基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法，该控制方法针对用于城市工区互联的两端低频输电系统单相电缆故障切除场景，通过拟方波输电方式利用健全相完成故障期间功率不间断传输，可有效提升系统利用率和可靠性。本发明专利技术对设置为电压基准节点的M3C采用低频侧定电压控制方法，生成低频侧拟方波电压；对设置为功率可调节点的M3C采用低频侧定电流控制方法；两类M3C的工频侧均采用定功率控制方法，实现稳态运行期间和传输功率动态变化前后对子模块电容电压的有效控制，保证装置安全稳定运行。保证装置安全稳定运行。保证装置安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种基于M3C(modular multilevel matrix converter，模块化多电平矩阵式变换器)的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国民经济的快速增长，大型城市用电负荷快速增加，我国城市电网建设不断加强。目前，大型城市电网大都在外层形成直接与输电网相连的500kV环网，接受外部电源供电；内层220kV电网深入供电中心，构成骨干网架，给负荷中心提供电能。大型城市电网一般都采取220kV电压等级分区运行模式以限制电网短路电流和消除电磁环网，考虑到电网分区间潮流方向灵活多变，可通过柔性直流输电系统或者低频交流系统实现分区柔性互联。两种方案的系统拓扑结构比较相似，其主要差异在于线路两端所采用的换流器是分别是AC/DC换流器和AC/AC换流器。
[0003]柔性直流方案的主要缺点在于换流站占地面积大、场站投资成本较高、直流电缆存在空间电荷积累效应等缺点；当需要构建多端直流输电系统以实现更加灵活的多分区功率互济运行时，还需要考虑直流断路器等设备的研发和投资费用。尽管低频交流输电方案的所采用的AC/AC换流器比柔性直流输电系统采用的AC/DC换流器投资成本更高，但是在现有交流电缆系统两端加变频站即可完成由工频交流互联系统向低频交流互联系统的升级，减小了线路改造的难度和隧道反复开挖对城市环境造成的不良影响。此外，采用低频交流输电技术可以避免直流电网空间电荷积累效应的影响，构造低频交流多端输电系统也不存在较大的技术难度。2021年5月，位于杭州富阳区的中埠—亭山换频站完成地质勘探，标志着世界上首个柔性低频输电工程—220kV中埠—亭山柔性低频输电示范项目正式启动。
[0004]架空线路的故障大多是瞬时性故障，重合后线路可以恢复正常运行；而电缆的短路故障大部分属于永久性故障，若重合断路器，在故障点将会再次产生电弧，不仅对系统和电气设备再次造成冲击，而且会扩大电缆故障，甚至会造成爆炸事故。因此，故障电缆将在很长一段时间内处于切除状态，而常规基于三相运行方式进行设计的低频输电系统在此期间停运，造成功率传输中断。
[0005]到目前为止，已公开的绝大多数文献基本只研究低频输电系统的稳态控制策略和架空线条件下的故障穿越策略，很少有针对电缆故障情况的低频输电系统运行控制研究。单相故障是最常见的线路故障类型，剩余的两相非故障线路理论上仍可构成输电回路并完成功率传输；进一步提升基于低频输电方案的城市供区互联系统的可靠性和利用率，很有必要从对低频输电系统两相运行方法进行研究。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法，该方法针对单相电缆故障切除场景，实现故障期间低频输电系统功率不间断传输，对于
提高城市供区互联系统的可靠性和利用率具有实际意义。
[0007]一种基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法，应用于所述系统中M3C任一相出现故障被切除的情况下，该系统利用接入送端电网的M3C与接入受端电网的M3C通过低频电缆进行电能传输，其中与送端电网连接的M3C作为电压基准节点，与受端电网连接的M3C作为功率可调节点；
[0008]所述M3C工频侧采用定功率控制策略，包含有功功率控制环节、无功功率控制环节以及输出电流跟踪控制环节，其中有功功率控制环节根据工频侧有功功率通过计算得到M3C工频侧d轴电流参考值I
d,ref
，无功功率控制环节根据工频侧无功功率通过计算得到M3C工频侧q轴电流参考值I
q,ref
，输出电流跟踪控制环节根据I
d,ref
和I
q,ref
通过计算得到M3C三相桥臂差模电压参考值U
diffa,ref
、U
diffb,ref
和U
diffc,ref
；
[0009]所述M3C低频侧控制策略与节点类别相关，对于电压基准节点，其低频侧采用定电压控制策略，包含拟方波电压生成环节，该环节根据预设的拟方波电压信号通过计算得到M3C桥臂共模电压参考值U
com,ref
；对于功率可调节点，其低频侧采用定电流控制策略，包含拟方波电流控制环节，该环节根据预设的拟方波电流信号通过计算得到M3C桥臂共模电压参考值U
com,ref
；
[0010]最后，将U
com,ref
分别与U
diffa,ref
、U
diffb,ref
和U
diffc,ref
相加即得到M3C上桥臂的三相调制电压，将U
com,ref
分别与U
diffa,ref
、U
diffb,ref
和U
diffc,ref
相减即得到M3C下桥臂的三相调制电压，进而根据上下桥臂的三相调制电压通过相应调制算法生成各桥臂的开关控制信号用以对M3C进行控制。
[0011]进一步地，所述有功功率控制环节通过以下公式计算得到M3C工频侧d轴电流参考值I
d,ref
；
[0012][0013][0014][0015]其中：k
pp
和k
pi
分别为有功功率控制环节设定的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子，P
LF,ave
为M3C低频侧输入有功功率滑动平均值，P
cvc,ref
为M3C工频侧输出有功功率参考值，P
PF
为M3C工频侧输出有功功率实际值，t表示时刻，T
LF
为给定的低频周期，U
LF
和I
LF
分别为M3C低频侧的输出电压实际值和输出电流实际值，k
cp
和k
ci
分别为子模块电容电压控制环节设定的比例系数和积分系数，U
c,ave
为M3C的子模块电容电压平均值，U
c,ref
为M3C的子模块电容电压参考值。
[0016]进一步地，所述无功功率控制环节通过以下公式计算得到M3C工频侧q轴电流参考值I
q,ref
；
[0017][0018]其中：k
qp
和k
qi
分别为无功功率控制环节设定的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子，Q
PF
为M3C工频侧输出无功功率实际值，Q
PF,ref
为M3C工频侧输出无功功率参考值。
[0019]进一步地，所述输出电流跟踪控制环节首先对M3C工频侧电压和电流进行Park变换，得到dq坐标系下工频侧电压的d轴分量实际值U
d
和q轴分量实际值U
q
以及dq坐标系下工频侧电流的d轴分量实际值I
d
和q轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于M3C的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法，应用于所述系统中M3C任一相出现故障被切除的情况下，该系统利用接入送端电网的M3C与接入受端电网的M3C通过低频电缆进行电能传输，其中与送端电网连接的M3C作为电压基准节点，与受端电网连接的M3C作为功率可调节点；其特征在于：所述M3C工频侧采用定功率控制策略，包含有功功率控制环节、无功功率控制环节以及输出电流跟踪控制环节，其中有功功率控制环节根据工频侧有功功率通过计算得到M3C工频侧d轴电流参考值I
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，无功功率控制环节根据工频侧无功功率通过计算得到M3C工频侧q轴电流参考值I
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，输出电流跟踪控制环节根据I
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和I
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通过计算得到M3C三相桥臂差模电压参考值U
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、U
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和U
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；所述M3C低频侧控制策略与节点类别相关，对于电压基准节点，其低频侧采用定电压控制策略，包含拟方波电压生成环节，该环节根据预设的拟方波电压信号通过计算得到M3C桥臂共模电压参考值U
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；对于功率可调节点，其低频侧采用定电流控制策略，包含拟方波电流控制环节，该环节根据预设的拟方波电流信号通过计算得到M3C桥臂共模电压参考值U
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；最后，将U
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分别与U
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相加即得到M3C上桥臂的三相调制电压，将U
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分别与U
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、U
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和U
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相减即得到M3C下桥臂的三相调制电压，进而根据上下桥臂的三相调制电压通过相应调制算法生成各桥臂的开关控制信号用以对M3C进行控制。2.根据权利要求1所述的两端柔性低频输电系统两相运行控制方法，其特征在于：所述有功功率控制环节通过以下公式计算得到M3C工频侧d轴电流参考值I
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；；；其中：k
pp
和k
pi
分别为有功功率控制环节设定的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子，P
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为M3C低频侧输入有功功率滑动平均值，P
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为M3C工频侧输出有功功率参考值，P
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为M3C工频侧输出有功功率实际值，t表示时刻，T
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为给定的低频周期，U
LF
和I
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分别为M3C低频侧的输出电压实际值和输出电流实际值，k
cp
和k
ci
分别为子模块电容电压控制环节设定的比例系数和积分系数，U
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为M3C的子模块电容电压平均值，U
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为M3C的子模块电容电压参考值。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：金玉琪，王凯军，冯华，宋金根，裘鹏，华文，林进钿，倪晓军，潘武略，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：