双向VSC-HVDC传输系统的归一化控制与运行

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2016.04.017

摘要/Abstract

摘要：

针对部分地区由于地理位置以及季节性差异引起的能源不平衡现象，提出了基于电压源换流器的高压直流输电（voltage source converter-high voltage direct current，VSC-HVDC）系统双向传输的归一化控制策略，实现了分区联络电网能源优势互补。首先，将电压源换流器两侧的下垂特性归一化，获得交直流电网的传输功率参考值；然后，比较直流输电线路两端传输功率参考值的大小与方向，确定直流输电线路的传输功率；最后，通过控制直流线路两端的直流电压，实现功率双向传输，平衡两侧交流电网的功率。设计了3种不同的工作情景，采用实时数字仿真器（real time digital simulator， RTDS）进行了仿真研究，仿真结果验证了控制的有效性, 实现了低碳电力调度。

关键词: 电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）, 双向传输, 分区联络, 下垂特性, 归一化, 能源互补

Abstract:

n view of the imbalanced phenomenon of energy caused by the geographical location and seasonal variation, this paper proposes a normalized control strategy with bidirectional transmission based on voltage source converter-high voltage direct current （VSC-HVDC） system, which can contact grid by partition to realize the complementary advantages. Firstly, the control system determines the reference value of transmission power between AC and DC system through normalizing the droop characteristics on both sides of voltage source converter. Then, we obtain the transmission power of DC transmission line through comparing the size and direction of the reference value of the transmission power between the two ends of DC transmission line. Finally, it achieves bidirectional transmission and power balance between two grids by controlling the DC voltage at both ends of DC line. We design three different work situations and carry out simulation study in real time digital simulator （RTDS）. The simulation results verify the effectiveness of the proposed control strategy, which realizes the low carbon power dispatching.

Key words: voltage source converter-high voltage direct current （VSC-HVDC）, bidirectional transmission, contacting by partition, droop characteristic, normalization, complementary energy

中图分类号:

TM 721

赵婷婷, 肖宇，韩肖清，王鹏. 双向VSC-HVDC传输系统的归一化控制与运行[J]. 电力建设, 2016, 37(4): 110-116.

ZHAO Tingting, XIAO Yu, HAN Xiaoqing, WANG Peng. Normalized Control and Operation of VSC-HVDC Bidirectional Transmission System[J]. Electric Power Construction, 2016, 37(4): 110-116.

参考文献

［1］刘伟，彭冬，卜广全，等.光伏发电接入智能配电网后的系统问题综述［J］.电网技术，2009，33（19）：1-5.
LIU Wei, PENG Dong, BU Guangquan, et al.A survey on system problems in smart distribution network with grid-connected photovoltaic generation［J］. Power System Technology, 2009, 33（19）： 1-5.
［2］刘振亚.特高压交直流电网［M］.北京：中国电力出版社，2013：91-95.
［3］许洪华.中国光伏发电技术发展研究［J］.电网技术，2007，31（20）：77-81.
XU Honghua. The study on development of PV technology in China［J］. Power System Technology, 2007, 31（20）： 77-81
［4］宋永华，杨霞 ,孙静.低碳高效安全可靠的智能电网［J］.中国能源，2009 ,31（10）：23-27 .
SONG Yonghua, YANG Xia, SUN Jing. Smart grid of low carbon, high efficiency, security and reliability［J］. Energy of China, 2009, 31 （10）：23-27 .
［5］陈启鑫，康重庆，夏清，等.低碳电力调度方式及其决策模型［J］.电力系统自动化，2010，34（12）：18-23.
CHEN Qixin, KANG Chongqing, XIA Qing, et al. Low carbon power dispatching mode and its decision model［J］. Automation of Electric Power Systems,2010, 34（12）： 18-23.
［6］林卫星，文劲宇，王少荣，等.一种适用于风电直接经直流大规模外送的换流器［J］.中国电机工程学报，2014，34（13）：2022-2030.
LIN Weixing, WEN Jinyu，WANG Shaorong, et al. A kind of converters suitable for large-scale integration of wind power directly through HVDC［J］. Proceedings of the CSEE, 2014, 34（13）： 2022-2030.
［7］郑超. 实用柔性直流输电系统建模与仿真算法［J］. 电网技术， 2013，37（4）：1057-1063.
ZHENG Chao. Study on practical modeling and simulation algorithm for VSC-HVDC power transmission［J］. Power System Technology, 2013, 37（4）： 1057-1063.
［8］梁旭明，张平，常勇.高压直流输电技术现状及发展前景［J］.电网技术，2012，36（4）：1-9.
LIANG Xuming, ZHANG Ping, CHANG Yong.Recent advances in high voltage direct current power transmission and its developing potential［J］. Power System Technology, 2012, 36（4）： 1-9.
［9］MARITHOZ S, FUCHS A, MORARI M. A VSC-HVDC decentralized model predictive control scheme for fast power tracking［J］. IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, 29（1）： 462-471.
［10］REYES M, RODRIGUEZ P, VAZQUEZ S， et al. Enhanced decoupled double synchronous reference frame current controller for unbalanced grid-voltage conditions［J］. IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, 27（9）： 3934-3943.
［11］徐政，陈海荣.电压源换流器直流输电技术综述［J］.高电压技术，2007，21（2）：1-10.
XU Zheng, CHEN Hairong. Review and application of VSC-HVDC［J］. High Voltage Engineering, 2007, 21（2）： 1-10.
［12］王志新，吴杰，徐烈，等.大型海上风电场VSC-HVDC变流器关键技术［J］.中国电机工程学报，2013，33（19）：14-26.
WANG Zhixin, WU Jie, XU Lie, et al. Key technologies of large offshore wind farm VSC-HVDC converters for grid integration［J］. Proceedings of the CSEE, 2013, 33（19）： 14-26.
［13］MOAWWAD A, EL MOURSI M S, XIAO W D. A novel transient control strategy for VSC-HVDC connecting offshore wind power plant［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2014, 5（4）： 1056-1069.
［14］赵伟然，李光辉，何国庆，等.光伏电站经VSC-HVDC并网拓扑及其控制策略［J］.电网技术，2012，36（11）：41-45.
ZHAO Weiran, LI Guanghui，HE Guoqing, et al. Topology of connecting photovoltaic power station to power grid via VSC-HVDC and its control strategy［J］. Power System Technology, 2012, 36（11）： 41-45.
［15］邱大强，李群湛，马庆安,等.基于直接功率控制的VSC-HVDC系统换流控制器设计［J］.高电压技术，2010，36（10）：2600-2606.
QIU Daqiang, LI Qunzhan, MA Qingan, et al. Design of converter controller for VSC-HVDC system based on direct power control［J］. High Voltage Engineering, 2010, 36（10）： 2600-2606.
［16］何大清，蔡旭.柔性直流输电的动态电流限幅控制［J］.电网技术，2012，36（1）：135-139.
HE Daqing, CAI Xu. Transition current limitation control of VSC-HVDC power transmission［J］. Power System Technology, 2012, 36（1）： 135-139.
［17］郑连清，池俊锋.新型VSC-HVDC 控制器设计［J］.电网技术，2012，36（3）：210-216.
ZHENG Lianqing, CHI Junfeng. Design of a new type of VSC-HVDC controller［J］. Power System Technology, 2012, 36（3）： 210-216.
［18］邱大强,李群湛,南晓强.电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制［J］.高电压技术，2012，38（4）：1012-1018.
QIU Daqiang, LI Qunzhan, NAN Xiaoqiang. Direct power control of VSC-HVDC system under unsymmetrical fault of grid［J］. High Voltage Engineering, 2012, 38（4）： 1012-1018.
［19］操丰梅，朱喆，张效宇，等. VSC-HVDC 中直流换流器的比例积分-准谐振-重复控制策略［J］.电网技术，2015,39（4）：968-975.
CAO Fengmei, ZHU Zhe，ZHANG Xiaoyu, et al. Proportional integral-quasi-resonant-repetitive control strategy for VSC of VSC-HVDC［J］. Power System Technology, 2015,39（4）： 968-975.
［20］魏晓云.电网故障条件下VSC-HVDC系统特性及其控制策略研究［D］.大连：大连理工大学，2013：1-5.
WEI Xiaoyun. Study on VSC-HVDC transmission system characteristics and control strategies to AC system faults［D］. Dalian： Dalian University of Technology, 2013： 1-5.
［21］同向前，伍文俊，任碧莹，等.电压源换流器在电力系统中的应用［M］.北京：机械工业出版社，2012：132-136.
［22］赵成勇，郭春义，刘文静.混合直流输电［M］.北京：科学出版社，2014：24-30.

[1]	查燚1，朱卉2，张延迟1，解大2. 直流配电网PV型电源建模及与VSC模型的对比[J]. 电力建设, 2017, 38(2): 84-.
[2]	林岩，张建成. 基于自适应下垂特性的虚拟同步发电机控制策略[J]. 电力建设, 2016, 37(9): 115-.
[3]	黎静华，桑川川. 能源综合系统优化规划与运行框架[J]. 电力建设, 2015, 36(8): 41-48.
[4]	史文博，王健，沈添福，边瑞恩. 基于改进倍比平滑法的节假日短期负荷预测方法[J]. 电力建设, 2014, 35(10): 21-25.