无源MMC站通过DC/DC变换器在线平滑接入直流电网的控制策略

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.004

摘要/Abstract

摘要： 摘要：基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的直流电网已成为未来电网的重要发展方向，然而仍没有保证无源MMC站通过DC/DC变换器在线接入直流电网的平滑性的成熟方案。若解锁顺序或控制策略不当，都将产生较大的冲击电流，对原正常运行系统产生影响。首先，提出了无源MMC站通过DC/DC变换器接入直流电网前、后的有功功率参考值设计方法。然后，分析了DC/DC变换器和无源MMC站接入期间的等效电路，分析了解锁前后子模块电容电压的变化，提出了解锁时投入的直流电压匹配控制策略，可减小解锁时刻子模块电容充电带来的冲击电流。最后，以平滑接入为目标，给出了整体控制策略流程。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了含DC/DC变换器的五端对称双极直流电网模型，仿真验证了所提出控制策略的有效性。

关键词: , 模块化多电平换流器（MMC）, 直流电网, 平滑接入, DC/DC变换器

Abstract: ABSTRACT： The modular multilevel converter （MMC） based DC grid is becoming an important trend in the electrical power system. But there is no mature strategy on on-line smooth connection of passive MMC station via DC/DC converter into DC grid. If the unlock sequence or control strategy is not appropriate, there will be a higher inrush current and the original operation of the system will be affected. Firstly, the design method of active power reference value before and after the connection of DC/DC converter and passive MMC station is analyzed. Secondly, the equivalent circuit of DC/DC converter and passive MMC station is analyzed. The change of the capacitor voltage of the sub-module before and after de-locking is analyzed, and the DC voltage matching control strategy is put forward to decrease the inrush current at the de-locking moment. Finally, taking the smooth connection as target, the overall control strategy process is presented. A model of five-terminal symmetrical bipolar DC grid with DC/DC converter is built in PSCAD/EMTDC, and the simulation results validates the effectiveness of the proposed control strategy.

Key words: modular multilevel converter （MMC）, DC grid, smooth connection, DC/DC converter

中图分类号:

韩乃峥，贾秀芳，许建中，赵成勇 .

无源MMC站通过DC/DC变换器在线平滑接入直流电网的控制策略

[J]. 电力建设, 2018, 39(5): 28-.

HAN Naizheng, JIA Xiufang, XU Jianzhong, ZHAO Chengyong . Control Strategy for On-line Smooth Connection of Passive Modular Multilevel Converter Station via DC/DC Converter into DC Grid [J]. Electric Power Construction, 2018, 39(5): 28-.

参考文献

［1］AKHMATOV V，CALLAVIK M，FRANCK C M，et al.Technical guidelines and prestandardization work for first HVDC grids［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2014，29（1）：327-335.

［2］汤广福，庞辉，贺之渊.先进交直流输电技术在中国的发展与应用［J］.中国电机工程学报，2016，36（7）：1760-1771.

TANG Guangfu，PANG Hui，HE Zhiyuan.R&D and application of advanced power transmission technology in China［J］.Proceedings of the CSEE，2016，36（7）：1760-1771 .

［3］AN Ting，ZHOU Xiaoxin，HAN Congda，et al.A DC grid benchmark model for studies of interconnection of power systems［J］.CSEE Journal of Power and Energy Systems，2015，1（4）：101-109.

［4］姚良忠，吴婧，王志冰，等.未来高压直流电网发展形态分析［J］.中国电机工程学报，2014，34（24）：6007-6020.

YAO Liangzhong，WU Jing，WANG Zhibing，et al.Pattern analysis of future HVDC grid development［J］.Proceedings of the CSEE，2014，34（24）：6007-6020.

［5］周孝信，鲁宗相，刘应梅，等.中国未来电网的发展模式和关键技术［J］.中国电机工程学报，2014，34（29）：4999-5008.

ZHOU Xiaoxin， LU Zongxiang， LIU Yingmei， et al.Development models and key technologies of future grid in China［J］.Proceedings of the CSEE，2014，34（29）：4999-5008.

［6］汤广福，罗湘，魏晓光.多端直流输电与直流电网技术［J］.中国电机工程学报，2013，33（10）：8-17.

TANG Guangfu，LUO Xiang，WEI Xiaoguang.Multi-terminal HVDC and DC-grid technology［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33（10）：8-17.

［7］孔明，邱宇峰，贺之渊，等.模块化多电平式柔性直流输电换流器的预充电控制策略［J］.电网技术，2011，35（11）：67-73.

KONG Ming，QIU Yufeng，HE Zhiyuan，et al.Pre-charging control strategies of modular multilevel converter for VSC-HVDC［J］.Power System Technology，2011，35（11）：67-73.

［8］郭高朋，胡学浩，温家良，等.模块化多电平变流器的预充电控制策略［J］.电网技术，2014，38（10）：2624-2630.

GUO Gaopeng，HU Xuehao，WEN Jialiang，et al.Precharge control strategies for modular multilevel converter［J］.Power System Technology，2014，38（10）：2624-2630.

［9］周月宾，江道灼，郭捷，等.模块化多电平换流器型直流输电系统的启停控制［J］.电网技术，2012，36（3）：204-209.

ZHOU Yuebin，JIANG Daozhuo，GUO Jie，et al.Start/stop control of modular multilevel converter based HVDC transmission system［J］.Power System Technology，2012，36（3）：204-209.

［10］宋平岗，李云丰，王立娜，等.MMC-HVDC电容协同预充电控制策略［J］.高电压技术，2014，40（8）：2471-2477.

SONG Pinggang，LI Yunfeng，WANG Lina，et al.Capacitor coordinating pre-charging control strategy of MMC-HVDC［J］.High Voltage Engineering，2014，40（8）：2471-2477.

［11］肖晃庆，徐政，薛英林，等.多端柔性直流输电系统的启动控制策略［J］.高电压技术，2014，40（8）：2550-2557.

XIAO Huangqing，XU Zheng，XUE Yinglin，et al. Start control strategy of MMC-MTDC system［J］.High Voltage Engineering，2014，40（8）：2550-2557.

［12］裘鹏，杨美娟，章姝俊，等.MMC-MTDC系统协调启动控制策略［J］.电网技术，2015，39（7）：1800-1807.

QIU Peng，YANG Meijuan，ZHANG Shujun，et al. Coordinated start-up strategy for MMC-MTDC system［J］.Power System Technology，2015，39（7）：1800-1807.

［13］阎发友，汤广福，孔明.基于模块化多电平换流器的直流电网预充电控制策略［J］.中国电机工程学报，2015，35（20）：5147-5154.

YAN Fayou，TANG Guangfu，KONG Ming.Pre-charging control strategy for MMC-based DC grid［J］.Proceedings of the CSEE，2015，35（20）：5147-5154.

［14］WANG X，TANG G，HE Z，et al.Modeling and control of an isolated module multilevel DC/DC converter for DC grid［J］.CSEE Journal of Power & Energy Systems，2017，3（2）：150-159.

［15］魏晓光，王新颖，高冲，等.用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究［J］.中国电机工程学报，2014，34（s1）：218-224.

WEI Xiaoguang，WANG Xinying，GAO Chong，et al.Topologies research of high voltage and high power DC/DC converters used in DC Grids［J］.Proceedings of the CSEE，2014，34（s1）：218-224.

［16］ZHAO B， YU Q， SUN W.Extended-phase-shift control of isolated bidirectional DC-DC converter for power distribution in microgrid［J］. IEEE Transactions on Power Electronics，2012，27（11）：4667-4680.

［17］姚良忠，鲁双杨，文劲宇，等.含DC-DC变换器的直流电网拓扑结构及其运行控制［J］.电力系统自动化，2016，40（11）：80-86.

YAO Liangzhong，LU Shuangyang，WEN Jingyu et al.Topology and controlof DC grid with DC-DC converters［J］.Automation of Electric Power Systems，2016，40（11）：80-86.

［18］王新颖，汤广福，魏晓光，等.MMC-HVDC输电网用高压DC/DC变换器隔离需求探讨［J］.电力系统自动化，2017，41（8）：172-178.

WANG Xinying，TANG Guangfu，WEI Xiaoguang，et al.Disscussion on isolation requirement of high voltage DC/DC converter for MMC-HVDC transmission systems［J］.Automation of Electric Power Systems，2017，41（8）：172-178.

［19］WANG Y，YUAN Z，FU J.A novel strategy on smooth connection of an offline MMC station into MTDC systems［J］. IEEE Transactions on Power Delivery，2016，31（2）：568-574.

［20］徐政.柔性直流输电系统［M］.北京：机械工业出版社，2013.

XU Zheng.Dynamic behavior analysis of AC-DC power system［M］.Beijing：China Machine Press，2013.

［21］林毅，林章岁，巨云涛，等.考虑静态安全约束的含MMC-HVDC交直流混合系统最优潮流计算方法［J］. 电网技术，2017，41（9）：2854-2861.

LIN Yi，LIN Zhangsui，JU Yuntao，et al.A novel approach on security-constrained optimal power flow for hybrid AC/DC grids based on MMC-HVDC［J］.Power System Technology，2017，41（9）：2854-2861.

[1]	汤吉鸿, 章德, 丛凡超, 田国梁, 吴贵烘, 李宇骏, 禹海峰. 基于线性二次型最优控制的多端直流最优功率调制方案[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 32-39.
[2]	赵洱岽, 王浩, 林弘杨. 现货市场中基于演化博弈的火电企业阶梯报价策略[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 68-71.
[3]	沈宝兴，林琳，董倩，唐璁，江守其，辛业春. MMC-HVDC孤岛供电系统交流故障穿越协调控制策略[J]. 电力建设, 2020, 41(6): 93-99.
[4]	宋建，束洪春，董俊，梁雨婷，李雨龙，杨博. 基于GM(1，1)与BP神经网络的综合负荷预测[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 75-80.
[5]	祁兵，叶欣，李彬，陈宋宋，李源非，石坤. 考虑IEC标准的用户侧电力物联网体系架构研究[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 92-99.
[6]	张明奇，刘麒麟，张英敏. MMC型换流器双极故障电流影响因素分析及其优化[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 124-132.
[7]	钟永洁，谢东亮，孙永辉，翟苏巍，常福刚，张明理. 考虑能源子系统与储能的综合能源系统优化分析[J]. 电力建设, 2019, 40(8): 59-68.
[8]	杨军，林洋佳，陈杰军，李逸欣，詹祥澎. 未来城市共享电动汽车发展模式[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 49-59.
[9]	陈宁，齐磊，崔翔，马江江. 柔性直流电网单极接地短路电流计算方法[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 119-127.
[10]	傅庆燕，高亮，裴翔羽. 基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究[J]. 电力建设, 2019, 40(3): 109-116.
[11]	樊强，陆锋，张帆，李钰，赵成勇，许建中. 基于桥臂二倍频电流分量重构的MMC降容控制方法[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 87-93.
[12]	江帆，杨洪耕. 基于选择性贝叶斯分类的非侵入式负荷识别方法[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 94-.
[13]	刘中原，王维庆，王海云，袁成玉，王亮，李永钦，丁文彬. 基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 100-.
[14]	林伟芳，易俊，贾俊川，王安斯，余芳芳，方诗卉. 故障后半波长输电线路的稳态过电压控制措施[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 109-.
[15]	崔树银，陆奕，常啸. 考虑信用评分机制的电力碳排放交易区块链模型[J]. 电力建设, 2019, 40(1): 104-111.