用于城市核心区供电的直流网络运行模式与控制策略研究

With the enlargement of urban power grid (UPG), as well as the increasing requirements on the quality and reliability of power supply, the power supply of urban core area is facing a lot of problems. High voltage direct current based on voltage source converter (VSC-HVDC) is a good choice to solve those problems for its technical advantages. In the future, the existing two-terminal or multi-terminal direct current (MTDC) system, similar to the AC grid, will turn into multi-voltage-level DC network. The urban DC network is multi-level in voltage and hierarchical in control, and it’s a new challenge for future UPG to keep safe and stable, due to the pluralistic structure of urban DC network and complexity of coordinated control system. A structure of urban DC network, which is adapted to the development of UPG, is proposed in this project. The characteristics of the urban DC network are analyzed based on the coordinated control and optimal operation technology of urban VSC-MTDC. Meanwhile, the operation mode and control strategy of urban DC network is studied. According to the above, the control strategy of urban DC network is established considering the demands of AC grid to be operated in safety and stability. Furthermore, the coordinated control strategy and optimal operation method is accomplished. Accurate DC scene modeling is the basis; Control strategy is the body; Simulation is the tool. Grasp the whole; Classify the levels; Push the sequences.

伴随着城市电网规模的扩大，以及用户对供电质量和可靠性要求的不断提高，城市核心区供电正面临诸多问题。基于电压源型换流器的柔性直流以其独特的技术优势成为解决此类问题的有效手段之一。同交流电网发展类似，为提高运行可靠性和调度灵活性，城市电网中的双端或多端柔性直流将逐步互联为多电压等级的直流网络。城市直流网络在结构和控制上具有“分级分层”的特点，其结构的多元性以及协调控制的复杂性对未来城市电网的安全稳定运行提出新的挑战。本项目拟在研究城市多端柔性直流协调控制与优化运行的基础上，通过分析城市直流应用特点，构建城市直流网络，研究其运行模式及控制策略。据此，提出考虑交流电网运行需求及安全稳定要求的城市直流网络控制策略，实现城市直流网络的协调控制及优化运行。精确合理的直流场景模型是基础，控制策略是主体，仿真验证是手段，把握整体、理顺层次、逐次推进。

随着社会经济发展和城市化进程的不断推进,城市核心区供电正面临着关键节点短路电流超标等问题。基于柔性直流技术，在原有城市网架基础上嵌入连接不同区域城市电网的多条双端或多端直流线路，从而组成城市直流网络，是解决城市电网严峻形势的有效手段之一。. 本项目围绕用于城市核心区供电的直流网络运行模式与控制策略开展研究，主要包括以下三个部分：城市多端柔性直流协调控制与优化运行技术研究、城市直流网络构建与运行模式研究、城市多端柔性直流协调控制与优化运行技术研究，研究内容已涵盖基金申请书所列内容，取得的主要研究成果如下：. 1）围绕城市多端柔性直流协调控制与优化运行技术研究，提出了应用于城市电网的多端柔性直流输电系统的控制系统架构及两种协调控制模式；提出了一种考虑模式切换的无功支撑策略；基于动态下垂系数和模型预测控制策略，提出了城市电网的暂态电压安全水平提升方法。. 2）围绕城市直流网络构建与运行模式研究，提出了用于城市核心区供电的直流网络架构并归纳总结了适用于城市直流网络的直流电压等级，为城市直流网络运行提供基础；提出了适用于城市直流网络换流站的广义稳态分析模型；提出了城市直流网络典型运行模式；搭建了“多电压等级直流系统动模实验平台”。. 3）围绕城市直流网络分层控制体系研究，基于分层控制理念提出三种典型控制策略，保障多电压等级城市直流网络的稳定运行；提出了协调多电压等级城市直流网络DC/DC变换器运行的控制策略；提出针对特定故障类型的紧急调控策略，建立了考虑不同运行工况和运行目标的城市直流网络分层控制体系。. 基金项目执行期间，共发表SCI/EI收录相关学术论文16篇，撰写学术专著1本，授权发明专利3项，参与制定国家标准1项，培养博士生3人、硕士生6人。项目研究成果可为城市直流电网建设和安全运行提供理论依据和技术支持。