大规模可再生能源的柔性直流并网系统及其稳定控制研究

Flexible DC systems have independent active and reactive power regulation capabilities and are able to suppress the AC voltage oscillation issues caused by the integration of large scale renewable energies. With the knowledge of understanding the topology and equivalent model of the flexible DC systems, this project aims to propose a novel hybrid AC/DC grid structure adapting to the connection of large scale of renewable energies, with which a virtual DC machine model is established and the grid-connected system performance is studied accordingly. Moreover, a hierarchical control structure for the flexible DC system considering both decentralized and centralized control is investigated, as a result the intelligent interaction and safe and economical operation is ensured.For solving stability issues a uniform time/frequency domain modelling method is proposed and the external output impedance characteristic curve is studied. With the basis of locate the resonance source quickly and accurately using this technology, a global sub/super synchronous oscillation suppression principle and methodology is proposed and the diffusion of this oscillation is interdicted.

柔性直流系统具有独立的有功、无功控制能力，能够有效抑制大规模可再生能源接入带来的交流电压波动问题。本课题拟以柔性直流系统拓扑构架和等值模型为前提，提出一种适应大规模新能源接入的交直流混合型组网构架，并基于此构架建立虚拟直流电机模型，研究不同参数下的系统并网特性。研究结合了集中式和分布式控制的柔性直流系统分层控制体系，实现大规模可再生能源与柔性直流系统的智能互动和安全经济运行。针对大规模可再生能源与柔直系统可能产生的稳定性问题，提出时频域统一模型方法，研究系统的外部端口阻抗特征曲线，并基于此快速、准确定位谐振源，提出系统源-网协调的次/超同步振荡全局抑制机理及方法，有效阻断其在电网的远距离扩散。

柔性直流并网技术可以实现大规模可再生能源的稳定并网，本课题以柔性直流并网技术作为目标对象，研究适用于大规模可再生能源并网的直流组网架构、建模方法、协调控制方法、稳定性分析方法。本项目进行了大规模可再生能源的柔性直流并网系统及其稳定性控制研究，并重点研究了如下几个方面内容：（1）对比研究星型、放射型、两端型、环网型等电网结构的优缺点，提出了柔直环网接入与输电两端接入的直流并网拓扑结构，该拓扑结构兼具了环网结构的高可用性和两端型结构的高性价比；（2）在深入大规模可再生能源并网研究过程后，提出一种基于区域折叠的系统等值模型与仿真方法。该方法可以建立大规模可再生能源并网电磁暂态模型，并充分利用多核心、超算结构计算优势提高仿真速度；（3）为了实现大规模可再生能源并网协调控制与可再生能源并网功率波动抑制，模拟直流电机外特性，提出一种“虚拟直流电机控制”方法并实现储能单元配置，并在此基础上提出参数自适应的虚拟电机控制方法；（4）提出了一种用于解决运行方式平滑切换的分层协调控制策略，通过P-U-I控制器，维持柔直系统输入/输出功率的平衡，维持直流母线电压稳定，维持柔直系统的可靠运行；（5）针对大规模可再生能源典型并网结构中的外部端口阻抗特性与并网谐振特性进行分析。以光伏电站大规模并网为典型案例，结合所提出的区域折叠仿真方法对所建立的端口阻抗特性结果进行电磁暂态验证；（6）基于“虚拟电阻”技术，增加变换器系统阻尼，提出大规模可再生能源并网阻抗重塑方法，实现振荡传播的隔离；（7）为了验证本研究中所提出的功率协调方法和各类控制方法，设计了通用型高性能控制板和功率模块单元，可以模拟多种变换器控制系统，完成大规模可再生能源接入柔直系统动模平台联调。