基于电压下垂特性的MMC-MTDC协调控制策略

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MMC 型多端柔直配电系统协同控制与故障电流抑制策略

基金项目：中美国际科技合作项目资助(2016YFE0105300)
流器的出现，供配电区域之间通过换流器实现异步互联成为了可能。相比起传统的电流源型换流器(例如基于晶闸管的电网换相型换流器)，电压源型换流器可以通过控制开关器件的开通和关断，实现有功、无功的解耦控制。同时，电压源型换流器不存在换相失败问题，特别适用于构建多端直流输电系统。而随着模块化多电平换流器 (Modular Multilevel Converter, MMC)技术的不断改进，成本逐渐降低，其已有取代传统的两电平、三电平换流器的趋势。相比于传统的两电平和三电平换流器，MMC 开关频率较低、拓扑简单、调试便捷、谐波含量较低，
0 引言
目前的配电网络大多采用交流辐射状供电，电力设备的供电完全依赖主站，可靠性较低。同时，辐射状的分区供电，容易造成各个地区之间负荷的不平衡。此外，有功功率、无功功率之间的传送受主站容量影响，无功容量不足，可能导致电能质量低下、系统运行失稳。为此，需要装设大量的无功补偿装置，增加了配电网络成本。而随着电压源型换
Abstract: Aiming at the multi-terminal flexible DC power distribution system which is based on DC bus with Modularized Multilevel Converter (MMC), this paper establishes the mathematical model of the 3-terminal MMC system connected with low voltage device and improves the coordinate control scheme based on the droop control method, referred to practical project. To avoid the usage of converter transformer, this paper designs zero sequence current restrain control loop. The case study is carried out on a simulation system built in PSCAD/EMTDC. The time domain simulation results prove the validity of the proposed control scheme. The active and reactive power can be reallocated stably by the proposed coordinate control scheme and the DC voltage suffers less fluctuation when system exception happens; the zero sequence current can be eliminated by the proposed zero sequence current restrain control loop, which is good for reducing over current and protecting the converter.

一种适用于MMC-MTDC的主站直流电压控制策略

收稿日期：２０１６一Ｏ１—１７；修回日期：２０１６一Ｏ３一ｏ４。作者简介：熊毅（１９８６一），男，硕士研究生，主要从事柔性直流输
电系统的控制策略研究。
流站可靠性，所以它适于构建多端直流电网。多端直流电网的控制方法可归纳为 “定直流电
文章编号：２０９５—６８４３（２０１６）０３—０２０４—０５
ＤＣｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｍａｉｎｓｔａｔｉｏｎｏｆＭＭＣ ——ＭＴＤＣ
Ｘ１０ＮＧＹｉ．ＰＡＮＧＤａｎ，ＯＩＨａｉｔａｏ
（１．ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉｌｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００００，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｒａｎｃｈ，ＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉａｎｇｘｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｊｉａｎ３４３０００，Ｃｈｉｎａ）
ｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｕｎｄｅｒＵＤｃ—Ｑｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ（ｍａｉｎｓｔａｔｉｏｎ），Ｐ—Ｑｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ（ｄｒｏｏｐｃｏｎｔｒｏ１）ｏｒＵＡｃ－ｆｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｕｌｔｉ— ｔｅｒｍｉｎａｌＤＣｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｉｎｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｉｒｃｕｍ — ｓｔａｎｃｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗｈｉｃｈａｌｌｏｗｅｄｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｔｏｒｅｇｕｌａｔｅｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅ，ｔａｋｉｎｇＵＤｃａｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｉｇｎａｌ，ＳＯａｓｔｏｅｎｓｕｒｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｇｒｉｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ＩｎｔｈｅＲＴ—Ｌａｂ．ｔｈｅｆｉｖｅ—ｔｅｒｍｉｎａｌＤＣｐｏｗｅｒｇｉｒｄｍｏｄｅｌｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍａｎｄｏｎｓｈｏｒｅＡＣｓｙｓｔｅｍｗａｓＣＳ—

基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略一、本文概述Overview of this article随着可再生能源的大规模开发和利用，多端柔性直流输电系统（Multi-Terminal Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current, MMC-MTDC）在电力系统中扮演着日益重要的角色。

MMC-MTDC系统以其独特的优势，如电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）的灵活控制、易于扩展和集成多种可再生能源等，正逐渐成为连接电网和分布式能源的主要方式。

然而，如何保证MMC-MTDC系统的稳定运行，特别是在系统受到扰动或故障时，仍能保持电压和功率的稳定，是当前研究的关键问题。

With the large-scale development and utilization of renewable energy, Multi Terminal Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current (MMC MTDC) plays an increasingly important role in the power system. The MMC-MTDC system is gradually becoming the main way to connect the power grid and distributed energy due to its unique advantages, suchas flexible control of Voltage Source Converter (VSC), easy scalability, and integration of multiple renewable energy sources. However, how to ensure the stable operation of the MMC-MTDC system, especially in the event of disturbances or faults, while still maintaining voltage and power stability, is a key issue in current research.下垂控制策略作为一种常用的分布式电源控制策略，因其具有简单、易实现和无需通信等优点，在MMC-MTDC系统中得到了广泛的应用。

海上风电场MMC-MTDC下垂控制特性的模型预测控制技术

海上风电场MMC-MTDC下垂控制特性的模型预测控制技术孙国强;郑玉平;卫志农;臧海祥;林子杰;袁阳【摘要】Due to the development of power electronic technology,modular multilevel converter (MMC) based multi-terminal HVDC (MTDC) has a promising future in off-shore wind farm integration,and its control strategy has great impact on the stability of power bined with the droop control strategy of MMC-MTDC with offshore wind farms,a simplified state space equation of MMC and its control system is established.Meanwhile,a model predictive control (MPC) strategy for MMC is proposed.%基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的多端直流输电(Multi-Terminal HVDC,MTDC)系统被应用于海上风电场并网,其控制策略对于电力系统的稳定性有着重大的影响.文章分析了MMC典型控制系统,结合海上风电场MMC-MTDC并网系统的下垂控制策略,建立MMC及其控制系统的简化状态空间方程;提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的MMC控制方案,对d轴分量的有功功率和直流电压采用模型预测控制.通过PSCAD中基于4端MMC-MTDC的海上风电并网系统的仿真测试,验证了所提方法的可行性和有效性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2017(035)003【总页数】8页(P419-426)【关键词】海上风电场;模块化多电平换流器;多端直流输电;模型预测控制【作者】孙国强;郑玉平;卫志农;臧海祥;林子杰;袁阳【作者单位】国网电力科学研究院南瑞集团公司,江苏南京210003;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098;国网电力科学研究院南瑞集团公司,江苏南京210003;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TK81风力发电已经成为一种重要的电力能源。

基于电压下降方式的VSC-MTDC控制方式研究

ｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｍｕｌｔｉｔｅｒｍｉｎａｌＶＳＣ—ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＶＳＣ —ＭＴＤＣ）ａｒｅｓｔｕｄ —
第３７卷第１期２０１４年２月
四川电力技术
ＳｉｃｈｕａｎＥｌｅｃｔｉｒｃＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３７。Ｎｏ．１Ｆｅｂ．，２０１４
基于电压下降方式的ＶＳＣ— ＭＴＤＣ控制方式研究
行着相应的研发和建设，其中包括ＡＢＢ公司在瑞典（Ｈｅｌｌｓｉｏｎ）搭建的工业试验用ＶＳＣ—ＨＶＤＣ系统以
制方式的ＶＳＣ—ＭＴＤＣ具有良好的系统协调性，具备利用上层控制可以快速自动调节功率分配的特性，并且具有良好
的扩容性。
关键词：多端柔性直流；电压下降控制；内外环控制；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；系统扩容
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶＳＣ —ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓａｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析

MMC-HVDC互联系统协调控制策略与频率响应分析杨林;张英敏;李丹;李兴源;刘天琪【摘要】模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流输电技术是近年来新能源集中送出和远距离异步联网较好的解决方案.负荷变化通过直流电网对交流系统产生的频率响应是一个重点研究课题.研究了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统的协调控制策略,通过交流电网的频率下垂控制和MMC换流站的直流电压下垂控制实现瞬时功率的平衡.通过引入换流站附加频率控制策略,使某个换流站交流系统出现负荷-频率变化时其他交流系统可以通过直流电网参与功率和频率调整,并进行理论推导频率响应关系,得出频率响应矩阵.在PSCADX4/EMTDC仿真软件搭建四端直流电网模型进行验证,结果表明控制策略的有效性与频率响应分析的可行性.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】7页(P1-6,11)【关键词】MMC-MTDC;互联系统;协调控制;电压下垂控制;频率响应【作者】杨林;张英敏;李丹;李兴源;刘天琪【作者单位】四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065;四川大学电气信息学院,四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TM721基于电压源换流器的高压直流输电技术在新能源集中送出和全球能源互联等方面具有明显优势[1-4]。

多端直流和直流电网能够实现大容量传输，对换流站所连交流系统实现无功支撑，不同交流系统之间实现频率解耦和连接不同刚性强度的交流系统[5]。

基于MMC-MTDC的输电系统直流侧故障保护策略

基于MMC-MTDC的输电系统直流侧故障保护策略张明光;侯博【摘要】针对柔性直流输电直流侧故障这一常见且棘手的问题,分析了多电平模块化换流站(modular multilevel converter,MMC)的运行特点和工作原理,提出采用电压裕度控制能较好地适应于MMC多端直流输电系统,并且对控制器进行了设计.在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下对MMC多端直流输电系统在直流侧故障时的各种情况进行仿真和研究,分析了MMC多端直流输电系统在直流侧断线故障、单极接地故障以及双极间短路故障时的工作特性,提出了相应的保护动作时序.实验结果说明所提出的控制策略能够实现系统故障后的稳定,提高了系统处理故障的能力.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)005【总页数】6页(P79-84)【关键词】MMC-MTDC输电系统;电压裕度;直流故障保护策略【作者】张明光;侯博【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TM72当前,柔性直流输电系统引领着电力电子和电力系统输电领域.与传统直流输电技术比较,其拥有无可比拟的优点[1-2]：1) 正常运行时,柔性直流系统的灵活度更高,更易控制；2) 柔性直流更易实现潮流翻转;3) 其电网恢复能力较强；4) 柔性直流系统对通信需求低.而柔性直流系统中的模块化多电平换流器(MMC)利用其可以投入切除子模块的个数来达到输出各种功率和电压的目的,因而有节约成本的优势[3-5].在柔性直流输电中,直流侧故障一直是比较常见且棘手的问题[6],且MMC-MTDC与基于电压源换流站(voltage source converter,VSC)多端系统VSC-MTDC在直流侧故障时的故障特性和保护策略有所不同[7-8].MMC多端柔性直流输电系统的控制方式更为灵活且一般采用并联接线[9-12].柔性直流输电系统的稳定是直流电压的稳定,所以其控制策略多采用针对直流电压的控制方式使系统正常运转.一般情况下,为了增加系统的可靠性和调节直流电压的能力,多采用多点直流电压方式[13-16].多点电压控制包括主从控制和电压偏差控制,主从控制比较依赖通信控制,而电压偏差控制对通信的依赖度较低,能很好地适应于多端柔性直流输电系统.本文基于MMC多端直流输电系统,在电压偏差控制的基础上进行改进并设计了基于电压裕度的直流电压控制器,对直流侧故障(断线故障、单极短路接地以及极间短路)的保护策略进行研究并对多端输电系统的控制方式提供参考.1 多端MMC直流输电系统运行原理及接线方式1.1 模块化多电平换流器的基本原理如图1所示,MMC换流器是由六个桥臂组成,每个桥臂由n个结构完全相同且互联的子模块(SM)与一个电抗器L组成,上下两个桥臂构成一相.子模块包括由两个绝缘栅双极型晶体管和一个直流储能电容C构成的半桥(D1、 D2为图1b反并联二极管).Usm是图中所示子模块的输出电压,Uc为直流储能电容的电压.每单个子模块都有两个端子作为主电路的拓扑连接端子.图1 模块化多电平换流器的拓扑结构Fig.1 Topolygic diagram of modular multilevel converterMMC能够通过增加和减少子模块投入切除的数目来达到满足各种电压等级和功率需求的目的,具有很高的灵活性.另外,MMC还具有正负极直流母线,十分适合柔性直流输电场合.从图1可以看到,子模块中的箝位电容均匀地装设在各个桥臂中,而电抗器是直接串接在桥臂中的,这么做的好处是抑制三相上下桥臂电压之和不均衡而出现的相间换流,还能在直流侧母线发生故障时,起到降低桥臂短路电流的作用,因而使得系统的可靠性大大提高.由图1,可以将m(m=a,b,c)相电流表示为im=ipm+inm(1)式中:ipm为上桥臂的电流；inm为下桥臂的电流.根据图1,任意拿一相来研究上下桥臂电压,用a相来说明,得到：Udc=Upa+Una(2)图1中,O为直流电压零点位参考点.子模块在正常运行时,正负极相对于点位参考点的电压为Udc/2和-Udc/2.MMC换流站可通过增减子模块的投入数量来控制三相交流侧输出电压.1.2 MMC多端柔性直流输电系统结构一般情况下,工程中对多端柔性直流输电采用并联的方式连接,如图2所示.本系统是由3个结构相同的MMC电压源换流器组成,它的直流侧由直流网络并联连接起来.这3个换流器各自与相对独立的交流网络连接,它们都具有双向传输功率的特性. 图2 三端MMC柔性直流输电系统结构 Fig.2 Structure of three-terminal flexible DC power transmission system based on MMC在多端MMC直流输电系统中,功率可以通过几个换流站来协调分配,这就显得控制灵活且可靠性较高,但这同时也带来了一个问题,就是它的潮流分布相对多变且控制的愈加复杂.为此,多端MMC系统中需要加入各个换流站之间的协调控制来应对可能出现的潮流变动以及故障等问题.2 MMC多端直流输电系统的控制策略研究直流电压的恒定是并联型MMC-MTDC系统控制的核心,只有实现了直流电压的稳定才能维系直流系统中功率的平衡.相对于两端直流系统点对点的输电形式,送端和受端功率平衡,而多端直流输电系统最大的优势就是可以实现多点送电和多点受电,这就使得多端系统的控制方式灵活且可靠性较两端高,也具有更高的经济性,但其控制方式也变得复杂很多.在以往的多端直流输电系统中大都选择主从控制作为系统级控制,主要是因为其控制器的结构简单和在控制直流电压方面的良好表现.但是主从控制需要高层控制通过通讯环节提供潮流计算所得出的整定值,其对通讯环节的要求较高,如果在远距离输电过程中,系统的通讯环节不但增加了系统的大量成本,也会使得系统的可靠性下降.为了减少输电系统对高层控制及通讯环节的依赖,本文基于MMC多端直流输电系统的控制特性,对以往所采用的主从控制进行改进,采取了基于电压裕度的多点电压控制方式,并设计了相应的控制器.2.1 电压裕度多点直流电压控制原理电压裕度控制是将主换流站与从站之间的电压值拉开一个裕度,在这种控制下,如果发生换流站因为某种故障或扰动而引起的参数不正常,那么其也可以进行运行方式的转换.本文以MMC三端柔性直流输电系统为例介绍基于电压裕度的多点直流电压控制.如图3所示,各个换流站在虚线框内部稳定运行.这里假定MMC1相连于交流系统,它的调节功率能力较强,且其为主换流站.MMC2采用电压裕度控制,它有一定的调节功率能力,其为从站.MMC2的电压参考值与主站相差正负两个电压裕度,而电压裕度参考值上下限也分别为UdcrefH和UdcrefL.MMC3为定有功功率控制,如果其与无源系统相接,那么会转而采用定交流电压控制,它的控制特性与定有功控制近似,但是MMC3的功率参考值会随着负荷的大小变动而横向左右移动.图3 电压裕度控制特性Fig.3 Control characteristics of voltage margin control从图3可得,系统于A点稳定运行.当MMC3需要增加有功功率时(如虚线所示),MMC1就通过增加输入有功的方式使得系统的功率平衡,当MMC1达到有功功率极限时,系统的运行点会在B点,此时MMC1将没有能力调节电压.要是系统在B 点时的功率依旧没法满足系统的功率平衡需求,那么直流输电系统将不会稳定,直流电压会下降,此时就需要MMC2来代替MMC1调节直流电压并承担调节功率的任务,相应的,MMC2也就由原来的定有功功率控制变为了定直流电压控制,MMC1从原来的定直流电压控制转变为了定有功功率控制,系统也就会从B点平移至C点.若MMC1出现了换流站故障等原因退出运行时,那么MMC2也同样会由定直流电压控制变为定有功功率控制,此时系统的运行点会由A点移动到D点.类似的,如果MMC3的功率需求突然急剧减少,或者出现功率反送,那么就很有可能使得MMC2的系统运行点达到上限.由此可以看出电压裕度多点直流电压控制可以应用于多种工作状况,更为灵活.2.2 基于电压裕度的多点直流电压控制器本文的MMC三端柔性直流输电系统的换流站级控制器具有良好的响应电流的特性,以及可观的限制电流能力.外环控制器通过给出的直流电压值和功率值得到内环电流指定值.内环电流控制器用调节电压的方式让d轴电流Id和q轴电流Iq迅速跟踪它们的参考值Iderf和Iqref.这时将内外环的控制器进行一定方式的组合来实现其控制特性,其控制器结构如图4所示.该控制器忽略了直流输电线路的电阻,所以根据实际工程经验可得,主换流站和从换流站之间的电压裕度为主换流站直流电压参考值的5%.图4 电压裕度控制器结构Fig.4 Controller structure of voltage margin control 3 MMC三端直流系统直流侧故障与保护对于MMC多端柔性直流输电系统,直流侧故障对系统造成的危害较大,较为棘手,因此在设计MMC多端直流输电系统时会考虑到出现故障时,其能在控制系统的保护下,拥有良好的自我恢复到稳定运行的能力.MMC多端直流系统一般采用双极输电的传输方式,因而它的直流侧故障类型可以分为以下三种情况：单极接地短路故障、正负极间短路故障和断线故障.断线故障和正负极间短路故障大都属于永久性故障,这两种故障一般是由于人为应力作用或者来自外界的物理性损坏造成的.在永久性故障影响下,系统应尽可能地保持稳定且维持功率传输,系统也应在第一时间闭锁换流器且断开交流侧断路器,这样才能尽可能地减小换流设备的损失.而单极接地故障则表现为暂时性故障,其一般是由雷击闪络或树杈的影响造成的,当出现这种情况时,输电系统对于扫除故障后的自恢复能力显得尤为重要.本文将以三端MMC输电系统为例,分析故障出现后的控制保护策略,并分析得出的仿真结果.3.1 单极接地短路故障单极接地故障一般发生的概率最大且其为暂时性故障,当这种故障出现时,钳位电容与接地点构成通道很有可能会发生放电,因此直流侧会采取两个大电阻接地的形式来抑制故障浪涌电流,这样做的好处不但可以钳位正负两极直流侧电压,也使直流侧母线具有了电压零电位的参考点.图5 正极接地故障Fig.5 Earthing fault of anode若直流侧母线正极发生接地故障,由于其直流侧的并联电阻阻值非常大,所以可以看成是开路,那么直流侧电流基本保持不变,而子模块电容电压则由于大电阻的作用也会维持稳定.正极电压因为接地而变为零,而负极电压则因为大电阻其幅值变为原来的2倍,与正极之间的电压依旧保持不变,所以多端系统保持正常输送功率的能力.3.2 正负极间短路故障在MMC多端柔性直流输电系统中,直流侧正负极间的短路故障是最为严重、破坏性最大的故障类型,此类故障发生时,各个换流站都由其子模块中的二极管D2向短路点输入短路电流,如图6所示.与此同时,正处在投入状态中的子模块电容也通过T1向短路点进行放电,因此子模块电容电压便会很快降为零,那么换流站的直流侧电压幅值也会速降到零,这样会导致换流器之间功率传输的停止.而对于交流系统则近似等效成发生了三相短路故障.图6 双极短路时的电流通路Fig.6 Current path of double-pole short-circuit 对于正负极间短路这样严重的故障,无论直流侧是直流电缆还是架空线,一旦发现这种类型的故障,则需在第一时间闭锁相应换流站以中止短路点的功率传输.3.3 断线故障断线故障分为单极断线和双极断线.无论发生两者之间的哪一种故障,直流侧均不会构成通路,会造成功率传输的中断,所以它们的故障特性基本相同.直流侧的断线故障为永久性故障,其直流电缆断线故障一般是由于人为挖断或是船锚拖拉所致.本文以正极断线为例说明断线故障的故障特性.4 基于MMC的三端直流输电系统仿真研究及分析本文在PSCAD/EMTDC的环境中建立MMC- MTDC三端系统的仿真模型,如图2所示.此三端直流输电系统的3个换流站采用并联接线方式, 3站均为21电平且都使用了最近电平逼近调制策略以及针对子模块均压策略的排序法,系统采用的额定直流电压为±350 kV,额定交流电压500 kV,额定容量为：MMC1为1 000 MW,MMC2和MMC3都为500 MW.MMC1是主站,MMC2为从站,而MMC3与无源网络相连,采用定交流电压控制方式.4.1 正极接地故障的仿真本文假设MMC1与MMC2之间的直流侧母线正极在2.0 s时发生了单极接地故障且故障持续了0.5 s,仿真结果如图7所示.图7 直流侧单极接地故障波形Fig.7 Fault waveforms of single-pole grounding on DC side由于两个大电阻的钳位作用,且处在故障期间的自模块电容电压仅做微小变动,随着对直流电压的控制,MMC1的直流侧母线正负极各自对地电压快速恢复正常.MMC1的交流侧电压在故障开始时发生偏移,MMC2和MMC3交流侧电压此时也出现偏移,波形和MMC1的基本相同,在这里不再赘述.由图7b和图7d可以看出,在故障出现的前期三个换流站的直流侧电压和有功功率出现了波动,但较短的时间内波形迅速平稳.4.2 极间短路故障的仿真直流侧母线正负极间的故障及其采取保护策略的波形如图8所示.2 s发生故障,2.01 s各换流器闭锁,2.1 s各换流器交流断路器跳闸,2.2 s故障线路直流快速开关跳开,2.21 s非故障线路换流站解锁并重合交流断路器.图8e表示MMC2的直流侧正负极电流,当2 s出现极间短路故障时,可以看到故障瞬间的瞬时短路冲击电流较大,而且故障发生后系统直流侧正负极电流还能迅速恢复正常,这说明换流站在故障闭锁后电容电压还在保持,不会造成过电流问题.图8 直流侧正负极间短路故障波形Fig.8 Fault waveforms of interpolar short-circuit on DCside4.3 断线故障的仿真直流侧母线正极断线故障的波形及其保护策略波形如图9所示.同样的,也是假设2 s时发生断线故障,由图9a可看出MMC1的直流侧正极电流变为零.2.01 s故障线路直流快速开关跳开且该线路换流器闭锁,2.1 s故障线路换流站交流断路器跳闸.MMC1的子模块电容电压在闭锁换流站后幅值稳定了下来,MMC2和MMC3的电容电压基本相同.图9 直流侧正极断线故障波形Fig.9 Fault waveforms of anodal line break on DC side5 结论本文重点针对柔性直流输电直流侧故障这一常见且棘手的问题进行分析,然后在仿真平台上搭建系统模型进行仿真研究,仿真结果表明本文所提出的控制方式切实有效.采用基于电压裕度的多点直流电压控制能在系统一定的波动范围内使系统的主要参数达到正常状态,增加了系统可靠性,提高了系统处理故障的能力.参考文献：【相关文献】[1] 徐政.柔性直流输电 [M].北京:机械工业出版社,2012.[2] 赵婉君.高压直流输电工程技术 [M].北京:中国电力出版社,2011.[3] 汤广福,贺之渊,滕乐天,等.电压源换流器高压直流输电技术最新研究进展 [J].电网技术,2008,32(22):39-44.[4] 张文亮,汤涌,曾南超.多端高压直流输电技术及应用前景 [J].电力系统自动化,2005,29(9):20-24.[5] 苏新霞,王致杰,陈丽娟.柔性直流输电特点及应用前景研究 [J].陕西电力,2014,42(5):35-39.[6] 于海,张明光,张兆钰.基于行波固有频率的VSC-HVDC直流输电线路双极短路故障保护与定位[J].兰州理工大学学报,2017,43(1):83-87.[7] 陈海荣,徐政.适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略 [J].电力系统自动化,2006,30(2):547-552.[8] 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.[9] 杨晓峰,郑琼林.基于MMC环流模型的通用环流抑制策略 [J].中国电机工程学报,2012,32(18):55-59.[10] TANG L,OOI B T.Protection of VSC-multi-terminal HVDC against DC faults [C]//Power Electronics Specialists Conference,IEEE 33rd Annual.[S.l.]:IEEE,2002:719-724.[11] PRIETO-ARAUJO E,BIANCHI F D,JUNYENT-FERRE A,et al.Methodology for droop control dynamic analysis of multi-terminal VSC-HVDC grid for offshore [J].IEEE Trans on Power Delivery,2011,26(4):2476-2485.[12] 陈海荣,徐政.适用于VSC-MTDC系统的直流电压控制策略 [J].电力系统自动化,2006,30(19):28-34.[13] 赵成勇,陈晓芳,曹春刚,等.模块化多电平换流器直流侧故障控制保护策略 [J].电力系统自动化,2011,35(23):82-87.[14] 胡静.基于柔性直流输电协调控制策略研究 [D].北京:华北电力大学,2013.[15] 陈谦,唐国庆,潘诗峰.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.[16] 管敏渊,徐政,潘武略,等.电网故障时模块化多电平换流器型高压直流输电系统的分析与控制 [J].高电压技术,2013,39(5):1238-1245.。

基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

3、系统保护机制的完善：在多端柔性直流输电系统中引入MMC后，需要建立相应的保护机制以应对可能出现的故障。具体来说，可以通过设置过载保护、过压保护等措施来保证系统的安全运行。同时，可以利用MMC的快速响应特性实现故障的快速定位和隔离。
下垂控制策略的分析与仿真
下垂控制策略的分析与仿真
为了验证基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略的有效性和优越性，本次演示采用了MATLAB/Simulink进行仿真实验。在仿真实验中，我们搭建了一个包含多个MMC和多端柔性直流输电系统的模型，并对其进行了以下测试：
下垂控制策略的分析与仿真
1、稳态性能测试：在系统正常运行时，测试各端的电压和电流是否稳定，是否满足系统的设计要求。
下垂控制策略的分析与仿真
2、动态性能测试：在系统受到干扰时，测试系统的动态响应速度和恢复时间是否满足要求。
下垂控制策略的分析与仿真
3、鲁棒性测试：通过改变系统的运行条件和环境，测试系统的鲁棒性和适应性是否满足要求。
引言
然而，传统的下垂控制策略存在诸多问题，如控制精度不高、系统稳定性差等。因此，本次演示提出了一种基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略。
相关技术制策略主要采用无源性控制方法。无源性控制通过将系统输出端口的阻抗变为被动元件，使整个系统具有自我调节能力。然而，这种控制方法在面对复杂环境和多种干扰时，表现出的鲁棒性较差。近年来，基于模型的控制方法逐渐被应用于柔性直流输电系统的下垂控制中，其中以MMC 技术最为突出。
基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略
目录
01 引言
03
下垂控制策略的分析与仿真
02 相关技术综述 04 结论
内容摘要

基于MMC-MTDC的贯通式同相供电系统控制策略研究

基于MMC-MTDC的贯通式同相供电系统控制策略研究基于MMC-MTDC的贯通式同相供电系统控制策略研究摘要：贯通式同相供电系统是一种新型的高电压直流输电系统，利用多端可控换流器(HVDC-MMC)和多端直流柔性交流输电控制器(Multi-Terminal DC Converter，MTDC)实现电力可靠传输。

本文基于MMC-MTDC技术，研究了贯通式同相供电系统的控制策略，通过建立系统的数学模型，设计控制方法，分析了系统的稳定性和性能，并进行了仿真验证。

1. 引言随着电力需求的不断增加，传统的交流输电系统已经无法满足远距离、大容量的电力传输需求。

而高电压直流输电技术由于其低传输损耗和大容量优势，逐渐成为电力传输领域的研究热点。

传统的高电压直流输电系统存在着单一供电源和终端的局限性，当供电源或者终端故障时，整个系统的稳定性就会受到影响。

贯通式同相供电系统通过多端可控换流器(HVDC-MMC)和多端直流柔性交流输电控制器(MTDC)的应用，实现了多个供电源和终端之间的直接连接，提高了系统的可靠性和灵活性。

2. MMC-MTDC控制策略2.1 系统建模通过建立贯通式同相供电系统的数学模型，可以对系统进行仿真分析和控制设计。

系统模型包括供电源、终端、电压控制环节。

2.2 控制方法设计设计系统的控制算法，实现电压的稳定控制和功率的均衡分配。

电压控制环节采用模糊控制算法，根据系统的电压差异，调整换流器的相角和电压幅值。

功率均衡分配采用PID控制算法，根据系统的功率需求和容量，调整换流器的占空比和频率。

3. 系统稳定性与性能分析通过对系统模型进行线性化分析，得到系统的传递函数和稳定域。

根据传递函数的特征值，判断系统的稳定性。

通过改变控制参数，优化系统的性能指标，如响应速度、稳态偏差和抗干扰能力。

4. 仿真验证通过MATLAB/Simulink软件平台，建立贯通式同相供电系统的仿真模型，进行仿真验证。

通过改变供电源和终端的电压和功率需求，观察系统的动态响应和稳态性能，并与传统的高电压直流输电系统进行对比分析。

VSC-MTDC系统下垂控制优化策略研究

VSC-MTDC系统下垂控制优化策略研究VSC-MTDC系统下垂控制优化策略研究一、引言直流输电技术在电力系统中的应用越来越广泛，它能够有效地解决远距离大容量输电的问题。

多端直流输电系统（MTDC）是一种新兴的技术，在实际应用中逐渐展现出巨大的潜力。

然而，由于MTDC系统具有多个互联的节点，系统的运行稳定性和可靠性是一个挑战。

为了确保MTDC系统的稳定运行，垂控制策略起着重要的作用。

本文将重点研究VSC-MTDC系统下的垂控制优化策略。

二、VSC-MTDC系统的基本原理与特点VSC（Voltage Source Converter）是一种用于直流输电的重要设备，主要由电压源逆变器和电压源整流器组成。

与传统的交流输电系统相比，VSC-MTDC系统具有以下几个特点：1. 多端直流输电：VSC-MTDC系统有多个直流侧节点，可以灵活地实现多个直流输电段之间的互联。

2. 独立控制：每个节点都有独立的控制系统，能够对电流和电压进行实时调节。

3. 快速响应：VSC-MTDC系统的调节速度快，能够在毫秒级的时间内实现电流和电压的精确控制。

三、VSC-MTDC系统下的垂控制策略垂控制是直流输电系统中的一项重要技术，它的目的是确保系统的稳定运行和功率平衡。

在VSC-MTDC系统中，垂控制策略主要包括电压垂控制和功率垂控制两个方面。

1. 电压垂控制：电压垂控制是通过调节VSC的输出电压来实现的。

当直流侧电压发生变化时，控制系统会根据设定的电压垂控制策略，调整VSC的输出电压，以保持系统中各节点的电压平衡。

2. 功率垂控制：功率垂控制是通过调节VSC的输出功率来实现的。

当直流侧负载发生变化时，控制系统会根据设定的功率垂控制策略，调整VSC的输出功率，以保持系统中各节点的功率平衡。

四、垂控制优化策略研究为了提高VSC-MTDC系统的稳定性和可靠性，需要对垂控制策略进行优化研究。

目前，研究者们提出了许多优化策略，包括传统的PID控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法等。

基于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

YAN Fayou1, TANG Guangfu2, HE Zhiyuan2, KONG Ming1
(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;
2. State Grid Smart Grid Research Institute, Changping District, Beijing 102200, China)
相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由 N 个子模块 (sub-module，SM)和桥臂电感串联构成。图 1 中， usk 和 isk 为交流侧相电压和相电流(k = a,b,c)；L0、R0 分别为桥臂电感和等效电阻；ikp、ikn 分别为流过每相上、下桥臂的电流(下标 p 表示上桥臂，n 表示下桥臂)，电流方向都定义为给子模块电容充电方向； UDC 和 IDC 分别为直流侧电压和电流。
本文将首先通过计算 MMC 桥臂瞬时功率，分析 MMC 三相桥臂瞬时功率之和与直流电压的关系；然后在多端系统中引入一个公共直流参考电压，并基于该公共直流参考电压提出了一种改进直流电压下垂控制策略，实现 VSC-MTDC 系统的多点直流电压控制和站间功率协调控制。最后，在 PSCAD/EMTDC 中对所提出的控制策略进行仿真验证，在系统稳态、换流站交流侧故障及换流站主动退运情况下分别验证了所提控制策略的有效性，表明其可以满足 VSC-MTDC 系统的多点直流电压控制和功率协调控制。
基于mmc的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略403改进直流电压下垂控制策略在换流站退出运行后剩余换流站能按照其容量等比例承担多端系统中的功率缺额避免换流站出现较大过电压或电压跌落并快速恢复剩余系统的功率平衡和直流电压返回额定值附近保证vscmtdc系统继续稳定运行

基于MMC的多端直流输电系统下垂控制策略

基于MMC的多端直流输电系统下垂控制策略刘长富;张玉龙;竺炜;池喜洋;巫晓云【摘要】With the advantages of output power high quality and reliability, modular multilevel converter (MMC) has been applied in high-voltage DC and new energy grid-connected fields. Firstly, according to the multi-terminal HVDC transmission system with MMC, the basic topology and operating principle of the converter was introduced in this paper, and then the MMC averaged mode was derived. Secondly, in order to solve the problem of direct voltage large offset caused by voltage droop control under the larger power changing in the multi-terminal HVDC system, an improved droop control strategy was proposed. The DC voltage was stabled, and the system power was balanced. Finally, a model of three-terminal MMC-MTDC system in PSCAD/EMTDC was established. The simulation results verified the validity and effectiveness of the improved droop control method .%模块化多电平换流器(MMC)因其具有输出波形质量高、可靠性高等优势,在高压直流输电、新能源并网等领域得到广泛研究与应用.针对MMC型多端柔性直流输电系统(MTDC),研究换流器的基本拓扑结构及工作原理,在建立MMC详细模型的基础上推导其平均值模型;并针对多端直流输电系统大功率变化时,直流电压下垂控制导致直流电压偏差较大的问题,提出一种改进的下垂反馈控制策略,在稳定直流电压的同时实现系统功率的平衡;最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端高压直流输电系统,对系统稳态时和出现功率扰动情况下,进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性.【期刊名称】《电力科学与技术学报》【年(卷),期】2017(032)002【总页数】7页(P47-53)【关键词】多端直流输电;多电平换流器;模块化;平均值模型;下垂控制【作者】刘长富;张玉龙;竺炜;池喜洋;巫晓云【作者单位】长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;国家电网沛县供电公司,江苏沛县 221600;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004【正文语种】中文【中图分类】TM71模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是R.Marquardt 于2002年首次提出的，MMC通过子模块级联而成，具有多电平输出、谐波特性小、开关损耗低等优势。

VSC-MTDC系统变截距直流电压下垂控制策略

VSC-MTDC系统变截距直流电压下垂控制策略张海波;袁志昌;赵宇明;刘国伟;姚森敬【摘要】针对用于风电场并网的多端柔性直流输电系统,提出一种变截距直流电压下垂控制策略.该策略通过设定新的功率参考值改变截距实现直流电压-有功功率特性调节曲线的平行移动,进行电压的调整,可将系统的直流电压控制在允许的运行范围内.若风电功率在一段时间内保持平稳,系统达到稳定运行的状态,该策略可消除电压偏差,将直流电压调节回额定值.以一典型的五端直流输电系统为例,利用EMTDC/PSCAD电磁暂态仿真验证了该控制策略的正确性,结果表明所提控制策略适用于功率频繁变化的含风电场的VSCMTDC系统.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2016(036)010【总页数】5页(P60-64)【关键词】风电场;电压源换流器;直流输电;直流电压下垂控制;变截距【作者】张海波;袁志昌;赵宇明;刘国伟;姚森敬【作者单位】清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084;清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084;深圳供电局有限公司,广东深圳518048;深圳供电局有限公司,广东深圳518048;深圳供电局有限公司,广东深圳518048【正文语种】中文【中图分类】TM614;TM721.10 引言进入21世纪，能源已成为推动人类社会飞速发展的强劲动力，煤炭、石油等化石能源日渐枯竭，风能、太阳能等可再生能源得到国际社会的广泛关注和大力开发。

风能是一种可再生的清洁能源，资源丰富，其中大规模近海风电场的建设已成为风能利用的一个重要方面。

由于海上风电场远离海岸，以及随着风电场装机容量的不断扩大，风电并网采用传统的交流输电接入时，将会对所连接电网的稳定性及电能质量等产生较大影响［1-3］。

风电功率的随机波动性制约了其直接接入电网的容量，柔性直流输电提供了一种全新的解决思路。

通过柔性直流输电将风电场接入交流电网，可以利用交流侧换流站的无功能力平滑风电功率波动对交流电压的影响，还可以隔离交流侧的故障防止其影响风电场运行。