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簡報︱含多電壓源型變換器型電力電子設備的互聯電網廣域阻尼控制

2021-06-02

國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院、東北電力大學電氣工程學院的研究人員徐茂達、王也、郝文波、劉鋮、陳梟杰,在2019年第9期《電氣技術》雜志上撰文指出,隨著眾多電壓源型變換器型電力電子設備接入電力系統的滲透比逐步增加,形成了含多變流器的電力電子化互聯電網。

本文針對多電壓源型變換器型變流器的無功調制特點,利用多變流器無功調制能力設計廣域阻尼控制策略,為互聯電網提供阻尼并抑制低頻振蕩。首先,對多電壓源型變換器型變流器控制環節構成進行介紹,研究并構建了多電壓源型變換器型變流器通用性模型;其次,分析了多變流器無功調制阻尼貢獻機理;后提出多變流器廣域阻尼控制策略,利用多電壓源型變換器型變流器無功環節的模糊控制來對互聯電網功率振蕩進行抑制。 通過構建多電壓源型變換器型變流器算例仿真,結果表明,該方法可為系統提供阻尼,有效抑制區域間振蕩,增強電力系統的穩定性。

新能源發電蓬勃發展,風電、光伏等大量并網,多種電壓源型變換器(voltage-source converter, VSC)柔性交流輸電系統(flexible AC transmission system, FACTS)和高壓直流輸電(high-voltage direct current, HVDC)接入電網,使電網含有VSC型變流器的比重與容量逐步增加,已逐步形成多變流器的電力電子化互聯電網。
多變流器電力電子設備接入滲透比增加使得互聯電網特性變得更為復雜,對電力系統功率振蕩分析與抑制帶來挑戰,一旦發生功率振蕩將會對電力系統造成巨大影響。所以,如何改善系統阻尼特性,抑制功率振蕩值得研究。如果能夠利用眾多電力電子設備為系統提供阻尼并抑制功率振蕩將具有重要意義。
現有阻尼控制措施大多考慮利用單獨設備元件使其具備阻尼能力,如考慮利用傳統和改進的電力系統穩定器(power system stabilizer, PSS),及利用風機或SVC提供阻尼等,許多學者已提出了改進措施,但效果具有單一性且有一定的適應范圍,單個元件阻尼作用程度十分有限。
目前,各種電力電子設備接入電網的方式,主要通過變流器接口形式接入。其中接口變流器大部分采用VSC,也使電網呈現出多VSC型變流器共存的新形態。在多VSC變流器型電網中,電力電子化設備中的可再生能源,如光伏發電、風力發電系統接口變流器的控制模式一般為電壓控制模式,在故障期間可提供功率平衡和電壓支撐。電網運行時,VSC型變流器為系統提供無功需求。
當電網發生功率振蕩時,如果不能有效抑制振蕩將嚴重影響電網安全運行。所以,如果能夠利用現有系統中的多VSC型變流器為電網功率振蕩提供阻尼控制,將為互聯電網的功率振蕩提供新的抑制途徑。因此,擾動期間使多VSC型變流器具有阻尼抑制能力變得重要。多VSC型變流器無功調制阻尼控制可改變傳統單一設備提供阻尼的改善程度有限、適用范圍有限的不足。且可在其提供無功電壓支撐的同時具有附加阻尼控制能力,能夠為互聯電網的功率振蕩提供有效抑制。 因此,針對含多VSC型變流器互聯電網的參數不確定性和強非線性,本文提出了利用多VSC型變流器的無功模糊調制阻尼控制方法。首先,建立通用變流器模型;其次,研究多VSC型變流器無功調制阻尼控制機理;后,結合模糊控制原則設計了多VSC型變流器無功調制阻尼控制策略。仿真結果表明,該方法簡單有效,所提出的多變流器阻尼控制具有較強魯棒性,并可有效增強互聯電網功率振蕩抑制能力。

 多VSC型變流器結構阻尼控制策略示意圖
針對含多VSC型電力電子設備的互聯電網新特點,本文提出了利用多VSC型變流器的廣域阻尼控制策略。建立了VSC型變流器通用模型,以解釋VSC型變流器無功調制阻尼作用機理,設計了多VSC型變流器無功模糊阻尼控制策略。通過仿真驗證,得到如上結論

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