适用于大规模风电远距离输送的混合多端直流输电系统协调控制策略研究

Aiming at large scale wind power long-distance transmission, the coordinated control method for hybrid multi-terminal high voltage direct current (HVDC) transmission system consisting of voltage source converter (VSC) at wind power farm side and line commuted converter (LCC) at strong power grid side is researched. (1) The constant alternating current (AC) voltage control method based on improved model predictive control for VSC station at wind power farm side is researched. With the goal of stable output AC voltage, the prediction function and cost function for VSC are constructed. The switching frequency reduction item is added. Through solving the cost function, the optimal modulation signal in each period is obtained which controls the VSC operation. The system response speed and control precision are improved. AC voltage maintains stable to guarantee wind power stable output. (2) Considering LCC station dynamic power margin, an adaptive droop control method is studied. The droop coefficient definition method is researched considering these parameters: the maximum rated power, instantaneous power and so on. Then voltage hysteresis control is added to prevent the coefficients frequent switching. Through online adjustment of every droop coefficient, the converter stations flexibly take part in the power adjustment according to their own power allocation ability. The power optimal allocation is achieved, the stability of DC voltage is guaranteed. (3) The correctness and effectiveness of the coordinated control method is validated by simulation and experimentation. This project provides an important theoretical basis for large-scale new energy resources connected to grid and its advanced transmission mode and new energy resources power system control.

针对大规模风电远距离输送问题，研究风电场侧采用电压源换流器(VSC)、强电网侧采用电网换相换流器(LCC)的混合多端直流输电系统协调控制方法。（1）研究风电场侧VSC换流站基于改进模型预测控制的定交流电压控制方法。以输出稳定交流电压为目标，构造VSC预测函数和代价函数，引入降低开关频率项，求解得到各周期最优调制信号，控制VSC运行。提高系统响应速度和控制精度；维持交流电压稳定，保证风功率稳定送出。（2）考虑LCC换流站动态功率裕度，研究自适应下垂控制方法。考虑换流站最大额定功率、瞬时功率等参数，研究下垂系数定义方法；引入电压滞环控制防止下垂系数频繁切换；对各下垂系数进行在线调节，使换流站根据自身功率分配能力灵活参与调节，实现功率最优分配，保证直流电压稳定。（3）仿真和实验验证上述协调控制方法的正确性和有效性。本项目为规模化新能源电力接入、先进输电模式及新能源电力系统控制提供重要的理论基础。

我国风能除江苏、山东以外全部集中在东北、西北、华北的“三北”地区，而负荷多位于东部地区，能源和负荷的位置分布很不均衡。此外，风电出力具有很强的间歇性和波动性特点。如何实现风电并网并将其输送到负荷中心，提高风电渗透率，同时不危及现有电网稳定性，是一项急需解决的关键问题。远距离大规模风电接入无论从技术上还是经济上都应优选高压直流输电方式。混合多端直流输电用于大规模风电远距离送出时，可提高系统的经济性、安全性和可靠性。. 本项目研究风电场侧采用电压源换流器(VSC)、强电网侧采用电网换相换流器(LCC)的混合多端直流输电系统协调控制方法。（1）为提高风电场母线交流电压的控制精度，风电场侧VSC换流器采用基于优化模型预测的定交流电压控制，提出了滞后补偿两步预测法，并将模型预测控制与脉宽调制技术相结合，求取两个控制周期内调制波的最优解。基于所提模型预测控制的直流输电系统具有良好的稳态性能、动态性能和故障恢复性能，能为风电场提供稳定的交流电压。（2）提出了一种LCC换流站非线性下垂控制策略，该策略考虑了各换流站的电流裕度，由多个换流站共同维持直流电压的稳定，使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量，电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量，避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率，有效降低各换流站直流电压的静态偏差，且提高了系统的响应速度。. 本项目提出的混合多端直流系统结构，灵活有效地利用了LCC-HVDC与VSC-HVDC输电技术的优点，更加经济、安全、可靠，具有重要的研究意义和很好的应用前景。所提出的混合多端直流输电系统构成方式，为大量新能源的接入及能源输送方式提供了新思路和理论基础，能够解决现阶段大范围弃风、弃光等问题，提高新能源的消纳能力。