一种双端型柔性分频输电系统及协同控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双端型柔性分频输电系统及协同控制方法，在工频线路的两端设置变频装置，使线路工作于低频，本协同控制方法提出双端型柔性分频输电系统场景下，换流站的控制策略及站间协同控制方法，令工频较强侧的换流站为分频系统提供平衡节点，另外换流站则工作于定功率模式，并给出一种典型的控制策略配置方式，可有效克服全电力电子化分频输电系统的运行控制问题，实现系统的安全、稳定、高效运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种双端型柔性分频输电系统及协同控制方法


[0001]本专利技术涉及城市电网供配电领域，具体涉及一种双端型柔性分频输电系统及协同控制方法。

技术介绍

[0002]大力开发可再生能源是我国推进能源革命的重要技术手段，分频输电技术可以显著提升能源外送环节的经济技术性能，且更适合双馈型风机的低转速特性，有利于简化机组结构、降低成本。因此，当前针对分频输电系统的研究也主要集中于可再生能源规模化送出领域，利用可再生能源机组的网侧控制特性直接输出低频电能，经集电、升压后输送至受端变频站，变换电能频率至50Hz后汇入工频电网。
[0003]另一方面，随着中心城市用电负荷的迅猛增长，城市电网扩容改造成为一个备受关注的问题。分频输电技术可以充分挖掘既有线路和网架结构的输电潜能。
[0004]然而，当前针对柔性分频M3C换流站的控制研究集中于单端型柔性分频输电系统的场景，对于双端场景下M3C的运行控制研究较少，尤其是送端与受端变频站的协同控制方法尚无明确结论，是双端型柔性分频输电系统工程应用的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术首要目的提供一种双端型柔性分频输电系统，该方法使得线路工作于低频(50/3Hz)，以提升线路容量和输电效率、降低潮流变化引起的母线电压波动。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供一种协同控制方法，具体涉及在双端型柔性分频输电系统场景下，M3C换流站的控制策略及站间协同控制方法，令工频较强侧换流站为分频系统提供平衡节点，另一换流站则工作于定功率模式，实现系统长期稳定运行。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]如图1所示，一种双端型柔性分频输电系统，解决城市电网扩容改造问题，具体是在工频线路的两端设置变频装置，构建点对点式分频输电通道构成双端型柔性分频输电系统。线路工作于较低频率，典型值如50/3Hz或20Hz，以提升线路容量和输电效率、降低潮流变化引起的母线电压波动。
[0009]进一步，如图2及图3所示，所述变频装置采用模块化多电平矩阵变换器(M3C、换流器)，具体包括九条桥臂，所述九条桥臂分成三组，每组分别与两侧交流电网的三相端口两两相连接。
[0010]使用模块化多电平矩阵变换器构建柔性分频输电系统，提升系统可控性、鲁棒性和电能质量。所述M3C中每条桥臂包括串联连接的电感L和n个全桥型子模块(FBSM，full
‑
bridge Submodule)。本文以u、v和w表示工频系统三相，而a、b和c表示分频系统三相电压。出于简化描述的目的，后续部分将以x指代低频侧三相a、b、c中的任意一项，以y指代工频侧三相u、v、w中的任意一项。各桥臂通过其两端所连接的端口名称命名，例如，连接分频侧a相
和工频侧u相的桥臂被称为“桥臂au”。每个模块均由一个模块电容和一个单相全桥逆变器组成，通过改变全桥逆变器中四个换流阀的开关信号，每个模块可输出+v
C
，
‑
v
C
或0三种电平(v
C
为模块电容电压)，若忽略模块间的电容电压差异，n
SM
个模块共可以产生从
‑
n
SM
v
C
到n
SM
v
C
之间的(2n
SM
+1)个电平。
[0011]所述全桥型子模块包括四个换流阀和一个子模块电容器，所述四个换流阀分别为第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀及第四换流阀，子模块电容器的正极分别与第一换流阀和第三换流阀的集电极连接，子模块电容器的负极分别与第二换流阀和第四换流阀的发射极连接，所述第一换流阀的发射极和第二换流阀的集电极连接构成全桥型子模块的第一端口，第三换流阀的发射极和第四换流阀的集电极连接构成全桥型子模块的第二端口。
[0012]本专利技术提出在双端型柔性分频输电系统场景下，M3C换流站的控制策略及站间协同控制方法，令工频较强侧的换流站为分频系统提供平衡节点，并且换流站则工作于定功率模式，并给出一种典型的控制策略配置方式。
[0013]一种双端型柔性分频输电系统的系统控制方法，所述变频装置采用外环
‑
内环
‑
调制的三层控制架构，包括电压/功率外环控制环节、电流内环控制环节和调制环节；
[0014]所述电压/功率外环控制环节，则控制M3C的整体运行状态，使M3C能够长期稳定工作，并响应上级下发的调度指令。M3C的工频/分频侧输出特性互不影响，可独立设置外环控制目标。工频或分频侧有功外环的可选控制目标包括(1)定有功功率，(2)定平均子模块电容电压，和(3)基于频率偏移量的有功下垂控制等。为了维持M3C的进出功率平衡，至少一侧的有功目标应设置为定子模块电容电压。无功外环的可选控制目标包括(1)定无功功率，(2)定功率因数角，和(3)基于电压偏移量的无功下垂控制等。此外，若需要M3C为分频系统提供平衡节点，其分频侧外环的有功和无功部分须分别为分频系统提供有功/无功功率松弛，以保证分频系统频率/电压稳定。
[0015]电流内环控制环节负责控制各电流分量追踪外环下发的电流指令值，包含工频侧电流控制、分频侧电流控制和谐波环流抑制三个部分，分别实现工频/分频网侧电流控制和高阶谐波环流抑制功能。
[0016]调制环节负责接收电流内环下发的桥臂电压指令，结合桥臂内模块均压的需求，利用排序投切法，生成各换流阀的开关信号。
[0017]进一步，桥臂内模块均压采用如下方法获得：
[0018]首先，将各桥臂内的不同模块按照电容电压高低排序，根据瞬时功率流向决定模块投入的优先级；其次，通过最近电平逼近等调制算法确定各桥臂所需投入的模块数量与极性，再根据模块的优先级顺序，投入对应的模块。
[0019]所述协同配置如下：
[0020](1)对于工频侧有功外环，由于工频主网的抗扰动能力远高于分频系统，因此，令工频侧有功外环工作于定子模块平均电容电压模式，维持M3C的功率平衡；定子模块电容电压，是将子模块电容电压维持在其额定值附近。
[0021](2)对于分频侧有功外环，令工频系统较强侧的M3C工作于定分频系统V/f模式，以提供分频系统的平衡节点，而工频系统较弱侧的M3C工作于定有功功率模式，跟踪上级调度下发的功率指令；
[0022](3)对于工频/分频侧无功外环，除了已被占用的工频系统较强侧的M3C的分频侧，
其余的无功外环可根据需要在安全允许范围内自行选择。
[0023]上述工频侧是指在M3C变换器角度，M3C实现工频50Hz到低频50/3Hz的频率转换，分别称其两侧为工频侧和低频侧，
[0024]工频系统是站在大系统的角度说的，系统较强一般指容量大、短路阻抗低。
[0025]本方法送端换流站的分频侧工作于定分频系统V/f模式，而以受端换流站的分频侧工作于定有功/无功功率模式；其余无功外环均工作于定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双端型柔性分频输电系统，其特征在于，在电网中工频线路的两端设置变频装置，利用既有三相交流线路，构建点对点式分频输电通道。2.根据权利要求1所述的双端型柔性分频输电系统，其特征在于，所述变频装置采用模块化多电平矩阵变换器。3.根据权利要求2所述的双端型柔性分频输电系统，其特征在于，所述模块化多电平矩阵变换器包括九条桥臂，所述九条桥臂分成三组，每组分别与两侧交流电网的三相端口两两相连接，所述每条桥臂包括串联连接的电感和n个全桥型子模块。4.根据权利要求3所述的双端型柔性分频输电系统，其特征在于，所述全桥型子模块包括四个换流阀和一个子模块电容器，所述四个换流阀分别为第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀及第四换流阀，子模块电容器的正极分别与第一换流阀和第三换流阀的集电极连接，子模块电容器的负极分别与第二换流阀和第四换流阀的发射极连接，所述第一换流阀的发射极和第二换流阀的集电极连接构成全桥型子模块的第一端口，第三换流阀的发射极和第四换流阀的集电极连接构成全桥型子模块的第二端口。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的双端型柔性分频输电系统的协同控制方法，其特征在于，所述变频装置采用外环
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内环
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调制的三层控制架构，包括电压/功率外环控制环节、电流内环控制环节和调制环节；所述电压/功率外环控制环节，通过设置有功/无功控制的目标，控制工频侧或分频侧的整体运行状态，使得换流器稳定工作，并响应上级下发的调度指令，输出对应侧有功/无功电流指令值，输入电流内环控制环节；所述电流内环控制环节，用于负责控制各电流分量追踪外环下发的电流指令值，所述电流分量包括工频侧电流控制、分频侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杏宁，彭竹弈，刘沈全，王钢，赵菲菲，张文嘉，万鹭，祁万春，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：