VSC-LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法和系统技术方案

本发明专利技术公开VSC

【技术实现步骤摘要】
VSC
‑
LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法和系统


[0001]本专利技术属于高压直流输电
，更具体地，涉及VSC
‑
LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法和系统。

技术介绍

[0002]高压直流输电系统逐渐得到重视和发展，被广泛应用于远距离输电、孤岛输电和异步电网间的互联等场景。高压直流输电系统中换流器种类分为两种类型：基于晶闸管技术的换流器(Line Commutated Converter，LCC)和基于全控型器件IGBT技术的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)。传统的直流输电系统基本采用LCC换流器，虽然其传输容量大、成本低廉、技术成熟，但其也具有以下主要的缺陷：(1)逆变站易换相失败，LCC换流器的开关器件为半控型器件，换相方式为电网换相。当电网电压发生波动和短路故障将会使逆变站的LCC换流器发生换相失败，严重影响电力系统安全稳定运行。(2)不能连接在弱交流系统，传统高压直流输电系统(LCC
‑
HVDC)无法与弱交流系统稳定传输能量。(3)滤波器占地面积大，无功功率消耗大，需要配备大容量滤波器。综上所述，传统高压直流输电系统(LCC
‑
HVDC)的劣势一定程度上限制了它的大规模运用。
[0003]随着现代电力电子技术的快速发展，基于电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)技术发展逐渐成熟。相比于传统LCC换流器，VSC换流器具备的优势有：(1)模块化程度高，可拓展性好和运行维护的难度低；(2)运行灵活，MMC具备独立调控无功功率和有功功率的能力；(3)输出波形畸变率低，无需配备大容量滤波器。但VSC换流器开关损耗较大、造价高的缺点。
[0004]混合直流输电系统兼具两者优点，其不仅具有LCC
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HVDC传输容量大，而且兼具VSC控制灵活的优点等特点。混合直流输电技术结合了传统直流输电技术和柔性直流输电技术的优势，克服了二者的缺陷。级联混合直流输电拓扑结合了LCC损耗小、运行技术成熟以及VSC可以向无源网络供电、降低LCC发生换相失败概率的优点。由于级联混合直流系统中VSC换流器和LCC换流器相互级联，相互耦合。
[0005]由于连接孤岛风场的柔直换流器VSC2均工作在频率
‑
电压下垂运行模式，换流器输入的功率取决于海上风电场所发出的功率，风电功率波动将会造成直流电压波动，需要采用换流器VSC1的电压控制来维持直流系统的能量平衡。换流器VSC2连接风电无源系统具有功率突变特点，VSC1能否始终维持送端直流电压稳定性至关重要。因此，计算出不同工况下的级联混合直流系统中VSC1稳定运行区间，将会大大提高系统稳定运行的可靠性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了VSC
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LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法和系统，其目的在于在送端换流站接入无源风机系统的有功功率输出大规模波动情况下，得到换流器VSC1维持混合直流系统电压稳定的运行区间，提高系统
稳定可靠运行具有重要的意义。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种VSC
‑
LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法，所述VSC
‑
LCC级联型混合直流系统中送端采用LCC和VSC级联，送端多个VSC直流侧并联连接，送端至少一个VSC1采用定直流电压控制，交流侧连接交流电网，至少一个VSC2采用电压
‑
频率下垂控制，交流侧连接风电场，送端LCC采用定直流电流控制，该方法包括：
[0008]S1.确定送端风电场的传输功率区间，将传输功率区间的每个有功功率输入送端VSC2作为一种工况；
[0009]S2.对于每种工况，进行以下处理：
[0010](1)根据受端换流器的运行方式，确定受端直流电压；
[0011](2)通过送端LCC直流电流参考给定值，计算对应送端直流电压和送端LCC的功率因数角，得到LCC的有功功率；
[0012](3)将送端LCC和所有VSC均视为等效负荷处理，结合交流滤波器与无功补偿的等值导纳、送端交流系统等值阻抗、LCC的有功功率，根据KCL构建等值负荷处理下的交流节点PCC电压方程；
[0013](4)求解上述电压方程，当同时满足以下条件时：
①
交流节点PCC电压存在稳定解；
②
送端VSC1交流侧基波电流有效值和送端LCC触发角满足安全约束条件，将(送端风电场的传输功率，送端VSC1传输功率)作为稳定运行点；
[0014]S3.所有稳定运行点构成送端VSC1的稳定运行区间。
[0015]优选地，送端LCC的有功功率和无功功率计算公式如下：
[0016][0017]其中，U
dR
、U
dI
分别表示送端、受端直流电压，R
d
表示直流电阻，I
d
表示送端LCC直流电流参考给定值，正方向为整流侧向逆变侧，表示送端LCC功率因数角，U
d0
表示送端LCC空载直流侧电压，U1表示送端LCC所连接交流母线线电压有效值。
[0018]有益效果：本专利技术通过受端的直流电压、直流电流、送端换流器LCC的相关参数，从而求解出LCC的传输功率。
[0019]优选地，根据KCL构建等值负荷处理下的交流节点PCC电压方程：
[0020][0021][0022]其中，A1、M1、C1、A2、M2、C2、B、ρ均为中间变量，没有物理意义，R
sys
、X
sys
分别表示电力系统等值电阻和电抗，Y
R
、B
R
分别表示交流滤波器与无功补偿等值导纳的实部和虚部，P
LCC
表示送端LCC的等值有功功率，P
VSC
、Q
VSC
分别表示送端所有VSC的等值有功功率和无功功率，U
sys
表示电力系统等值电压，k
d0
表示送端LCC交流侧空载电压与PCC电压的比值，U
d
表示送端VSC直流侧电压，x表示PCC电压U
PCC
的实部，y表示PCC电压U
PCC
的虚部。
[0023]有益效果：本专利技术通过将PCC电压实部和虚部分解，得到一组非线性二元二次方程，从而实现简化PCC的求解难度。
[0024]优选地，求解上述电压方程采用牛顿拉夫逊迭代，具体如下：
[0025][0026]其中，x
k
、y
k
分别表示迭代k次的电压U
PCC
的实部和虚部值。
[0027]有益效果：由于上述方程为非线性二元二次方程，直接求解相对困难，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VSC
‑
LCC级联型混合直流系统稳定运行区间的分析方法，其特征在于，所述VSC
‑
LCC级联型混合直流系统中送端采用LCC和VSC级联，送端多个VSC直流侧并联连接，送端至少一个VSC1采用定直流电压控制，交流侧连接交流电网，至少一个VSC2采用电压
‑
频率下垂控制，交流侧连接风电场，送端LCC采用定直流电流控制，该方法包括：S1.确定送端风电场的传输功率区间，将传输功率区间的每个有功功率输入送端VSC2作为一种工况；S2.对于每种工况，进行以下处理：(1)根据受端换流器的运行方式，确定受端直流电压；(2)通过送端LCC直流电流参考给定值，计算对应送端直流电压和送端LCC的功率因数角，得到LCC的有功功率；(3)将送端LCC和所有VSC均视为等效负荷处理，结合交流滤波器与无功补偿的等值导纳、送端交流系统等值阻抗、LCC的有功功率，根据KCL构建等值负荷处理下的交流节点PCC电压方程；(4)求解上述电压方程，当同时满足以下条件时：
①
交流节点PCC电压存在稳定解；
②
送端VSC1交流侧基波电流有效值和送端LCC触发角满足安全约束条件，将(送端风电场的传输功率，送端VSC1传输功率)作为稳定运行点；S3.所有稳定运行点构成送端VSC1的稳定运行区间。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，送端LCC的有功功率和无功功率计算公式如下：其中，U
dR
、U
dI
分别表示送端、受端直流电压，R
d
表示直流电阻，I
d
表示送端LCC直流电流参考给定值，正方向为整流侧向逆变侧，表示送端LCC功率因数角，U
d0
表示送端LCC空载直流侧电压，U1表示送端LCC所连接交流母线线电压有效值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据KCL构建等值负荷处理下的交流节点PCC电压方程：
其中，A1、M1、C1、A2、M2、C2、B、ρ均为中间变量，没有物理意义，R
sys
、X
sys
分别表示电力系统等值电阻和电抗，Y
R
、B
R
分别表示交流滤波器与无功补偿等值导纳的实部和虚部，P
LCC
表示送端LCC的等值有功功率，P
VSC<...

【专利技术属性】
技术研发人员：文劲宇，孟沛彧，李贤育，王志冰，向往，程帆，荆江平，姚良忠，迟永宁，
申请(专利权)人：武汉大学中国电力科学研究院有限公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：