接入风电场群的多端柔性直流输电系统直流电压控制策略研究

Reliable and efficient absorption of large-scale wind power is the main constraint on wind power development. Multi-terminal VSC-HVDC (voltage sourced converters high voltage direct current) has become one of the optimum systems project for wind power delivery and is well known internationally. DC voltage control strategy is currently the core technologies as well as the main technical bottleneck in multi-terminal VSC-HVDC system. It is still at the primary stage of research for multi-terminal system. A DC voltage control strategy for multi-terminal VSC-HVDC will be proposed for wind power group access in this project. Firstly, DC voltage control methods such as fixed voltage, fixed power and droop control are united based on the mathematical model, among which a seamless handoff is realized, so that it can cope with changes in wind power. Then a theoretical base for DC voltage control parameter selection is presented by DC system modeling and frequency response analysis under a global stability perspective. Based on this, the DC voltage setting values in all converter stations are periodically adjusted under optimum DC power flow analysis to improve power flow distribution and the transmission capability of wind power, while the power fluctuation of wind power is taken into account. This subject is expected to provide an important theoretical basis and technical support for solving large-scale wind power delivery problems.

大规模风电的高效、可靠消纳是制约我国风力发电发展的主要因素。多端柔性直流输电是当前国际公认的风电功率外送的最佳技术方案之一。多端柔性直流输电系统的直流电压控制策略是其核心技术，也是当前的主要技术瓶颈，国内外的研究尚处于起步阶段。本项目拟提出一种适合风电场群接入的多端柔性直流输电系统直流电压控制策略。首先，利用统一的数学模型分析定电压、定功率和下垂控制三种直流电压控制方法，并实现控制方法之间的无缝切换,以满足风电功率接入下灵活的控制需求；然后，建立直流系统的数学模型，通过频率响应分析找出控制参数选择的理论依据，保证直流电压控制的全局稳定性；在此基础上，考虑风电功率波动的影响，通过最优直流潮流分析，周期性调整各换流站直流电压控制方法和控制参考值，改善潮流分布，提高风电传输和消纳能力。本课题将为解决大规模风电功率外送问题提供重要的理论依据和技术支持，具有重要的意义。

大规模风电的高效、可靠消纳是制约我国风力发电发展的主要因素。基于柔性直流输电技术的直流电网是当前国际公认的风电功率外送的最佳技术方案之一。多端柔性直流输电系统的直流电压控制策略是其核心技术，本课题针对这一问题从全网协调控制到站级控制、换流器控制进行了全面深入的研究。(1)在直流全网最优潮流协调控制方面，考虑了网络损耗、直流电压偏移量以及静态电压稳定裕度等指标进行多目标优化，并设计控制架构将优化结果转化为实际运行参考值。在此基础上，将直流潮流控制器引入到直流电网最优潮流协调控制中，实现了换流站和直流潮流控制器的协调配合。(2)在站级控制中，提出一种控制模式的统一数学模型，并在此基础上将换流站控制方法的切换转化成控制模型参数的调整，实现了柔性直流输电控制策略的平稳切换。(3)在控制器的设计和参数优化上，建立了电压源换流器型高压直流输电系统的分段仿射模型。针对带状态和输入约束的分段仿射系统动态变化快的特点，弥补模型预测控制滚动优化计算使得系统响应速度变慢、实时性降低的缺点。项目研究取得了一些重要的成果：(1)提出了一种适合于风电场群联网的柔性直流输电系统直流电压控制策略，实现了新能源发电接入的平稳运行和无缝切换，并在此基础上，实现了风功率接入的最优化运行。(2)针对柔性直流输电系统向直流电网的演进，在研究中将直流潮流控制器的运行控制统一到整个柔性直流输电系统和直流电网中，实现了全网的统一协调运行控制。(3)针对新能源发电经柔性直流输电外送，提出一种基于导向电压的直流电网电压控制策略，分析了导向电压对直流电网的重要指标意义，并且利用导向电压变化来指导直流电网互联系统间的功率传输。本课题所研究的直流电压控制策略是多端柔性直流输电系统和直流电网的核心技术问题，研究成果为解决大规模风电功率经柔性直流输电外送问题提供了重要的理论依据和技术支持，具有重要的理论意义和工程实用价值。