多端柔性直流输电系统中换流站退出运行时直流功率再分配策略

3.3 无法自消纳情景仿真验证

本节将考虑4机系统内换流站GSVSCb1故障后退出运行,岸上换流站功率的重分配策略。由于故障前馈入4机系统的换流站GSVSCb1、GSVSCb2运行功率均为500MW,容量为600MVA,因此GSVSCb1转移功率无法在4机系统内消纳,将部分转移至39节点系统,构成无法自消纳情景。此时,换流站GSVSCb2将满功率运行以尽可能减少4机系统的功率缺额;同时,以39节点系统的频率偏移为风电场桨距角控制与虚拟惯量控制的输入信号,以减小转移功率对39节点系统的频率影响。考虑频率信号通信延时为100ms,图8比较了自然分配以及桨距角与虚拟惯量联合控制2种运行方式下的系统动态响应特性。

在自然分配方式下,换流站GSVSCb1退出运行时,转移功率Pdcb1在5个健全的岸上换流站中按下垂特性分配功率,如图8(b)-(c)黑色实线所示。此

时转移功率导致39节点系统功率过剩,暂态频率偏移峰值达0.006pu,最终稳态频率偏差约为0.0026pu。

在再分配与桨距角、虚拟惯量联合控制下,4机系统健全换流站GSVSCb2满功率运行,既减小4机系统内部功率缺额,也减小转移至39节点系统功率。海上风电场在感应39节点系统频率偏差时,首先减小输出有功参考值,将剩余功率部分转化为转子动能存储,以减小39节点系统暂态频率偏移,如图8(f)所示;同时,DFIG的桨距角pitchangle感应39节点系统频率偏差而增大,风力机吸收的风功率减小,使风电场输出功率与剩余4个换流站故障前功率相平衡,如图8(d)-(e)所示。如图8(a)所示,在桨距角控制与虚拟惯量联合作用时,39节点系统频率响应得到大幅改善,暂态频率偏移峰值减小为0.0015pu,同时频率振荡快速平复至零。

4、结论

本文研究了海上风电场通过VSC-MTDC系统接入岸上交流电网,岸上VSC故障退出后,MTDC系统直流功率的优化再分配策略。岸上VSC退出运行后直流功率再分配通常分为自消纳情景与无法自消纳情景。研究合理地重新配置各受端VSC的控制器,使得在自消纳情况下,转移功率完全被故障端VSC所在交流电网消纳,并且减小潮流重分配对交流电网频率稳定性能的影响;而在无法自消纳情景下,保持故障端VSC所在交流电网内的其余VSC满发,并利用风电场的桨距角控制以及虚拟惯量控制消纳剩余的直流转移功率。最后,本文在改造的39节点系统中,所设计的直流功率再分配策略对系统频率稳定的提升得到了验证。由于自消纳场景与无法自消纳场景控制策略存在较大差异,因此在实际系统应用中,需要在换流站故障后根据所在交流系统其他换流站运行状态判断并选择所采取的控制策略。

作者介绍：

朱瑞可，李兴源，应大力．VSC-MTDC互联系统频率稳定控制策略[J]．电网技术，2014，38(10)：2729-2734．

陈曦寒，高赐威．考虑定桨距和变桨距风机联合控制的风电场有功功率控制策略[J]．电网技术，2015，39(7)：1892-1899．

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李道洋，姚为正，吴金龙，等．应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略[J]．电网技术，2016，40（1）：47-54．

团队介绍：

1987年11月27日，舟山见证了中国首个高压直流输电工程的顺利投运，奠定了浙江大学直流输电研究团队在国内外学术界的地位。近年来，该研究团队在徐政教授的带领下，开拓创新，在直流输电工程技术和大电网规划方面取得了新的成果。2005年与南方电网科学研究院合作，历时数年，开发完成了《高压直流输电基本设计软件包》，为实现直流输电换流站成套设计全面自主化作出了重要贡献；2012年与广东省电力设计研究院联合成立工作组，开展南方电网中长期发展规划的研究，是开展此项研究的三个独立工作组之一，浙大工作组所取得的研究成果对南方电网中长期发展规划报告的形成起到了决定性的作用，提出了南方电网发展以直流输电为主进行西电东送和以异步联网方式隔离送受端的技术路线，目前该技术路线已得到实施；1998年，在国内率先开展了柔性直流输电的研究，2000年在《中国电力》上发表的论文“直流输电技术的新发展”是国内最早介绍柔性直流输电的论文。团队发展四十多年来，出版了三本重要著作《直流输电》、《交直流电力系统动态行为分析》、《柔性直流输电系统》，培养的学生已遍布国内外电力系统，为直流输电事业的发展作出了重要贡献。

徐政，浙江大学求是特聘教授、博士生导师、电力系统自动化研究所所长。于1983、1986和1993年分别在浙江大学电机系获学士、硕士和博士学位。主要研究领域为大规模交直流电力系统分析、直流输电与柔性交流输电、风力发电与风电场并网技术、电力谐波与电能质量等。2011年获国家科技进步一等奖1项，1997年获国家自然科学三等奖1项。出版专著2部、译著10部，2012荣获机械工业出版社60周年“最具影响力作者”称号。近5年发表论文100余篇，其中在IEEETransactions上发表论文近20篇，有2篇论文入选中国科学技术信息研究所发布的“2014年中国百篇最具影响优秀国内学术论文”；截止2015年10月，有2篇论文入选“ESI1%高被引论文”；获授权国家发明专利30余项；已培养全日制研究生92人，其中获博士学位32人、硕士学位60人。是中国南方电网公司专家委员会委员、先进输电技术和直流输电技术2个国家重点实验室的学术委员会委员、直流输电与电力电子领域4个全国性标准化委员会委员和电工领域10种学术期刊的编委。