一种基于超导储能的MMC-HVDC直流振荡抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于超导储能的MMC‑HVDC直流振荡抑制方法，此种方法将基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current，MMC‑HVDC)系统的直流侧并联超导磁储能装置(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)。本发明专利技术首先需要搭建一个MMC‑HVDC系统，然后判断MMC‑HVDC系统是否能够稳定运行，系统中是否存在直流振荡。若MMC‑HVDC系统正常运行，那么SMES装置处于待机模式，与系统互不影响；若MMC‑HVDC系统发生直流振荡，系统稳定性变差甚至失稳时，SMES装置投入运行。通过DC/DC变流器来控制绝缘栅双极晶体管S

【技术实现步骤摘要】
一种基于超导储能的MMC-HVDC直流振荡抑制方法
本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于超导储能的MMC-HVDC直流振荡抑制方法，结合超导储能的技术特点，用以抑制MMC-HVDC输电系统直流振荡，提高系统稳定性。
技术介绍
以风能、光伏为代表的新能源正逐步成为能源可持续发展的重要选择。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(ModularMultilevelConverterbasedHighVoltageDirectCurrent，MMC-HVDC)技术具备实现有功和无功的独立控制，为弱电网供电，换流器输出交流电压谐波含量少等优势，已成为大规模远距离新能源电能传输的主要方向。MMC-HVDC系统含有大量的功率换流器，这些功率换流器的恒功率负载特性会产生负电阻作用，降低系统阻尼，使系统的动态特性变差甚至导致系统振荡失稳。同时，直流电网中直流电抗器、直流线路、直流电容器等设备的等效电阻小，换流阀开关器件的触发延时、通信延时等外部因素均可能引起系统振荡。考虑到上述因素对系统稳定运行的影响，需要采取有效的措施来抑制系统振荡，保证输电系统安全、稳定运行。为了抑制MMC-HVDC直流侧振荡，提高系统的运行稳定性能，除了通过对换流器指令进行调制的控制策略以外，储能装置也是提高电网安全性和稳定性的有效途径。目前电力存储技术主要包括蓄电池储能、超级电容储能、超导磁储能、蓄水储能、飞轮储能等。而超导磁储能(SuperconductingMagneticEnergyStorage，SMES)因具有响应速度快、效率高、抗干扰能力强等特点，不仅可以用于抑制电网的低频功率振荡，改善电网的电压和频率特性，还可以用于功率因数的调节，实现电网的动态管理。SMES装置在电力系统的稳定性控制方面具有独特的优势，已经被应用于抑制交流电力系统中的谐振、抑制新能源发电波动等场合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于超导储能的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法，用于消纳MMC-HVDC系统的不平衡功率，抑制直流振荡。因为MMC-HVDC系统中的功率换流器具有恒功率负载特性，会产生负电阻作用，降低系统阻尼，使系统的产生振荡功率甚至导致系统失稳。本专利技术可以在不改变MMC-HVDC原有运行方式的条件下，完成对MMC-HVDC系统的直流振荡，提高系统稳定性能，响应迅速且振荡抑制效果较好。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于超导储能的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法，主要包括以下内容：本专利技术提供的一种基于超导储能的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法，它是基于MMC-HVDC系统实现的。所述MMC-HVDC系统包括两个模块化多电平换流站(ModularMultilevelConverter，MMC)，换流站MMC1工作在整流模式，换流站MMC2工作在逆变模式。换流站的交流侧连接强交流电网，直流侧通过直流电网连接。为了抑制故障电流上升率，保障系统运行过程中直流故障的正常清除，直流线路还串联了平波电抗器。所述MMC换流器有6个桥臂，每个桥臂由1个电抗器和N个子模块串联而成。MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块的数量，来满足不同的功率和电压等级的要求，便于实现集成化设计，节约成本。所述的SMES装置中的DC/DC变流器包括2个全控型器件—绝缘栅双极晶体管S1、S2，2个电力二极管D1、D2。DC/DC变流器能够两象限工作，无论变流器工作在整流状态还是逆变状态，都能确保电流在超导磁体中电流的流动方向不变。本专利技术提供的一种基于超导储能的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法，主要包括：将SMES装置通过系统的直流侧并联到MMC-HVDC输电系统中，通过对SMES装置充、放电的合理控制，维持系统功率平衡，抑制系统直流振荡，提高系统稳定性，实现系统的安全、稳定运行。所述的MMC-HVDC系统的控制结构主要由外环控制器和内环控制器组成。内环控制环节中，换流器均采用电流控制；外环控制环节中，整流站MMC1采用定直流电压和定无功功率控制，逆变站MMC2采用定有功功率和定无功功率控制。所述SMES装置中的超导磁体流过单向电流，DC/DC变流器中的绝缘栅双极晶体管S1、S2属于全控型器件，通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断，开关速度快，通流能力强，热稳定性好。DC/DC变流器通过控制绝缘栅双极晶体管S1、S2的导通与关断，来改变SMES装置的工作状态，从而提高系统稳定性。所述SMES装置的工作状态有三种：待机模式、充电模式和放电模式。当系统稳定运行时，SMES装置处于待机模式，S1打开，S2关断，直流电流在S1和D1的回路循环；当系统受到小干扰发生振荡时，SMES装置存在两种工作模式，一种工作模式是充电模式：S1、S2同时导通，超导磁体充电，吸收系统多余的能量；另一种工作模式是放电模式：S1、S2同时关断，使超导磁体的能量通过D1和D2回路流入直流电网。超导磁储能装置通过充、放电来消纳系统的不平衡功率，抑制系统振荡。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术中的柔性直流输电技术采用了MMC拓扑结构，MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块的数量来满足不用的功率和电压等级的要求，便于实现集成化设计，缩短项目周期，节约成本。2、本专利技术采用了SMES装置抑制MMC-HVDC系统的直流振荡，具有快速的响应速度、效率高、具有较强的抗干扰能力；3、本专利技术在MMC-HVDC系统直流电网中加入SMES装置，SMES装置能够在不改变系统换流器原有的控制策略下，消纳系统的振荡功率，抑制系统直流振荡；4、本专利技术中，当MMC-HVDC系统正常运行时，SMES装置处于待机模式，SMES装置与系统互不影响；当MMC-HVDC系统发生直流振荡时，SMES装置投入工作状态，完成MMC-HVDC输电系统的直流振荡抑制，消纳MMC-HVDC系统中的振荡功率，保证系统安全、稳定运行；5、整体看来，本专利技术对抑制MMC-HVDC系统直流振荡，提高系统稳定性具有显著效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本专利技术实例应用中基于超导储能的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法的流程图；图2是本专利技术实例应用中MMC拓扑结构图；图3是本专利技术实例应用中含有SMES装置的MMC-HVDC输电系统；图4是本专利技术实例应用中SMES装置的拓扑结构；图5是本专利技术实例应用中SMES装置的运行模式图，图5(a)表示SMES装置处于待机模式，图5(b)表示SMES装置处于充电模式，图5(c)表示表示SMES装置处于放电模式；图6是本专利技术实例应用中DC/DC变流器的控制框图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方案对本专利技术作进一步详细说明，此处公开的具体结构和功能细节仅出于描述示范实施例的目的。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超导储能的MMC-HVDC直流振荡抑制方法，所述MMC-HVDC系统包括两个模块化多电平换流站(Modular Multilevel Converter，MMC)，换流站MMC1工作在整流模式，换流站MMC2工作在逆变模式，换流站的交流侧连接强交流电网，直流侧通过直流电网连接。为了抑制故障电流上升率，保障系统运行过程中直流故障的正常清除，直流线路还串联了平波电抗器。所述MMC换流器有6个桥臂，每个桥臂由1个电抗器和N个子模块串联而成。MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块的数量，来满足不同的功率和电压等级的要求，便于实现集成化设计，节约成本。所述的SMES装置中的DC/DC变流器包括2个绝缘栅双极晶体管S

【技术特征摘要】
1.一种基于超导储能的MMC-HVDC直流振荡抑制方法，所述MMC-HVDC系统包括两个模块化多电平换流站(ModularMultilevelConverter，MMC)，换流站MMC1工作在整流模式，换流站MMC2工作在逆变模式，换流站的交流侧连接强交流电网，直流侧通过直流电网连接。为了抑制故障电流上升率，保障系统运行过程中直流故障的正常清除，直流线路还串联了平波电抗器。所述MMC换流器有6个桥臂，每个桥臂由1个电抗器和N个子模块串联而成。MMC电路高度模块化，能够通过增减接入换流器的子模块的数量，来满足不同的功率和电压等级的要求，便于实现集成化设计，节约成本。所述的SMES装置中的DC/DC变流器包括2个绝缘栅双极晶体管S1、S2，2个电力二极管D1、D2，DC/DC变流器能够工作在两象限。无论变流器工作在整流状态还是逆变状态，都能确保电流在超导磁体中的电流流动方向不变。
其特征在于，所述方法包括：在MMC-HVDC系统直流电网中安装SMES装置，通过控制绝缘栅双极晶体管S1、S2的导通和关断，来控制SMES装置的工作模式，消纳MMC-HVDC系统中的不平衡功率，从而抑制MMC-HVDC系统直流振荡，维持系统安全、稳定运行。为了能够有效抑制系统直流振荡，该方法包括以下步骤：
步骤1：首先需要搭建一个MMC-HVDC系统，MMC-HVDC输电系统主要包括两个模块化多电平换流器MMC，换流器的交流侧与强交流电网连接，换流器的直流侧通过直流电网连接起来，系统中加入锁相环环节，为控制系统定向公共点提供相位基准。
步骤2：在步骤1的基础上，需要判断MMC-HVDC输电系统是否运行在稳定状态，系统直流侧有无振荡产生。若MMC-HVDC系统正常运行，那么SMES装置处于待机模式，与系统互不影响；若MMC-HVDC系统发生直流振荡，系统的动态特性会变差，严重时会导致系统失稳，则根据需要SMES装置投入运行。
步骤3：在步骤2的基础上，根据电网的实际需要，调节DC/DC变流器中两个开关器件S1、S2的导通和关断，实现对超导磁体中充、放电电流的斩波控制。
步骤4：在步骤3的基础上，当MMC-HVDC系统稳定运行时，DC/DC变流器中的S1打开，S2关断，直流电流在S1和D1的回路循环。
步骤5：在步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文忠，丁安敏，周冠宇，吕清琛，赵雨，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37