多端柔性直流输电系统协调控制方法及保护策略研究

本课题将基于课题组成员已取得的前期成果，开展多端柔性直流输电协调控制方法及保护策略研究，包括1）建立不同坐标系下多端柔性直流输电系统数学模型，及不同交流系统的等效数学模型；2）引入坐标变换及直流功率调制技术，设计多端柔性直流输电系统的换流站站控策略，以建立整个多端系统的协调控制方法。多端柔性直流输电系统保护策略的研究，力争揭示交流侧、直流侧和换流站内部故障的各自机理，建立故障期间序网图，阐明保护机制设计原理，并提出：1）交流侧暂态故障时相序分离方法及负序电流抑制器、永久故障时直流过压抑制器设计思路；2）直流线路故障时故障位置快速检测方法；3）分析换流站内部故障机理，丰富多端柔性直流故障理论分析体系。所有提出的控制方法及保护策略都将在数字物理混合实时仿真平台上加以验证。

多端柔性直流输电在实现多电源供电和多落点受电的同时，还具备有功、无功的独立调节，动态无功支撑等能力，为区域性海上风电场并网、大型城市供电等应用场合提供了一种有效的解决方案，是解决我国能源利用问题、发展我国柔性直流输电技术的必然趋势。.多端柔性直流输电系统的控制与保护是保证系统高效运行的关键技术。然而，随着端点数量的增加，控制与保护技术的难度也随之增大。一方面，相对于两端系统，多端系统功率与电压平衡的控制维度呈几何数量增大，给直流电压与功率平衡设计的难度增大；另一方面，模块化多电平等新型换流器故障特性与两电平换流器存在本质区别，其所对应的保护策略也需重新设计。鉴于上述问题，本项目对多端柔性直流输电系统的协调控制方法与保护策略进行了深入研究，提出了相应的解决方案，并为控制保护技术的工程化与后续直流电网控制保护技术的研究奠定基础。.1、建立了计及交流系统强度、电压对称等因素的MMC-MTDC换流站三相静止和两相旋转坐标系下的等效数学模型。设计了换流站站级控制策略，特别针对风电场电源接入场合，设计了无源交流电压控制及与风电场控制相配合的风电场启动控制策略。.2、建立了反映交直流功率平衡的直流侧等效电容模型和多端柔性直流系统电压—电流网络节点模型，在此基础上，分析了直流电压单点、主从、偏差、斜率控制策略的工作机理，并提出了基于公共直流电压的多端柔性直流系统改进下垂控制策略，明确了主导换流站的选取原则。.3、建立了典型接地方式下、电网电压非对称时换流站的等效序网图，提出了MMC非对称交流电网故障穿越的复合控制策略，在抑制负序和零序电流的同时，实现了对换流器内部能量与直流功率的优化控制，结合所提出改进下垂控制策略，有效解决了受端换流站永久性故障造成的系统过电压问题。.4、分别针对站内交流系统故障、阀区故障、直流极母线以及直流线路故障，提出了对应的MMC-MTDC故障检测；针对直流线路永久性故障和瞬时性故障，提出了以“换流站闭锁+交流断路器跳闸”为核心的故障切除与系统恢复方案。.5、提出了站内交流系统故障对称分量分析方法，揭示了桥臂接地、阀臂闪络、直流极母线与线路等典型阀区故障机理，提出关键应力计算方法以及各典型故障对应的保护方法。.6、基于RT-LAB实时仿真平台，对所提出的MMC-MTDC系统典型控制与保护策略进行了混合实时仿真验证。