考虑海上风电功率波动的柔性直流输电系统控制文献综述

 2022-11-27 16:48:24
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文 献 综 述

1. 研究背景

风能作为一种可再生能源，也是现阶段的一种新型能源，资源较为丰富，并且不占用土地，可进行大规模的开发和利用。我国风力资源丰富，风电产业尤其是海上风电在国家政策的推进和支持下迅猛发展[1-2]。海上风电输电技术主要有高压交流输电(HVAC)和高压直流输电(HVDC)两种方式。HVAC输电在容量较低，输送距离较短的近海风电比较常用，缺点是对风场的控制能力几乎没有，无法对岸上主网进行支撑，可靠性不高。而HVDC输电提高了系统的稳定性，并且调节速度快，运行可靠[3]，在许多输电工程中得到了应用[4]。柔性直流输电技术是在电压源换流器(Voltage-Sourced Converter，VSC)和具有自关断能力的绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)基础上开发出来的一种新型直流输电技术。由于采用全控型电力电子器件IGBT作为开关器件，系统具有自关断电流的能力，可以工作在无源逆变方式，受端系统可以是无源网络；控制灵活方便，可以同时且分别独立地控制有功功率和无功功率；采用脉宽调制控制技术，开关频率相对较高[5-9]。该项输电技术在使用过程中展现出了较多的优势，不会涉及无功补偿问题，能够为源系统提供供电支持，实现了对有功功率及无功功率的快速调节，被广泛应用于多端直流输电系统中，并且占地面积较小，在可再生能源并网中被广泛应用，并且以并网的形式建立了海上风电场孤岛输电系统。

海上风电并网给人们提供清洁能源的同时，因为随机波动性对电网带来了一系列不良影响。海上风电功率波动会降低电网电能质量，严重时会导致区域电网电压崩溃；会使继电保护的可靠性和灵敏性降低；会改变电网的潮流分布和功率流向，严重时会导致系统动态失稳直至瓦解等等[10]。而柔性直流输电系统通过将频率变化同时纳入风场和离岸换流站有功功率控制中的协调控制策略来维持系统频率稳定。柔性直流输电送端站通常采用定有功功率控制，受端站通常采用定直流电压控制。该控制方式中，有功功率与直流电压的参考值通常设为定值，当此送端站与风力发电厂相连时，高压直流输电端功率参考值并不能随风场功率输出变化而改变；当风场输出功率变化时，高压直流输电系统不能对风场功率变化及时做出响应，直流输电系统参考值与风场实际功率输出之间存在一定差额，从而导致系统频率不稳定，且偏离基准值附近。为增加海上风场系统与柔性直流输电系统之间的耦合，在保持海上风电场发电机侧换流站采用频率-有功功率控制方式时，离岸换流站工作在控有功功率模式，该有功功率控制增加辅助频率控制环节，根据系统频率变化，柔性直流输电系统调整其有功功率参考值。在这种运行模式下，离岸换流站能对风场输出功率变化做出及时响应，系统频率能快速恢复稳定状态[11] 。

2. 国内外现状

离岸距离较大的海上风电场通过VSC-HVDC方式并网已经成为德国、英国等欧洲国家的发展方向。柔性直流输电可以控制系统短路电流和进行谐波污染治理，对于改善电网电能质量也大有帮助。另外，有数据表明其在远距离、小容量送电时也十分具有竞争力。目前，世界上已有多个风电场采用VSC-HVDC技术来输送电力，以瑞典的Gotland送电工程为例，采用柔性直流输电技术后，利用地下直流电缆大大减少对周围环境产生的影响，不仅大大提高了风电场内部交流系统的功角、电压稳定性和风能利用率，而且改善了Gotland岛南部电网的电能质量［12］。

自上世纪九十年代柔性直流输电技术问世以来，国内外就有大量学者展开了这方面的研究。ABB、西门子等公司对其技术特点、设备研发进行了深入研究，并承担主建了儿个大的实际应用工程。虽然我国对柔性直流输电应用研究起步较晚，但在国家政策的激励与支持下，各高校和科研机构加大了这方面的研究投入。目前，华北电力大学、浙江大学、上海交通大学、华

中科技大学、中国电力科学研究院等高校或机构已在该领域取得许多研究成果。随着十二五期间柔性直流输电项目的进一步推广，我国在柔性直流输电领域必将取得更多硕果。

现有文献研究主要集中在柔性直流输电数学模型、控制保护策賂、多端系统互连、潮流控制、暂态电压稳定性、建模仿真等方面。文献[13-14]研究了柔性直流输电的稳态模型，并对控制器进行了设计。文献[15-18]研究了向无源网络供电柔性直流输电系统结构与控制策略。文献[19-20]研究了有源网络互联时柔性直流输电系统结构与控制策略。[19-23]研究了多端柔性直流输电的结构、特点以及协调控制方法。文献[21-22]对交流系统发生故障时柔性直流输电系统保护策賂进行了探讨。文献[23]对如何提高系统频率和电压稳定性进行了研究，在负荷恢复阶段柔性直流输电与发电机调速器以及励磁系统的协调控制。文献[24-25]在建立同步旋转坐标系下换流器的非线性数学模型的基础上，提出了非线性化控制策略。

3. DIgSILENT的在电力系统仿真中的应用

DIgSILENT(DIgital SImuLation and Electrical NeTwork calculation program)即:数字仿真及电网计算程序，最早由德国DIgSILENT公司于1976年研发。这款软件包含了几乎常用的所有电力系统分析的功能，如潮流、短路计算、机电暂态及电磁暂态计算、谐波分析、小干扰稳定分析等。另外一个重要的特点是:把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，这使得其既能对电网的暂态故障进行分析，又能研究长期的电能质量问题及控制方法。DIgSILENT提供了全面的电力系统元件的模型库，包括发电机、电动机控制器、动态负荷、线路、变压器、并联设备的模型，风电机组电气部分的模型如:双馈感应电机、变频器等都包含在已有模型库的标准元件中。风速、机械传动系统、空气动力学部分及风电机组的控制系统都采用动态仿真语言DSL在软件中搭建，具有功能强大，兼容性好等优点。

4. 结论

综上所述，近年来相关的专家学者对柔性直流输电技术进行了大量的研究，提出了一系列的研究成果，提升了我国海上风场的建设规模。VSC-HVDC将电力电子技术与现代控制技术结合，简化大型风电场结构，能够通过其换流器的控制方案实现独立解耦控制有功功率与无功功率的能力。随着VSC-HVDC技术的不断进步，输送容量、直流侧电压、传输距离、控制技术等技术参数也逐步提高，采用其输电的工程数量越来越多。在风力发电等新能源技术高速发展的潮流下，基于电压源型换流器技术的VSC-HVDC凭借其较强的技术优势，将成为必不可少甚至是唯一的输电手段，对于满足我国清洁高效的能源利用的需要，有着显著的意义[26]。

参考文献

  1. 倪云林，辛华龙，刘勇.我国海上风电的发展与技术现状分析[J].能源工程，2009(4):21-25.
  2. 申宽育.中国的风能资源与风力发电[J].西北水电，2010(1):76-81.
  3. 熊一权.直流输电的优点及交直流改造的节能效果[J].节能，2004(1):16-18.
  4. 王新，宋元峰，王明.陕西电网直流输电关键技术框架设置论证[J].陕西电力，2010(12):42-45.
  5. 徐科，吴超，杨晓静．VSC-HVDC系统风力发电结构分析与控制[J]．电网技术，2009，33(4):103-108.
  6. 汤广福.基于电压源换流器的高压直流输电技术[M].北京:中国电力出版社，2009.
  7. 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社，2003.
  8. 胡航海，李敬如，杨卫红.柔性直流输电技术的发展与展望[J].电力建设，2011，32(5):62-66.
  9. 何泽泉，廖培金，彭书涛.高压直流输电中电压源型换流器的运行机理和特性分析[J].西北电力技术，2003，31(3):4-6，10.
  10. 田茹，张冬英.风电波动对电网的影响及衡量指标[J].中国科技博览，2016，26:355.
  11. 欧阳荭一，张旭航，李东东 .基于RTDS的海上风电柔性直流输电控制研究[J].电网与清洁能源.2007.33(8):86-93.
  12. 刘隽，何维国，包海龙.柔性直流输电技术及其应用前景研究[J].供用电，2008，25(1):6-9.
  13. 陈谦，唐国庆.采用dq0坐标的VSC-HVDC稳态模型与控制器设计[J].电力系统自动化，2004，28(16);61-66.
  14. Zhang Guibin， Xu Zheng. Steady-slate model for VSC based HVDC and its controller design[J]. IEEE/PES Winter Meeting，2001，3:1085-1090.
  15. 张凯，李庚银，梁海峰，李广凯.基于电压源换流器HVDC系统稳态控制及仿真[J].电力自动化设备，2005，25(3):79-83.
  16. 梁海峰，李庚银，李广凯等.向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究[J].电网技术，2005，29(8):45-50.
  17. 赵成勇，马国鹏，李广凯.向无源网络供电的VSC-HVDC调节特性研究[J].电网技术，2008，35(6):39-43.
  18. 陈海荣，徐政.向无源网络供电的VSC-HVDC系统的控制器设计[J].中国电机工程学报，2006，26(23):42-47.
  19. 明战起，石新春，周国梁，齐涛.向有源网络供电的VSC-HVDC系统仿真研究[J].中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十三届学术年会，2007:28-32.
  20. 李国杰，阮思烨.应用于并网风电场的有源型电压源直流输电系统控制策略[J].电网技术，2009，3(31):52-55.
  21. 石新春，周国梁，付超.直流侧串联的多VSC-HVDC并联运行系统直流侧电压平衡控制方法[J].高压电器，2008，44(3):200-203.
  22. Zhang Xiaoping. Multiterminal voltage-sourced converter-based HVDC models for power flow analysis[J].IEEE Trans on Power Systems，2004，19(4):1877-1884.
  23. Lu Weixing， Ooi B T. DC overvoltage control during loss of converter in multiterminal voltage-source converter-based HVDC[J].IEEE Trans on Power Delivery， 2003，18(3):915-920.
  24. 陈谦，唐国庆，潘诗锋.采用多点直流电压控制方式的vSC多端直流输电系统[J]，电力自动化设备.2004.24(5):10-15.
  25. Shu Zhou，Jun Liang，Ekanayake， J.B.， Jenkins， N.. Control of multi-terminal VSC-HVDC transmission for offshore wind power generation[J]. the 44th International Conference (UPEC)，2009， 33-38.
  26. 吴翠朋.柔性直流输电系统保护策略探讨[D].广东工业大学，2010.

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