够大幅提高冗余模块的投入电压,减小冗余模块投入时系统的振荡幅度和稳定时间,并通过仿真对比验证了方案效果。最后,文章研究了主从控制策略下三端柔直配网的协调控制方式,分析了九种典型运行模式下柔直配网发挥的功能作用。针对现阶段柔直配网在紧急功率支援模式下可能存在的功率分配不定态问题,提出了一种基于无源侧有功功率反馈的控制策略,该策略能够按要求平衡换流站输出功率。针对主从控制在通讯系统故障情况下会失灵的不足,提出了将电压裕度控制策略引入鸡山2换流站以提高柔直配网的运行可靠性,设计了换流站的电压裕度控制器。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了珠海柔直配网的三端协调控制仿真模型,仿真验证了珠海柔直配网在主变负载均衡、区域潮流翻转和紧急功率支援三方面的功能作用;对紧急功率支援模式下功率分配的不定态现象进行了仿真分析,验证了所提出的基于无源侧有功功率反馈控制策略的有效性;搭建了鸡山2换流站的电压裕度控制器模型,仿真验证了电压裕度控制在提高柔直配网可靠性方面的作用。
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