電壓下降方式下的多端系統上層控制

張明興，黃斯茜，盧紹強，李康

(西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

電壓下降方式下的多端系統上層控制

張明興，黃斯茜，盧紹強，李康

(西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031)

MTDC輸電系統不僅具有VSC-HVDC系統的一般特點，還具有多端系統特有的經濟性和靈活性，但是其運行控制也相應的更為復雜。通常需要本地控制器和上層控制器共同控制。重點討論了采用電壓下降方式的VSC-MTDC系統的上層控制器的設計。

VSC-MTDC;上層控制器;直流輸電

1 引言

適用于VSC-MTDC的控制方法主要有兩種運行模式:(1)電壓下降方式;(2)主從式控制方式。前者直流電壓控制質量差，對于單個換流器無法實現定有功控制，后者雖然直流電壓調節和功率控制等性能都具有很好的剛性，但它要求高速的通信條件，還需要配置上層控制模塊，且系統的運行可靠性并不高［1］，不適用于長距離輸電的并網系統。文獻［2，3］提出的基于直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制方式，其實質是若直流電壓偏差過大，備用VSC由定功率控制轉為定直流電壓控制，以維持VSC-MTDC系統的穩定性，該控制方法不需通信，但采用基于直流偏差控制的功率控制器要同時進行高低直流電壓的調節，控制器稍顯冗余和復雜。

2 VSC-MTDC控制方式

多端直流輸電系統是指有含有3個及以上換流器的直流輸電系統。通常VSC-MTDC的控制系統分為以下兩種:

(1)本地控制:根據系統控制提供的指令，協調站內換流器的整定值，并完成整定值到觸發脈沖的轉換。

(2)上層控制:優化直流系統整體性能為換流器提供電流、電壓等指令。

本文重點討論VSC-MTDC系統的上層控制器設計。根據以上分析，為提高VSC-MTDC系統運行的可靠性，本章提出了基于直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制方式，這是一種不需要通訊的控制方式，能保證定直流電壓控制的換流器故障退出后，VSC-MTDC系統能繼續維持有功的平衡和直流電壓的穩定，確保其他 VSC的正常工作。最后，利用 Matlab/Simulink對該控制方式進行了仿真分析，結果驗證了該控制方法的有效性。

3 上層控制器的設計

采用電壓下降控制方式的VSC-MTDC輸電系統的上層控制器設計方案如圖1所示。

圖1 適用于電壓下降控制方式的多端系統上層控制器

直流系統潮流整定模塊的作用是，根據系統運行狀態的變化，對各個換流器所分配到的功率預定值進行及時地調整，并為換流器提供電流參考值Idcref。這就有可能使部分換流器的功率儲備減小甚至達到運行極限。針對這種情況時，給每一個換流器都預留一個功率(或電流)儲備值，這個值各不相同，視每一個換流器的工作要求而定。然后按照一個相同的功率(或電流)值，對所有換流器進行優化調整。當系統的功率發生擾動時，按照預留的功率儲備值來分派負荷變化量，遵循能者多勞原則。功率儲備大的，分擔的多，儲備小的，分擔的少。因為是為了穩定系統，平衡功率擾動，這樣，換流器的功率(或電流)裕度，就是上面說的儲備量，應與壓降電阻成反比，即:

式中，PNn第n個換流器的額定功率;Pn對應換流器的功率實際值;Rdroopn是壓降電阻，K表示常數。因此若想調節換流器穩態功率，就調節Idcref的值就可以。而若想達到控制換流器之間的動態功率分配，平衡動態功率以及充分利用每個換流器的儲備功率容量的目的，就調節Rdroopn的值。另外，將直流電壓、電流等參考量引入到上層控制器的功率調節模塊，有助于對換流器運行狀態進行調整。

對于向無源網絡供電的多端VSC-MTDC輸電系統，同時是用采用恒定交流電壓控制方式的換流器為無源網絡供電。這樣的設置有個缺點，就是交流側負荷的波動會導致系統直流電流不確定的波動。另外造成該換流器不能參與動態功率的平衡。為了克服這一缺點，為系統上層控制器設置直流系統潮流整定模塊，由它根據向無源網絡供電的換流器的實際電流，計算給出該換流器的直流功率預測值。還換流器功率改變，必然會影響其他的換流器，因此直流系統潮流整定模塊也需要修改它們的功率整定值。

4 仿真分析

為了驗證采用電壓下降控制方式的VSC-MTDC系統的控制特性，對圖1所示的4端系統進行仿真分析。為了簡化分析，所有直流線路的電阻為零。圖中4個換流器都采用電壓下降控制方式，都是理想器件，容量和調節特性均相同，其參數如下表1所示。

表1 四端VSC-MTDC系統參數表

首先將所有換流器的下降電阻Rdroop均設為1Ω。系統開始穩態運行，0.1s時，上層控制器的直流系統潮流整定模塊加大VSC3的功率儲備，其電流參考值Idref3的值上升為17.5A，這樣，其他換流器的功率儲備降低，進而引起電流參考值的下降。這樣的功率擾動導致VSC4達到運行極限，其參考電流越限。各個波形變化如圖2所示。為了消除功率擾動，平衡各換流器的功率，根據式子(1)，因為VSC1的儲備容量是VSC4的4倍，所以將VSC4的壓降電阻取為VSC1的4倍，4Ω。這樣，當再發生功率擾動時，VSC4的電流就不會越限。此時的仿真波形如圖3所示。

圖2 電壓下降控制方式的多端系統特性

圖3 電壓下降控制方式的多端系統特性

5 結論

通過以上分析可知，系統負荷功率波動時，各換流器會自動調節功率，系統運行狀態相對比較平穩，不會輕易出現越限等問題。通過對的直流電流整定值的調節，達到控制換流器的穩態功率的目的，而換流器的動態功率分配特性，就可以通過調節壓降電阻來實現。

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Multiport System Super-control of Drop-out Voltage W ay

ZHANGMing-xing，HUANG Si-qian，LU Shao-qing，LIKang
(Electrical Engimeering College，Jiaotong University of Southwest，Chengdu 610031，China)

MTDC transmission system has notonly general characteristics of VSC －HVD system，butalso spercal economy and flexibilty ofthemultiport system，but its operation control ismore compex．It is often controlled together by local controller and super controller．The paper discusses the super controller diesign of VSC － MTDC system to adopt the drop-out voltage way．

VSC－MTDC;super controller;direct current transmission

TM57

B

1004－289X(2013)03－0032－03

2012－05－02