【CSEE JPES】清华大学梅生伟等：基于虚拟同步发电机的多端直流输电系统频率调节与有功自适应下垂...

提示

自2015年创刊以来，经过3年时间的发展，CSEE JPES已刊出13期论文，9个专题，目前已被E-SCI、INSPEC、CSAD以及DOAJ数据库收录，并入选中国科技核心期刊。

以下为2017年第3期清华大学梅生伟教授等发表的论文，题目为'基于虚拟同步发电机的多端直流输电系统频率调节与有功自适应下垂控制'，欢迎关注！

基于虚拟同步发电机的多端直流输电系统频率调节与有功自适应下垂控制

王任，陈来军，郑天文，梅生伟

DOI：10.17775/CSEEJPES.2017.00040

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项目背景

　　基于电压源型换流器的高压直流输电技术（VSC-HVDC）因经济性和有功无功独立可控性，在远距离大容量输电领域得到广泛应用。然而，双端HVDC在灵活性和可靠性上表现出严重不足，而在此基础上发展而来的多端柔性直流输电（MTDC）技术，具备诸多优势。因此，MTDC技术具有重要的工程应用前景和理论研究意义。然而，已有的研究大多注重频率偏差，且主要为交流系统提供一次调频支撑，而较少地涉及惯性响应。同时，已有研究暂未考虑换流站交流侧输出功率变化而导致MTDC系统产生不平衡功率以及如何在各交流电网合理分配不平衡功率等问题。　　

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研究方法

　　(1) 自适应P-V下垂

        

　　自适应P-V下垂的控制目标可概括为：当某换流站因分摊直流电网内部不平衡功率而调整输出功率，导致自身所接交流电网频率变化较大时，需要适当减小下垂系数，以减少自己承担不平衡功率的比例；反之，当某换流站在分摊直流电网内部不平衡功率而调整输出功率，自身所接交流电网频率变化较小时，需要适当增加下垂系数，从而充分发挥自己承担不平衡功率以提供频率支撑的能力。为了保证交流电网的频率都在安全阈值内，应该增加频率裕度大的交流电网承担的不平衡功率的比例，同时，减小频率裕度小的交流电网承担的不平衡功率的比例。

　　(2) MTDC系统换流站控制

       

　　 MTDC系统中换流站需对其连接的交流电网的频率变化作出反应，不仅可以提供惯性支持，而且还可以参与其一次调频。通过VSG技术与有功和直流电压的自适应下垂控制来实现。　

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主要创新点和先进部分

　　（1）主要创新点

       

　　本文提出了一种基于虚拟同步发电机（VSG）的MTDC换流站的自适应有功功率与直流电压下垂控制方法，包含如下三个重要的特征：

      

　　1）该方法能够响应MTDC系统中交流电网的频率偏差，并且提供惯性与一次调频的支撑；

     

　　 2）该方法能够解决直流电压的偏差问题并对MTDC系统的不平衡功率进行合理分配；

      

　　3）该方法能够在MTDC系统的各交流电网的频率裕度的基础上，自适应地调节有功与直流电压下垂控制的下垂系数，由此使系统中各交流电网承担的不平衡功率更为合理。 

　　（2）MTDC系统中换流站的控制框图

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结果

　　仿真算例包括交流电网内负荷投切和风电场故障退出运行两种工况，为了展现所提控制策略的优势，另设两种控制方法作为对照，其控制方式为：

        

　　1）控制方法1(Control method 1, CM1)：P-f下垂和恒P-V下垂；

        

　　2）控制方法2(CM2)：VSG控制和恒P-V 下垂；

        

　　3）控制方法3(CM3)：VSG控制和自适应P-V 下垂。

       

　　 CM2之于CM1的优势在于提升电网惯性，降低交流电网的频率变化率；CM3之于CM2的优势在于可以自适应调整不平衡功率在各电网之间的分配。

工况 1: 负荷投切

图1 CM2和CM3两种模式下电网2和3在电网1负荷投切时频率变化

图2 CM1和CM2两种模式下电网2和3在电网1负荷投切时频率变化

工况 2: 风电场故障退出

图3 CM2和CM3两种模式下电网1-3在风电场2故障退出时频率变化

图4 CM1和CM2两种模式下电网1-3在风电场2故障退出时频率变化

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结论

　　本文提出了一种基于VSG的自适应的MTDC系统P-V下垂控制。当交流电网出现扰动时，MTDC系统中的换流站能够迅速调整其功率注入来减小系统频率变化率。同时，当交流电网通过P-V下垂控制参与到MTDC系统的不平衡功率调节中时，下垂系数可以随交流电网的频率裕度进行调整，该调整能够在频率偏差较小时增加这些交流电网不平衡功率分配的比例，并能在频率偏差较大时减小交流电网的不平衡功率分配比例。这有利于整个系统的稳定性。　　

引文信息

R. Wang, L. J. Chen, T. W. Zheng, and S. W. Mei, “VSG-based Adaptive Droop Control for Frequency and Active Power Regulation in the MTDC System,” CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 3, no. 3, pp. 260–268, Sep. 2017. 

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