【《LCC-MMC混合直流输电系统的控制策略分析概述》4100字】

LCC-MMC混合直流输电系统的控制策略分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u22226LCC-MMC混合直流输电系统的控制策略分析概述 0317301.1LCC-MMC的拓扑结构 0148251.2整流侧的控制策略 1251971.3逆变侧的控制策略 2169841.3.1内环电流控制器 2215401.3.2外环功率控制器 341711.4内部环流抑制策略 5134711.4.1内部环流产生原因 5299411.4.2环流抑制控制器 6了解完LCC-MMC混合直流输电系统的基础理论后，为了使输电系统在运行时保持稳定，将系统电压和功率维持在合理范围内，我们必须对其控制策略加以研究。本章着重就整流侧LCC的定直流电压控制、逆变侧MMC的双闭环控制以及对MMC桥臂中的环流抑制的控制策略进行推导和说明。LCC-MMC的拓扑结构LCC-MMC混合输电系统充分利用了我国西电东送的特点，并克服了传统直流输电和双端VSC柔性直流输电各自的缺点，其主要体现在可避免LCC-HVDC可能发生的逆变侧换流失败现象与能够给受端VSC提供无功补偿，因此能够实现在最大经济效益的情况下提高直流系统的稳定性。本文采用双端单极性LCC-MMC混合直流输电系统，其拓扑结构如下：图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11混合直流输电系统拓扑结构其中整流侧为12脉动换流器，逆变侧为MMC换流器，整流侧滤波器的作用是为了减少送端交流量的谐波分量，线路两端串接限流电抗器是为了限制直流线路中的交流量，减少线路损耗，同时限制直流线路短路时的电流上升率，提高直流输电系统的稳定性。整流侧的控制策略要使LCC-MMC混合直流输电系统稳定运行，减少直流线路在远距离传输时线路损耗，即减少电压降落，必须采用定直流电压控制以确保直流线路的电压恒定。鉴于逆变侧MMC预采用双闭环控制的方法，故本文设计的定直流电压模块放置在LCC侧，其基本原理为测量电压与控制电压量进行比较，进而来确定控制角α，使在α角的作用下让测量电压尽可能逼近控制电压量，以达到定电压控制的效果，为逆变侧提供功率传输所必要的稳定电压。LCC定电压控制器的结构如下：图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12LCC定直流电压控制器其中，Udl表示电压测量值，Udlord表示预计的电压控制量，逆变侧的控制策略逆变侧MMC由于采用电平触发，其电路结构复杂、数学模型多变，其控制策略的设计比较困难，是整个系统控制模型设计的难度，然而MMC换流器的控制策略又恰恰是混合输电系统的重点，能否较好的控制MMC系统直接决定了混合直流输电性能的稳定性。鉴于MMC是VSC的一种拓扑结构，故而考虑MMC系统采用与VSC系统的类似的控制策略，通过查阅大量文献书籍，MMC换流器采用如图3-3流程的控制策略。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s13MMC控制策略MMC的控制策略模型主要由外环控制器、内环控制器和众多坐标变化和计算模块构成，通过图3-3可以看到，MMC的外环功率控制器的控制量可通过人为设定，其一般取决于混合直流输电的规格和用电量，其中内环电流控制器的电流参考量为外环功率控制器的输出变量，因此将MMC的内环电流和外环功率控制合称为闭环控制。MMC的控制模型中包含大量的坐标变换模块和功率计算模块，其主要原因为MMC系统进行三相电压、电流运算时，需要进行帕克变换，以达到简化运算的效果。 内环电流控制器MMC控制器主要有直接电流控制与间接电流控制两种设计思路，其中前者通过坐标变换进行，后者通过电压和相位计算进行。在实际工程中，为了确保电流量能够快速的跟随系统的变化，减少延迟时间，一般采用直接电流控制。鉴于MMC双闭环控制的结构，需要内环电流控制为外环功率控制提供计算参数，因而，先设计内环电流控制器是十分必要的。MMC换流器可通过调节其输出电压来设计内环电流控制器，使电流跟随电流指定量的变换ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张明奇</Author><Year>2019</Year><RecNum>89</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[41]</style></DisplayText><record><rec-number>89</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tzdsdz5ebrw2pcea5w2vzreit5ertv2r9efx"timestamp="1619706184">89</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张明奇</author><author>张英敏</author><author>田洪江</author><author>陈可%J智慧电力</author></authors></contributors><titles><title>一种MMC控制系统的复合校正策略</title></titles><pages>69-75</pages><number>8</number><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[41]，其输出阀值电压Vdord，Vqord可表示为：VV其中，Vdord和Vqord分别表示d、q轴的电压控制参考量，idord和iqord分别表示i2d、i2q的参考量，引入系数kpid、kpiq、kiid、kiiq消除系统的稳态误差，引入wLi2q图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s14电流内环解耦控制图外环功率控制器在MMC连接电压等级高、功率大的电网时，其电压不会随功率阶跃而发生大幅的改变，故MMC外环采用定功率控制，以此来提供内环所需的电流参考量，其数学模型可通过以下步骤计算。在abc坐标系下P、Q可表示为P&=经过坐标变换，将P、Q从静止同步坐标系转换到旋转坐标系下，在此省略转换步骤，则P、Q可表示为P&=以d轴为电压参考轴，即usd=Us，usq=0，则P&=由式（3.5）可知，有功功率P仅由d轴电流量控制，无功功率Q仅由q轴电流量控制，即P、Q解耦性能良好，其中i对式（3.6）根据实际工程进行调整，可得idref，iii其中Pref和Qref分别为有功、无功功率参考量，idref(=idord)和iqref(=i图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s15定有功功率控制器图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s16定无功功率控制器内部环流抑制策略内部环流产生原因图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s17包含环流的MMC单相等值电路MMC运行时，由于子模块电容的存在，鉴于MMC子模块的运行方式，子模块电容处在不断地充放电过程中，即使有调制与电容均压控制模块的存在，电容电压难免会有波动，因而造成桥臂子模块间能量分布不均衡，各相桥臂间产生环流。MMC内部环流包括直流分量、二倍频分量和高频分量，其中，环流的谐波分量将会在MMC三相单元间流动，同时不会进入直流系统中去，这意味着，随着直流输电系统使用时间的增长，环流的谐波分量会对MMC逆变器中的开关器件造成严重损害，故而会影响MMC的正常运行。通过计算，环流的高频分量很小，MMC三相桥中存在的谐波分量主要是二倍频分量。以三相MMC的电路结构为例，我们可单独拿其中一相来分析MMC桥臂中环流的特点，根据图3-7，i通过代换可得下式，i式中icira表示a相环流，由此便得知MMC的相间环流存在于内部，无法进入直流系统，在长期运行过程中会对开关器件造成损害，既会增加开关的损耗又会增加MMC的成本，尽管由于桥臂电抗的存在，在一定程度上可以限制住环流的存在，尤其限制高频分量的存在，但无法完全消除二倍频环流分量，影响MMC的电容电压均衡，使桥臂电流发生畸变，增加开关器件负担以及加大损耗，这会造成环流抑制控制器由于环流会对MMC造成不利影响，我们有必要设计出一套合适的环流抑制控制方案对其进行限制，以确保系统的正常运行。而相间环流分量主要为二倍频环流，本节将结合抑制二倍频环流的手段，通过环流的数学式推导出合适的环流控制量，搭建满足条件的环流抑制控制器（CirculatingCurrentSuppressingController，CCSC）模型。根据图3-7，可推导出如下两个等式，uL其中，ij和uj(j=a,b,c)表示a、b、c三相的端口输出电流和电压。为了方便计算，不妨设定义e同时，以第j相为例，电流流过Rarm引起的电压降可表示为下式，记为uu其中icirj表示第j相桥臂的环流量，而桥臂电压上的二倍频电压与ucirj极性相反，因此，我们设计的CCSC可以uu与两电平换流器的虚拟电动势类似，我们可通过MMC控制器的输出量来得到ej，而虚拟电动势ej可以通过控制MMC换流器交流测输出电压、电流量进而来控制功率和直流线路的电压和电流等，ucirj可以用来控制MMC换流器的内部动态过程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>赵成勇，许建中，李探著</Author><Year>2017</Year><RecNum>45</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[37]</style></DisplayText><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tzdsdz5ebrw2pcea5w2vzreit5ertv2r9efx"timestamp="1608565168">45</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>赵成勇，许建中，李探著</author></authors></contributors><titles><title>模块化多电平换流器直流输电建模技术</title></titles><pages>215</pages><dates><year>2017</year></dates><publisher>北京：中国电力出版社</publisher><isbn>978-7-5123-9609-8</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[37]。根据文献[28]，a、b、ci式中I2f表示二倍频环流分量峰值，又由（3-14），将其在a、b、c三相u上式经过二倍频负序旋转坐标变换，经过Tabc/dqu式中ucird、ucirq和i2fd、i2fq分别表示dq坐标系下的d轴、q轴的环