基于MMC的复杂直流电网多端口直流潮流控制方法研究

Efficient and reliable absorption of large-scale new energy power generation is the major factor restricting the development of new energy industry in China. DC power grid is one of the best technical solution recognized internationally for new energy power generation and grid connection. Power flow control of DC power grid is not only the key issue to be solved in DC power grid applications but also a research focus. The research of DC power grid is still in its infancy. This study intends to propose a MMC-based multi-port DC power flow controller,which can effectively enhance the degree of freedom for the control of complex DC power grid, and improve the safety, reliability and economic benefits of DC power grid operation.First, by comparing DC transformer and DC/DC conversion, the topological structure of power flow controller will be determined. Then, the control of the power flow controller by using MMC modular control and current balancing methods will be analyzed in order to propose a stable and reliable control strategy. Based on these, this study will analyze the methods for calculating the power flow of DC power grid with power flow controllers, examine the effects of the controller in DC power grid and verify it by digital-physical hybrid simulation.This study aims to provide significant theoretical basis and technical support for solving large-scale new energy power generation and grid connection problems in DC power grid applications, which has important theroetical and practical significance.

大规模新能源发电的高效、可靠消纳是制约我国新能源产业发展的主要因素。直流电网是当前国际公认的新能源发电并网的最佳技术方案之一。直流电网的潮流控制是直流电网工程应用中必须面对并且亟待解决的关键性问题，也是当前的研究热点，国内外的研究尚处于起步阶段。本项目拟提出一种基于MMC的多端口直流潮流控制器，能够有效提升复杂直流电网的潮流控制自由度，对提高直流电网运行的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。首先，通过对比分析直流变压器和直流DC/DC变换两种实现方式确定潮流控制器的拓扑结构；然后，对潮流控制器的MMC模块控制和功率平衡控制方法进行深入研究，提出一种稳定可靠的控制策略；在此基础上，研究含多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算方法，分析其对直流电网的潮流控制效果，并通过数字物理混合仿真验证。本项目将为直流电网解决大规模新能源发电并网问题提供重要的理论依据和技术支持，具有重要的理论和实际意义。

在具有N个换流站的直流电网中，只有N-1条支路的电流可以通过换流站控制，其余线路的潮流无法由换流站独立控制。潮流分布的不合理将引发线路过载，导致直流电网低效率运行或者带来严重的安全隐患。因此，本项目提出一种基于MMC的直流电网多端口直流潮流控制器，并深入分析其对直流电网潮流的控制效果。.本项目的主要研究内容和成果如下：1、提出了一种基于模块化多电平换流器的新型直流潮流控制器，其具有额定容量小、不需与外部电源连接和便于扩展等优点；提出一种具备故障抑制能力的直流潮流控制器研究，能够在稳定情况下实现直流电网内部潮流的全面控制，故障情况下抑制故障电流的上升速率与峰值，且无需从交流系统取能。2、提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器，它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展；提出了一种基于MMC的多端口线间直流潮流控制器，并以端口电压差值最小为目标对其控制策略进行优化，能够充分利用MMC桥臂的容量。3、提出一种基于等效电阻的外特性等效模型，据此利用传统牛顿-拉夫逊法推导出含有直流潮流控制器的直流潮流计算方法；提出了一种含多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算方法；提出一种含DCPFC的交直流混合系统多目标潮流优化，推导了含DCPFC的交直流系统最优潮流计算模型，给出了采用内点法和NSGA-2相结合的混合算法求解该模型的方案；考虑源-荷不确定性，对含直流潮流控制器的交直流混合系统展开了研究，所提方法可用于设计直流潮流控制器参数以及评估电力系统安全性与经济性。4、共发表期刊论文34篇，其中SCI收录7篇，EI收录22篇，核心论文5篇；申请公开国家发明专利12项，已获授权6项；培养硕士研究生7人，其中2人在该领域继续攻读博士学位。.本项目将为利用直流电网解决大规模新能源发电功率外送问题提供重要的理论依据和技术支持。从促进我国新能源产业发展和直流输电技术进步等方面，本项目的研究具有重要的理论和实际意义。