基于电压源型换流器的风电场多端直流输电系统关键技术研究

The flexible VSC-HVDC technique is able to control the transmitted real power independently and quickly and to provide reactive power support, thus increasing the flexibility of power transfer. This will be a very promising power transfer technique to connect wind farms to public grids.Topologies evaluation standard and multiple time scale equivalent modeling method of flexible multiterminal VSC-HVDC grids for wind farms are proposed based on mathematical model and theoretical system of equivalent modeling method.The coordinated interactive modes and control mechanisms among dispatching center, flexible multiterminal VSC-HVDC systems and wind farms will be investigated. Based on this, novel methods will be proposed for automatic power allocations on different branches of flexible multiterminal VSC-HVDC systems, and effective strategies will also be proposed for the real power control in wind farms..VSC is the key component of flexible HVDC system, which has a huge effect upon the operating performance of converter system. The subject researches the novel topology of converter station with serial and parallel structures to realize voltage-sharing and current-sharing. Besides, the performances of the system are further improved by means of CPS control, module design, and redundancy design. Moreover, the online monitoring technology of operating condition, fault ride through technology, and controller influences on system stability, etc., are researched regarding control strategy of converter station.

基于电压源型换流器的柔性直流输电技术可以独立快速控制所传输的有功功率，提供无功支撑，极大地增强输电的灵活性。基于多端柔性直流输电的风电场联网是实现风电场群与主网之间稳定联结的最有潜质的电力传输方式。本课题以数学模型和等效建模方法的理论体系为基础，提出一种多端柔性直流输电风电并网系统的拓扑评价标准和多时间尺度等效建模方法。研究调度中心、多端柔性直流系统和风电场之间的协调互动模式和调控机制；提出多端柔性直流系统的功率调配和风电场的有功控制策略。.电压源型换流器为柔性直流输电系统的核心组成部分，是决定整个换流系统的运行性能的关键。本课题将研究串并联相结合的新型换流站拓扑结构，实现串联均压以及并联均流和环流抑制，并通过CPS控制、模块化设计以及冗余设计进一步提高系统的性能。在控制策略方面，将针对换流器运行状态在线监测技术，换流站故障穿越技术以及换流站控制器对系统稳定影响等方面开展研究。

基于电压源型换流器的柔性直流输电技术可以独立快速控制有功功率，提供无功支撑，在此基础上发展的风电场多端直流输电系统是实现风电场群与主网稳定联结的有效方式。在此背景下，本课题研究了多端柔性直流输电风电并网系统的换流站运行控制、拓扑形式、等值建模及协调控制等关键技术问题。.首先针对柔性直流输电换流站的模块化多电平换流器（MMC）。分析了载波移相调制的谐波本质；提出电容电压分层平衡控制方案；分别给出MMC交直流侧启动预充电方法，实现换流器平稳快速恒流充电；研究并提出降低电容电压波动的方法；提出换流器子模块的冷备用冗余机制；论证了MMC的有源与无源环流抑制方法；前瞻性地研究了MMC作为直流输电分接装置与直流潮流控制器的原理及应用前景。.为提高柔性直流输电系统换流站的功率等级，本课题研究了换流站并联运行控制技术。提出基于零矢量前馈的并联换流器环流控制方法，提高系统可靠性，减小电流纹波；分析三相不平衡对环流特性影响，提出不平衡分量补偿方法。.本课题从系统层面研究了多端直流输电系统拓扑和控制。提出了新型多端直流输电系统拓扑，提高了风电场并网效率；提出基于自适应下垂调节的功率协调控制，改善换流站间功率分配效率；研究系统中直流振荡机理及抑制方法，改善动态稳定性。.为解决风电场群通过多端柔性直流系统接入大电网面临的协调控制问题，本课题提出多端柔性直流系统的复合主站型控制策略、风电升频控制策略和降压降载协调控制策略，提系统稳定性和故障穿越能力。.最后，本课题研究了适用于功率控制分析、低压穿越能力分析和直流侧故障分析的多端直流输电风电场等值方法，提出变参数等值建模方法，给出风电场内最易脱网运行机组判定指标和故障条件下分群等值方法。