含VSC-MTDC的交直流系统潮流算法及直流电压控制研究

摘要

随着全控型电力电子器件的发展和新能源并网需求的增加，基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)技术受到越来越多的关注。对于含VSC-MTDC的交直流系统，潮流计算是研究系统稳态及暂态运行特性的重要基础；而控制直流系统电压稳定是维持整个系统稳定运行的重要前提。本文研究含 VSC-MTDC的交直流系统潮流控制算法及直流电压控制，所做工作主要如下： 首先，本文结合换流站稳态模型及控制方式，确立了VSC-MTDC系统的4种典型控制方式；此外，本文建立VSC-MTDC系统的暂态数学模型，包括系统模型和控制模型，为后文执行换流站间的功率协调控制提供模型基础。 其次，本文研究含VSC-MTDC的交直流系统潮流控制算法，提出节点注入电流法和改进序列潮流算法。节点注入电流法选取各换流站公共耦合点(PCC)的注入电流作为接口变量，在换流站切换控制方式时，可避免对 PCC 点节点类型的反复修改，由于接口变量数目较多，使得交替求解的收敛性不佳；为改善收敛性，本文改进了序列潮流算法，将主换流站 PCC 点传输的有功功率作为唯一的接口变量，与序列潮流算法相比，该算法可在保证良好收敛性的同时减小计算量。通过新英格兰系统和 Nordic32 系统，验证了所提两种潮流算法的有效性和可行性，对两种算法的性能进行了对比分析，为实际工程中含VSC-MTDC的交直流系统潮流算法的选择提供借鉴和参考。 最后，本文研究含VSC-MTDC的交直流系统直流电压控制，提出下垂控制站下垂系数的快速计算新方法。针对多端直流系统换流站发生N-1故障或功率阶跃扰动，推导建立了扰动换流站功率阶跃量和直流电压变化量之间的线性解析关系，基于所提广义功率共享系数的概念，通过方便地求解二次规划模型，实现下垂系数的快速计算。所提下垂系数的计算不受扰动换流站功率阶跃量大小的限制，且无需人为给定最大允许直流电压偏差。通过执行换流站间的功率协调控制，可实现扰动后系统直流电压的快速稳定。通过新英格兰系统和 Nordic32 系统，验证了所提新方法的有效性和可行性，为实际工程中下垂控制站下垂系数的整定或计算提供借鉴和参考。

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